机械 2006年第11期 总第33卷 设计与研究 ・17・
————————————— 收稿日期：2006－08－31
安倍晋三对华态度作者简介：程晓东，中国石油大学（华东）在校研究生。
包袱抖不完程晓东，张作龙
（中国石油大学（华东） 机电学院，山东 东营 257061）
摘要：通过将恒功率恒压变量泵同传统的恒功率变量泵及恒压变量泵相比较，阐述它优于传统节能型变量泵的特点，并简要分析它的发展前景。
49未知天命关键词：横功率恒压泵；变量特性；节能；前景
中图分类号：TH322 文献标识码：B 文章编号：1006－0316（2006）11－0017－03
进入21世纪，能源危机已经迫在眉睫，对节能产品的需求也迅速增加。恒功率恒压变量柱塞泵就是在这一背景下产生的一种新型节能产品。这种新型泵是以斜盘式轴向柱塞泵为基础，加入了新的变量形式从而实现新的功能的产品。
1 恒压变量泵
恒压变量泵是一种高效、节能、大功率的液压动力源，它广泛应用于工程机械、机床工业、航空航天工业等液压系统领域。目前，恒压泵控技术已经很成熟，国外很多厂家如：力士乐、威格士、丹尼逊以及意大利的沙姆等，都有很成熟的恒压变量泵可供选用。 1.比例控制滑阀
2.伺服变量器
4.变量反馈弹簧
图1 H1VPC 泵的变量原理示意图
图1为沙姆公司的H1VPC 变量泵的原理图，改变压力设定弹簧3就可按需设定泵的最高工作压力P max 。当泵的输出压力达到P max 时，比例控制阀1在压力油作用下被打开，切换到某一特定位置后，压力油与伺服变量器2的大端相通，伺服变量器在压力油的作用下拉动变量盘，使变量角变小，从而使泵的排量变小，以维持输出压力不变。这时，比例控制阀右端受到变量反馈弹簧4的反馈力和压力设定弹簧3的合理作用，与比例控制阀1左端的液
压力保持平衡，比例控制阀保持不动。相反，当泵的输出压力不到P max 时，
比例控制滑阀1开口减小，直至关闭。伺服变量器在压力油和弹簧力4作用下，推动变量盘，增大变量角，以增大排量来维持输出压力不变。
图2 H1VPC 泵的Q -P 曲线图
从图2的特性曲线来看，恒压泵控系统与传统的定量泵－溢流阀控系统基本相同。但我们知道，传统阀控系统在达到设定压力后，系统流量不变，完全由溢流阀溢流，使系统发热，浪费能源；而恒压泵控系统在达到设定压力后，可使流量在0~Q max 之间随意变化，这样系统只有少量漏损，没有溢流，大大减轻系统发热，节省能源消耗。 但是，在恒压泵控系统中，原动机功率都必须根据泵的最大输出流量和压力来选择，也就是图2中定量特性与恒压特性所围的面积，这样就造成了恒压泵控系统中原动机装机功率大的缺点。
2 恒功率变量泵
恒功率泵也是一种节能产品。其控制原理要求根据负载的变化情况调整其输出流量，使泵的输出功率接近于负载所需要的功率，实现动力源和负载源之间的功率适应和功率匹配，使原动机工作在最佳工况下，减少原动机的能耗，达到节能之目的。
H Q max
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Q 1
2
3
4
・18・ 设计与研究 机械 2006年第11期 总第33卷
图3为恒功率泵控系统的恒功率变量特性曲线，是一条双曲线。通常意义上的恒功率调节是通过大小不同的内外两根弹簧来调节泵的斜盘倾角，所以实际的特性曲线是直线段拟合的双曲线，现在有些公司生产的恒功率泵已经实现了用曲线来拟合曲线。从图中我们可以看到，特性曲线包含了恒流量段、横功率段和恒压段3个部分，也就是说横功率泵只能在某一压力范围内实现横功率变量。曲线表明，它克服了恒压变量泵装机功率大的缺点，同时鉴于其控制原理，它还具有运行功率因素高、主行程次数快等优点。
图3 恒功率变量特性曲线
但是，从图3中不难看出，在恒流量段，泵全流量工作；在恒压段系统要溢流；这就造成液压功率损失大、系统发热高等缺点。
3 恒功率恒压变量泵
恒功率恒压变量泵是一种全新控制形式的变量泵，目前这种泵在国内还没有形成批量生产。
图4为恒功率恒压泵的液压原理图，这种新型泵由泵和连接在泵的变量机构上的恒功率阀以及恒压阀共同构成，恒功率阀通过不同长度的内外弹簧实现泵的恒功率变量，而恒压阀通过恒压阀芯和恒压阀芯上的封油段的运动来实现泵的恒压变量。该泵的恒功率控制和恒压控制分别实现，在达到设定压力之前（图4中P max ）恒功率阀起作用，相当于恒功率变量泵；达到设定压力之后，恒压阀开始起作用，相当于恒压变量泵。
图4 液压原理图
图5是该种新型泵的静态压力－流量特性曲线。图5（a ）、图5（b ）两图分别表示工作点工作在恒功率区和恒压区的两种情况。图5（a ）中L 0LE 2O 区域为有用功LL 1E 3E 2区域为阀漏损和系统阻力损失；图5（b ）中L 0LE 2O 区域为有用功，LL 1EE 2为恒功率恒压泵控系统损失，如果工作点压力
由压力控制的阀控系统控制，则系统的功率损失为F 1FLL 0所围的区域，由图5可见，F 1FLL 0>LL 1EE 2，所以，恒功率恒压泵控系统比阀控系统节能。
