用户端调节式液压无级变速装置(1)

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2000页（2103字）

传统液压式油路无级变速装置的主调节元件是变量泵，马达排量仅作为辅助调节参量。一般选用定量的有级变量的马达，即便是选用压力反馈无级变量马达，马达排量也只在有限范围内随负荷变化。此负荷变化的主要反应是系统压力的波动，因为以马达进口压力的变化来匹配负荷的，这种系统可称之为“压力耦合”系统。在这种系统中，并联两个以上马达时，压力仅反映负荷最小的马达的需要，而负荷较高的马达则可能无法输出足够的转矩，因此并联的各马达无法独立操作，需要独立操作的执行元件(马达或液压缸)则不得不并列设置几套完整的变速装置，对于具有多个“用户”的设备来说，很不方便。对于带贮能设备的液压无级变速装置来说，油路中压力大幅度的波动以及压力方向的变化，给液压蓄能器的设置造成很大困难。因为蓄能器只能在一个压力方向上运行，从效率和寿命考虑，它的工作压力比(贮能终点的压力与放能终点压力之比)一般不超过3～4。

鉴于传统的“压力耦合”方式的缺点，人们开发了能够快速双向变量的液压马达，用调节马达排量的方式适应负荷大小和方向的变化，而系统的压力基本保持不变。在这样真正的恒压系统中(不是为防止超负荷而设置的压力界限所形成的恒压)，可以并联若干变量马达，各以自己的排量变化来适应自身负荷的要求，彼此互不干扰。这种工作情况，与现代电力传动系统中各个用户联接在电压恒定的电网上，根据负荷的大小自行调节电流的大小的方式相似。在这种系统中，马达通过所需流量的调节来满足负荷的功率匹配的要求。负荷小，转速低时，流量小；负荷大，转速高时，流量大。所以，这种传动系统是以“流量耦合”的原理工作的。系统输出端的转矩和转速是由用户端(液压马达)自己匹配的，所以称为“用户端调节”装置。

在用户端调节的变速装置中，由于马达入口压力不再变化，负荷大小不再能从压力变化中识别；要想适时地改变马达排量，就必须设置专门的测速系统来获取负荷变化的信号。图31．4－36是多用户的用户端调节式液压无级变速装置原理图，它的公用压力网络由一个或几个并联的液压泵供油，泵的变量系统仅用以维持系统的恒定压力。马达的速度和所需流量由自身的变量机构来调节。以用户1为例，变量马达带有一个同步旋转的测速泵，它的输出流量q_h正比于马达转速。P_k流过并联于马达变量缸上的节流阀时产生压差△p_h，节流阀开度不变时，△p_h仅是马达转速的函数。当马达的输出转矩与负载转矩平衡时，△p_h可使马达的差动变量液压缸保持在一定位置，马达具有相应的排量。负荷增加时，首先出现转速的减小，△p_h随之变化，迫使差动液压缸向排量增加的方向变化；负荷减小时，其过程相反；最后都达到排量和负荷的匹配，保持转速的稳定。改变节流阀的开度可以变换马达的调定转速，与传统的马达变量方法相反，为了增大(减少)马达的转速，应该调大(小)马达的排量。节流阀完全关闭时，转速为零。当然，实用装置的检测系统均加有伺服变量装置，测速系统也多采用电子传感器以提高调节精度。

图31．4－36 多用户的“用户端调节式”液压无级变速装置基本原理图

图31．4－37是一个实用装置的简化油路系统图。它采用双向测速泵7识别马达的转速和转向，由流量控制阀8与9分别调定两个转向的转速。通过控制压差由伺服阀5和弹簧复中液压缸4调节马达6的排量大小和方向。减压阀2、3和单向阀11、12构成双向工作测速泵7所需的分压及补油回路。通过改变马达6变量部件的位置，马达可以在如图31．4－3所示的四个象限中运行，而没有低速的死区，不但可有正反两个方向的转速，而且在出现负的负荷转矩时，能够使马达6转为泵的工况并向恒压网络反馈液压能，此能量由联接于本系统的液压蓄能器贮存或为同时运行的其他马达所利用。在这种情况下，部分用户有可能在短时间内输出数倍于油源容量的功率。

图31．4－37 双向调速的用户端调节式变速装置系统图

1－液压油泵；2、3－减压阀；4－弹簧复中液压缸；5－液压伺服阀；6－变量马达；7－双向测速泵；8、9－液量控制阀；10－节流阀；11、12－补油单向阀；13－恒压网络

用户端调节式变速装置特别适用于有贮能要求的和多用户系统。联接在恒压网络上的液压蓄能器工作条件好、寿命长、效率高。公共油源中的液压泵在恒压下运行，不受压力波动的影响；系统中并联有液压蓄能器时，有可能采用定量泵和功率较小的泵。由于上述多方面独特功能，自从1977年德国的H·Nikolaus申请这项技术的第一个专利以来，有关的理论和实践都有了迅速的发展。在双向变量马达的开发、电子测速系统的研制，调节系统的稳定和可靠性的研究等方面，都有不少进展。可以预料，这一新的技术将会获得广泛的应用。