压力补偿阀的另一面

提到压力补偿控制,或许第一反应会是限定系统最高压力,起到保护泵的作用,也就是经常所说的压力切断阀的功能。不过压力切断只是压力补偿控制中的一项功能,而其恒压控制的功能却常常被忽视。所谓的压力补偿控制的恒压功能就是:泵的排量可以在最小及最大的范围内变化,但是泵的出口压力可以基本保持不变。

提到压力补偿控制,或许第一反应会是限定系统最高压力,起到保护泵的作用,也就是经常所说的压力切断阀的功能。不过压力切断只是压力补偿控制中的一项功能,而其恒压控制的功能却常常被忽视。所谓的压力补偿控制的恒压功能就是:泵的排量可以在最小及最大的范围内变化,但是泵的出口压力可以基本保持不变。本期i小编就来探讨一下这容易被忽略的压力补偿阀,另一面背后的逻辑。
N35-Cover

压力补偿控制阀结构及原理图 [1]

 

压力补偿的另一面

相对于压力切断阀 (Pressure Cut-off),i小编认为压力补偿阀 (Pressure Compensated)除了具有限定泵出口最高压力的功能外(即压力切断阀的功能),同时具有另外一面非常重要的功能,即恒压控制。

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压力补偿阀特性曲线分解 [2]

从压力补偿阀的特性曲线上可以看出,当泵出口的负载压力在A-B之间时,泵处于全排量状态;当负载压力处于B-C之间时,泵的排量可以在最小(有一定的小排量补偿内部泄漏)和最大排量之间变化;当负载压力达到C点时,即泵处于所谓的压力切断状态,泵的排量最小(有一定的小排量补偿内部泄漏,不是为零排量)。而大部分应用中所用到的就是C点的工况。

而i小编本期要谈的是B-C之间的这个工况,即所谓的恒压工况。这个阶段的有趣之处在于排量可以大范围变化,而出口压力却在很小范围内变化(这个△P就是所谓的调压偏差。调压偏差不是本期讨论的对象。如有兴趣,可参考iHydrostatics QQ群共享文件中的“关于DR阀的调压偏差的讨论”)。

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恒压功能解析 [2]

可能大家有的疑惑是:什么情况下,恒压控制为什么能实现上述功能?i小编以上图为例来做解析。

■ 工况1:当图中的主控制阀处于中位关闭状态时,此时泵就会处于高压待命状态,即压力切断状态,这点无须赘述。

■ 工况2:若主控制阀处于某一小开度a时,那么将会有流量流过阀口,进入到油缸大腔中去推动负载。负载大小已知,那么流过阀口的流量就和泵出口的压力存在确定关系。

那么问题来了:泵出口压力是多少?泵输出流量是多少?

i小编用极端假设法定性分析这个问题。

假如此时泵出口的压力低于PC阀设定压力,那么泵就会全排量输出流量。而这么大的流量全部通过主控制阀阀口时,将产生较大的压降,此压降的产生将会导致泵出口的压力迅速升高且超过PC设定值,从而使得PC阀阀口打开,伺服压力进入伺服活塞腔,泵排量降低。直到降低到流量通过主控制阀阀口产生的压降而造成的泵出口压力是PC阀设定值为止。

 

■ 工况3:若主控制阀阀口a的开度略减小,在此瞬间泵的排量未发生改变,而压降将会升高 (根据Q~△P的节流口关系式)。所以泵出口的压力会增大,将会推动PC阀阀芯,使其开度b略变大,从而使得伺服腔压力增大,泵的排量将减小。

大家在这里可能会有一个疑问:泵的排量会减小到零吗?

i小编再采用极端假设法分析一下。

假如减小到零,那么此时无流量通过阀口a,从而造成泵出口压力下降。那么PC阀芯将移动,阀口b降减小并关闭,那么泵的排量将会再次变大,输出流量。

 

对比工况2和工况3,我们就会发现,工况3下的PC阀芯开度b相对于工况2中略大,也就意味着工况3中的PC阀芯进一步压缩了PC阀弹簧,即其对应的泵出口压力略大于工况2。调压偏差的缘由也便来自于此。不过这个变化量相对于泵出口的压力可以忽略。

总结上述工作过程,我们可以得出这样的结论:当PC阀工作于B-C区间时,PC阀芯会有微量的位移。正是由于这种微量的位移,才导致了PC阀芯开度的变化,从而造成伺服活塞腔压力的变化,最终控制泵排量的变化。

参考文献
[1] Rexroth. A10VO技术手册. www.boschrexroth.com.
[2] Danfoss. S45技术手册. powersolutions.danfoss.com.

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