从图5中可以很直观的发现，这种泵综合了前面所述的两种泵的优点，具有装机功率小（最大功率曲线远低于C 点）、系统发热小（达到P max 后，实现恒压变量泵的功能）、运行功率因素高、流量大、液压功率损失小等优点，甚至可省去系统的溢流阀。使系统在无溢流或少溢流下运行，实现系统运行全过程的节能。这些优点在能源日益短缺的今天无疑具有很重要的现实意义。
（a ） （b ）
图5 Q －P 特性曲线
4 恒功率恒压变量泵可能存在的问题
正如前面所说，这是一种新型变量控制形式的变量柱塞泵，经过几年的研究已经取得很大的进展，其静态特性的实验测试已经取得了很好的效果。但对这种泵的动态特性到目前为止还没有人做过深入研究，有些对动态特性可能产生干扰的因素尚有待于进一步优化。比如，该泵首次将恒功率阀和恒压阀集成在一台泵上，这样在恒功率阀、恒压阀单独作用的时候或者当从恒功率段向恒压段转换的时候，恒功率阀、恒压阀的并存是否会产生相互干扰，以至于对泵的动态特性产生干扰？另外一个问题是恒
功率控制与恒压控制对阻尼的要求也有所不同，阻尼小，则恒压稳定，阻尼大，则恒功率稳定，该如何选择一个最佳阻尼值，尚需进一步的实验研究。
Q (bar)
max 1
Q Q Q max Q L 恒压阀
恒功率阀
A
O P
P
（下转第21页）
机械 2006年第11期 总第33卷 设计与研究 ・21・
位移输入q f 、q r 在时间上只差一个时间滞后量Δt ，即
q r （t ）= q f （t －Δt ） （5）
式中：Δt = L /u ，L 为轴距，u 为车速。
用MATLAB/Simulink 进行仿真计算，可获得汽车行驶时车轮受到的垂直随机动载荷，再由式（3）求出驱动轮上的扭转载荷。以某载货汽车为例，仿
真参数见表1。选择C 级路面，路面不平度系数
G q (n 0)=256×10-6（m 3），为仿真计算的路面。设采
样点数为1024，取采样频率下限f 1 =0.25 Hz ，上限
f 2 =50 Hz ，根据采样间隔的要求，取Δl =0.2 m ，当车速u =20 m/s 时，采样时间间隔为0.01 s ，则总采样距离L ≥205 m 。驱动轮扭转载荷仿真结果如图3所示。
表1 双轴货车有关参数
m 2f
(kg)
m 2r (kg)
m 2c (kg)
k 2f (N /m)
vb12k a (N /m)
c 2f (N s/m)
c 2r (N s/m)
m 1f (kg)
m 1r (kg)k 1f (N /m)
k 1r (N /m)
1904 5193 789 34×104 60×10414×10328×103 480
945
19×10538×105
L =4.1 m ，a =3 m ，b =1.1 m ，u =20 m/s
图3 驱动轮上的扭转载荷
4 结束语
本文利用双轴货车4自由度振动系统在随机路面激励下的数学模型，用MATLAB/Simulink 仿真计算了驱动轮上的扭转载荷，该计算载荷可用来编制疲劳试验扭转载荷谱，用于对传动系统零部件进行程序疲劳试验。根据不同等级路面，甚至多种等级
的组合路面，可获得有针对性的模拟载荷。与实测载荷谱相比，模拟载荷谱具有规范、灵活、经济的特点，尤其在不易获得实测载荷谱的条件下，可以利用模拟载荷谱对传动系统零部件进行程序疲劳试
验以及疲劳寿命分析。 参考文献：
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当量
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5 恒功率恒压变量泵的发展前景
不可再生能源的日益短缺已经严重危机到了国民生产的各个行业，现在每种产品设计的最主要衡量指标之一就是能耗问题。节能产品必将优先赢得用户的青睐。这种恒功率恒压变量泵就是应这种时代的大背景而生。从上面的分析我们不难看出，经过对恒功率变量泵和恒压变量泵各自优势的很好结合，使得这种泵比以往的任何一种节能型泵都具有更好的节能效果，这就将为这种泵的发展赢得更广阔的市场。另外，进入20世纪80年代中期以后，液压传动系统正逐步的发生着一种变化，那就是由传统的阀控系统向恒压泵控系统过渡。这种变化也是应时代的发展而生，是历史的必然。传统的阀控
系统或许将会慢慢的淡出人们的生活。所以，我们可以说，经过进一步的技术发展与成熟，这种新型的变量柱塞泵必将会为发展我国的恒压泵控系统作出贡献，同时必将有很广阔的发展前景。 参考文献：
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[5] 徐绳武. 从节能看液压传动控制系统发展的三个阶段[J]. 液压气动与密封，2005，（5）.
900800700600500400300
T r /N m
0 2 4 6 8 10
12
14 16 18 20
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（上接第18页）
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