A4VG系列泵及其在静液压传动系统中的应用.docx

A4VG 系列泵及其在静液压传动系统中的应用于庆丽， 王刚 （安徽工业大学机械学院 ） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!“ 摘 要： 讨论 A4VG 系列泵的工作原理及其在静液压传动系统中的应用， 首先对静液压传动的 定义、工作原理、组成形式及特点进行分析介绍， 然后对静液压传动中常用 A4VG 系列泵的组成、特 点、工作原理进行分析说明， 重点对 A4VG 系列泵中各功能单元的作用及 A4VG 系列泵各种变量控 制方式的实现原理和基本调节方法进行详细分析，最后对 A4VG 系列泵在静液压传动系统中的一 个应用实例进行原理说明关键词： 静液压传动； A4VG 泵； DA 控制静液压传动 （HydroStatic Transmission， HST ） 系统集液压泵、马达于一体， 将机械能通过液压泵转 化为液压能， 又通过液压马达将液压能转化为机械 能[1]静液压传动属于液压传动中闭式容积调速范 畴， 是集成化、一体化程度更高的闭式容积调速回 路根据静液压传动中排量是否可调可以分为 4 种 系统组合方式：1）定量泵-定量马达；2）定量泵-变 量马达；3）变量泵- 定量马达；4）变量泵- 变量马 达。

这类系统的主要特点是可无级调速， 调速范围 宽， 没有节流调速的溢流能量损失， 系统不易发热， 可实现恒转矩或恒功率调速及传动效率高等HST 输出轴低转速区段的效率比液力传动要高出许多， 高效区亦较宽但在高速区段却不如液力传动和电 力传动， 这就决定了其主要用于速度较低的行走机 械目前静液压传动在装载机、推土机、叉车， 以及 农业机械、建筑机械等领域得到了广泛的应用静 液压传动装置中多使用通轴式双向变量斜盘式轴 向柱塞泵 （以下简称“通轴泵”）通轴泵的变量控制 方式很多， 主要有手动伺服控制、与压力有关的液 压控制、与转速有关的液压控制、转矩控制和电控 制 （比例控制、二位控制） 等， 多功能阀也集成在泵 上国外通轴泵近些年发展得很快， 品种规格齐全， 变量控制方式多样， 技术指标先进， 质量稳定， 工作 可靠美国萨澳公司 90 系列通轴泵、德国力士乐公 司 A4VG 系列通轴泵 （以下简称“A4VG 泵”） 和日本大金公司 20 系列通轴泵在国内工程机械上已大量应用国内通轴泵生产起步较晚， 目前仅有中美合 资上海萨澳液压传动有限公司进行组装生产原天 津特精液压股份有限公司、贵州 501 厂也小批量生产， 但无论品种规格， 还是生产数量与国外先进国 家相比尚有差距[2]。

本文以力士乐公司 A4VG 泵为 例对静液压传动的组成、原理和基本的调节方法进 行分析说明A4VG 泵简介A4VG 泵是斜盘式轴向柱塞变量泵，用于静液 压传动闭式回路， 流量与驱动转速、排量成正比并 可无级变量， 可选择多种变量控制方式， 如手动、液 压控制、电比例控制等； 内置辅助泵用作补油泵和 控制泵该系列柱塞泵代表了当今工程机械液压传 动技术的较高水平， 结构复杂， 制造精度高， 能实现 远程自动控制 该系列泵额定工作压力可达 40MPa， 最高压力可达 45 MPa， 最高允许转速与排量 大小有关， 排量在 250~28 mL/r， 转速为 2 400~4 250 r/min， 广泛应用于建筑机械、农业和农林机械、路面 机械以及叉车、起重机等机器上1A4VG 泵基本功能单位A4VG 泵的结构原理图如图 1 所示A4VG 泵 除了具有常规的柱塞泵元件外，还集成有补油泵、2作者简介： 于庆丽 （1979—） ， 女， 山东泰安人， 讲师， 硕士， 研究方向： 液压传动与控制— 42 —!!!!!“!!!!!“1. 压力切断阀 2. 补油泵 3. 过滤器 4. 补油溢流阀 5. 高压溢流阀 6. 变量控制机构 7. 变量活塞 8. 泵本体 图 1 A4VG 泵结构原理图图 2 液压控制原理图工程机械第 43 卷 2012 年 11 月Hydrostatics and Hydrodynamics开状态， 保证补油泵补油压力近似为一恒定值。

