3.4 恒功率控制变量泵

恒功率泵控系统在工程机械领域应用较为广泛，液压功率为负载压力与输出流量的乘积，即恒功率泵能够保持功率为常数。

恒功率控制要求泵根据负载压力的变化自行调整输出流量，使泵的输出流量与负载所需功率匹配，使泵工作在最佳状况，减少能源的损耗。恒功率控制的作用是控制泵的输出功率不大于设定功率，这是通过限制变量泵的压力与流量的乘积保持不变来实现的。在低压时提供大流量，在高压时提供小流量，另外变量泵工作压力与输出流量的乘积近似等于常数。恒功率控制根据控制方式的不同，分为双曲线恒功率控制（完全恒功率控制）和双弹簧恒功率控制（近似恒功率控制）。该泵在挖掘机液压回路中应用广泛，不仅节省能源，同时可控性好，可靠性高，体积小，还具有噪声小等特点。

3.4.1 双曲线恒功率控制变量泵

当系统负载使泵出口的压力p变化时，变量机构所含的压力反馈回路使泵的排量发生变化，导致流量Q与出口压强呈反比变化，即在不同系统负载下，变量机构能使流量和出口压力的乘积Qp（变量泵的液压功率）维持常数，如图3-5中的BC段为一条双曲线段。当出口压强降至B点压力以下时，变量机构会迫使流量维持为B点流量，如图3-5所示恒流量的AB段：当压力达到B点的压力时，变量机构不再使流量Q随压力的上升而按双曲线规律下降。调整变量机构上的调节弹簧，可使恒功率特性曲线移动（例如BC段移至为B´C´段），这种调节是无级的。实际上，流量随压力变化曲线是以多根斜率不同的直线衔接，以逼近双曲线。

图3-5 恒功率变量泵的压强-流量特性

图3-6为双曲线恒功率控制泵的原理图。在液压泵运行时，压力油通过控制油缸3的有杆腔作用在小柱塞4底部。当液压泵压力升高超过恒功率点设定压力时，压力油的力矩（即压力油在小柱塞上的作用力与反馈杆到铰支点的距离的乘积）增大，大于恒功率力矩（即恒功率阀调节弹簧的调节压力与阀杆到铰支点距离的乘积）时，压力油往上推动反馈杆并推动阀杆向上，使恒功率阀2换向，这样，液压泵的压力油通过恒功率阀2作用在控制油缸3的无杆腔，使控制油缸3活塞杆带动液压泵的变量机构向左运行，液压泵的流量减小。同时，由于活塞杆向左运行，压力油的力臂又变小，最终压力油的力矩与恒功率力矩相等，液压泵的变量机构保持在一个新的平衡位置。在该位置，压力油的压力升高，但流量减小，二者的乘积保持不变，即液压泵的输出功率不变。

图3-6 双曲线恒功率控制原理

1—变量控制部分；2—恒功率阀；3—控制油缸；4—小柱塞；5—反馈杆；6—铰支点；7—阀杆；8—调节弹簧

3.4.2 双弹簧恒功率控制工作原理

采用双弹簧的两种控制方式都是让压力-流量呈不同斜率的两条直线变化，通过两条直线来逼似双曲线。利用杠杆原理的完全恒功率控制机构理论上是可以让压力——流量呈双曲线变化的。

图3-7为双弹簧恒功率控制泵的原理图。其中1为控制滑阀，2为溢流阀，3为反馈杆，2和3合称为恒功率阀，4为控制油缸，5为阻尼，6和7为压力阀。在液压泵运行时，其压力油一路直接作用在控制滑阀1右端并与控制油缸4左腔相连（即有杆腔），另一路则经过阻尼5作用在控制滑阀1和溢流阀2的左侧。当液压泵压力低于溢流阀2的压力时，溢流阀2关闭，控制滑阀1左右两侧控制压力相等，均为液压泵的压力，该阀在弹簧的作用下处于左移，使控制油缸右腔（即无杆腔）卸压。这样控制油缸在前腔压力油的作用下向右运行，并推动液压泵的变量机构，使泵处于最大排量状态。当液压泵的压力升高到溢流阀2的调节压力（即为大排量时的变量压力）时，溢流阀2开启，液压泵的第二路压力油经阻尼5、溢流阀2至油箱，由于有了液流，阻尼5前后就有了压差，即控制滑阀1左端控制压力小于右端压力（仍旧为泵压）。于是，控制滑阀1在右端液压力的作用下左移，切换到右位。这样，液压泵的压力油进入控制油缸右腔，推动控制油缸左移，使液压泵的排量减小。而随着控制油缸的左移，反馈杆又作用在溢流阀2上，使其调定压力升高，升高后的压力反过来又作用在控制滑阀1的左侧，并根据前述过程再一次使液压泵的排量减小，最终控制油缸稳定在某个位置，而液压泵也保持一定的流量。这就是恒功率控制泵的整个变量过程。

图3-7 双弹簧恒功率控制原理

1—控制滑阀；2—溢流阀；3—反馈杆；4—控制油缸；5—阻尼；6，7—压力阀

图3-8所示为斜盘式压力补偿变量（恒功率）柱塞泵主体部分，原动机带动传动轴1，传动轴1带动泵体2旋转，使均匀分布在泵体上的七个柱塞21绕传动轴中心线转动，通过中心弹簧将柱滑组件中的滑靴压在变量头（或斜盘）6上。这样，柱塞21随着泵体旋转而作往复运动，完成吸油和压油动作。

压力补偿变量泵的出口流量随出口压力的大小近似地在一定范围内按恒功率曲线变化。当来自主体部分的高压油通过通道a、b、c进入变量壳体下腔d后，油液经通道e分别进入通道f和h，当弹簧的作用力大于由油道f进入伺服活塞下端环形面积上的液压推力时，则油液经h到上腔g，推动变量活塞向下运动，使泵的流量增加。当作用于伺服活塞下端环形面积上的液压推力大于弹簧的作用力时，则伺服活塞向上运动，堵塞通道h，使g腔的油通过i腔而卸压，此时，变量活塞上移，变量头偏角减小，使泵的流量减小。

调节流量特性时，可先将限位螺钉10拧至上端，根据所需的流量和压力变化范围，调节弹簧套12，使其流量开始发生变化时的初始压力符合要求，然后将限位螺钉10拧至终级压力时的流量不再发生变化，其中间的流量与压力变化关系由泵的本身设计所决定。

图3-8 斜盘式压力补偿变量（恒功率）柱塞泵/结构剖视

1—传动轴；2—法兰盘；3—泵体；4—泵壳；5—回程盘；6—变量头；7—弹簧芯轴；8—上法兰；9—封头帽；10—限位螺钉；11—锁紧螺母；12—弹簧套；13—内弹簧；14—外弹簧；15—伺服活塞；16—刻度盘；17—变量活塞；18—变量壳体；19—下法兰；20—滑靴；21—柱塞；22—缸体；23—斜盘配油盘；24—出口；25—骨架油封

该泵的调节流量特性曲线如图3-9所示。当排出的油压增加到pA，平衡弹簧开始压缩，使流量按AB线所示那样随排压的升高而降低；当油压进一步增大到pB以后，由于两个弹簧同时参加工作，又增加一个弹簧弹力，于是泵的流量也会按图中BC线所示那样随压力升高而降低；直到油压超过pC后，泵的流量因为受到限位螺钉的限制不再降低，这时特性曲线如图3-9中CD所示。整个折线ABCD与等功率曲线（双曲线）HK大致相近。

图3-9 恒功率变量泵的特性曲线