2.5高压溢流阀每个 A4VG 泵包括两套高压溢流阀，每套高压 溢流阀包括 1 个高压溢流阀和 1 个补油单向阀， 高 压溢流阀通常是不开启的，正常情况下是在切断阀 起作用后，如果系统压力继续升高到高压溢流阀调 定压力， 高压溢流阀才会开启使泵在小排量下溢流 补油单向阀是补油泵给泵低压油路补油的通道2.6变量控制机构 变量控制机构用来控制变量活塞的位移， 根据 变量结构的不同， 可以实现液控、手动伺服控制、DA液压控制、电气两点控制和电气比例控制等方式2.7变量活塞 变量活塞用来直接控制变量泵的排量， 变量活 塞的位移和泵的排量成比例 2.8泵本体泵的本体和常用的斜盘式轴向柱塞变量泵本 体相似， 在此不做详细说明补油溢流阀、补油单向阀、高压溢流阀、压力切断阀 和变量控制机构等[3]2.1压力切断阀 压力切断阀由一个外控式溢流阀和一个梭阀组 成， 梭阀检测并比较高压油管的压力， 当高压油管的 压力达到外控式溢流阀的调定压力时，外控式溢流 阀打开， 使变量泵控制机构的控制油和油箱接通， 泵的排量迅速接近于 0； 如果泵输出压力继续升高， 高 压溢流阀 5 打开， 使泵在极小排量下溢流。

压力切断 阀在系统加速或减速时， 可以阻止高压溢流阀开启， 从而防止系统经常出现高压溢流， 减少系统发热[4] 2.2补油泵补油泵是和主泵同轴相连的小规格液压齿轮 泵，它的作用有： 1 ）补充闭式回路泄漏油； 2 ）保证 泵的吸油口有一定的压力，改善泵的吸油条件； 3 ） 给泵变量控制机构提供恒压控制油源； 4 ）当使用 DA 控制装置时， 可以用来检测发动机的转速 2.3过滤器A4VG 泵的过滤器可以使用集成式的也可以使 用独立式的，用来对辅助泵输出的液压油进行过 滤， 保证变量控制机构可靠工作过滤器还可以选配冷启动阀， 用来保护泵， 当由于油温过低等原因 导致过滤器两端压差过高时 （如大于 0.6 MPa） ， 冷 启动阀打开，冷启动阀相当于一个旁通卸荷阀， 使 补油泵出口和油箱接通，系统建立不起控制压力， 主泵也就不会变量， 处于零摆角状态， 起到保护系 统的作用2.4补油溢流阀 补油溢流阀是一个低压溢流阀， 工作时处于常A4VG 泵排量控制原理静液压传动系统中， A4VG 轴向柱塞变量泵的 控制方式有很多种，一般有 HD 液控变量形式， HW 液压控制手动伺服形式，与转速相关的 DA 液压控 制方式， DG 液压控制方式，EZ、EP 电气控制等方 式， 下面将对每种控制方式进行详细分析说明。

3.1HD 液压控制 HD 液控方式通过控制先导控制油口 Y1 和 Y2 之间的压力差值 pst， 来控制变量活塞的位移， 进而 控制变量泵的排量HD 控制方式的原理图如图 2 所示， 当给定某一压差 pst 值时， 变量伺服阀阀芯动 作， 阀口打开， 控制油进入变量活塞的控制腔， 变量3— 43 —图 5 EZ 电气两点控制原理图工程机械第 43 卷 2012 年 11 月Hydrostatics and Hydrodynamics活塞在控制油的作用下运动， 变量活塞的运动位移 通过活塞和比例阀阀套之间的位置直接反馈， 使伺 服阀阀芯重新处于阀口关闭状态， 切断进入变量活 塞的控制油， 使变量活塞的位移量和给定的压差成 比例因此， HD 控制方式通过控制压差的符号可以 控制变量泵油液流向， 实现双向变量， 通过控制压 差的大小可以控制泵的排量， 使泵的排量和压差成 比例关系 3.2 HW 手动伺服控制HW 手动伺服控制的原理图如图 3 所示，通过 调节泵体上操作杆的转动角度和转动方向来控制变量活塞的运动方向和位移泵的排量和操作杆的 转动角度成比例变量活塞和比例阀阀套之间的位 置直接反馈原理与 HD 液压控制方式相同。

控制腔，通过改变电磁铁 a 和 b 的得电状态使控制泵的排量在 0 到最大排量之间进行切换， 不能实现 泵排量的无级调节 3.5 EP 电气比例控制EP 电气比例控制的原理图如图 6 所示， 通过补 油泵输出的控制油经过比例换向阀到变量活塞的 控制腔，改变比例电磁铁 a 和 b 的控制电流实现变量活塞位移 （即泵排量 ） 的比例调节： 对电磁铁施加 某一特定电流时， 阀芯会在比例电磁铁电磁力的作 用下运动一定的位移， 阀口打开， 变量活塞在控制 油的作用下开始动作， 变量活塞的运动位移通过活塞和比例阀阀套之间的位置直接反馈， 使伺服阀阀 芯重新处于阀口关闭状态， 切断进入变量活塞的控 制油， 使变量活塞的位移稳定在和比例电磁铁的电 磁力 （即控制电流 ） 成比例的位置3.3DG 液压控制方式DG 液压控制的原理图如图 4 所示，外部控制 油通过控制口 X1 或 X2 到变量活塞的控制腔， 变量 活塞的位移 （即泵的排量） 在控制口 X1 或 X2 处压力油的作用下可以在 0 和最大排量之间进行切换泵变量的方向取决于控制油来自 X1 口还是 X2 口3.6DA 转速敏感控制DA 转速敏感控制的原理图如图 7 所示，补油 泵输出的控制油经过 DA 阀、电磁换向阀到变量活 塞的控制腔。

DA 阀输出的控制油压力和原动机的转速成正比，而变量活塞的位移和 DA 阀输出的控 制油压力成正比， 因而实现了原动机转速和泵的排3.4EZ 电气两点控制EZ 电气两点控制的原理如图 5 所示， 补油泵输 出的控制油经过三位四通电磁换向阀到变量活塞— 44 —图 7 DA 转速敏感控制1. 控制器孔板 2. 控制阀口 3. 孔板阀芯组件 4. 弹簧 图 8 DA 阀的结构原理图工程机械第 43 卷 2012 年 11 月Hydrostatics and Hydrodynamics塞控制腔 控制油的压力 p3 作用在面积为 π ·4（D2- d2） 的孔板阀芯组件的环形面积上 （输出的反 馈力） ， 方向从左到右， 与控制器孔板 1 前后压差所 产生的从右向左的输入力等相平衡， 从而决定孔板 阀芯组件 3 的平衡位置[5]： 忽略阀芯上稳态液动力、 黏性摩擦力等的影响时， 阀芯工作的稳态平衡条件 为[6]：Δp·1 πD2=p·1 π（D2- d2） +Fx（1 ）4 式中： Fx 为弹簧力由式 （1 ） 可得：4量之间的正比例关系通过使用带有 DA 控制功能的变量泵可以方便地组成静压“自动变速机构”； 通 过“加大油门”将原动机转速提高， 以使车辆开始行 驶； 当行驶阻力增大时 （例如： 爬坡） ， 为了使原动机 不致过载， DA 控制会调节行驶速度， 使之与发动机 的可用功率相匹配； 同理， 因工作机构同时工作而 需消耗原动机的一部分功率时， 也会产生同样的效 果， 即防止发动机过载或避免发动机熄火。

DA 阀是实现 DA 控制的关键， 为了进一步说明 DA 控制的原理， 下面对 DA 阀的工作原理进行详细 说明图 8 是 DA 阀的结构原理图， DA 阀能够实现 防止发动机过载或避免发动机熄火的前提是原动 机具有当其接近最大功率时， 转速就开始下降这一 特性； DA 阀对原动机转速的检测是通过检测原动 机直接驱动的定量补油泵的流量来实现的Δp·1 πD2- Fx p = 4 （2 ）31 π（D2- d2）4 控制器孔板 1 上节流口为薄壁小孔， 节流口处 的压差与介质黏度无关， 该节流口的压力流量特性 公式为：Q=CdAΔp 2姨（3 ）ρ 式中： Q 为 DA 阀的入口流量； C 为阀口的流量系d 数； A 为阀口的通流面积；ρ 为液压油的密度 根据以上各式可得：2ρQ（4 ）Δp=2 22C。