高压变量泵技术开发和产业化
什么是变量泵:
在转速不变的情况下，通过改变液压泵排量，同时电机负载也会随着排量而改变，达到省电的目的。变量泵与标准定量泵的主要区别是输出功率不同，变量泵的输出功率是随负载的变化而变化，而定量泵的输出功率相对恒定，在小流量动作情况下，变量泵的输出功率很低，而定量泵的输出功率基本恒定。
日前，“十一五”国家科技支撑计划“关键基础件和通用部件”重点项目“高压变量泵技术开发和产业化”课题通过项目组织单位验收。
通过课题的实施，对柴油机高压共轨系统关键部件—高压变量泵原件参数的容积效率、轨压和驱动扭矩平稳性等方面进行了研究，完善了设计、试制、试验、评价、标定流程和质量控制体系，掌握了电动搅拌器搅拌桨搅拌器搅拌桨提高容积效率优化凸轮型线，提高输油泵的低速效率、改善进/出油阀及溢油阀的结构等关键技术，在引进消化吸收的基础上，成功研制了CB18和CPN2.2BL型高压变量泵。其中，自主开发的高压变量泵CB18主要用于轿车和轻型车共轨系统，通过消化吸收国外先进技术研发的CPN2.2B L进行技术创新和国产化，主要用于重型柴油机共轨系统，两种产品的技术水平均达到国际先进。课题现已取得使用新型专利5项，申请发明专利1项，形成国家标准一项。
目前，高压变量泵CB18和CPN2.2BL已在云内、玉柴、朝柴、锡柴、潍柴等企业生产的柴油机共轨系统中得到应用，实现销售收入8000多万元。
变量泵的基他资料：
“负载感应”通常是描述开式回路变量泵时常用的术语。之所以称之“负载感应”，是变量泵可以感应节流环的出口负载感应压力，泵可以维持节流电动搅拌器搅拌桨搅拌器搅拌桨环两端的压差恒定，并实现流量的比例调节。该节流环通常是比例换向阀，但是根据不同的应用，也可以是锥阀或固定节流环。
在液压工程机械中，流量、压力波动较大，采用负载感应回路可以实现节能，较少功耗。详见图1. 系统中流量转为有用功，输入功率的发热损耗与容积效率的损耗相当。在安装溢流阀的定量泵回路中，泵流量100%做功的工况十分有限，多数情况系统都是在部分工况或微动工况工作，大部分流量都通过溢流阀发热损耗了。如果负载压力低于溢流阀设定压力，溢流发热加上换向阀进出口压降的发热损耗，能量损耗则更加严重。同样，装有压力补偿器的变量泵系统在部分工况或微动工况时，流量小且负载压力大大低于溢流阀设定压力时，由于这种泵是在最大压力下调节，泵流量为最大，换向阀进出口的压降导致发热损耗同样严重。
负载感应控制的变量泵基本消除了无效功的发热损耗。系统的发热损耗仅限于换向阀进出口实际流量的压降发热损耗，而且随实际系统工作压力的变化保持恒定。负载感应回路通常包括轴向柱塞变量泵，负载感应驱动机构和配置有负载感应梭阀网络的比例多路换向阀,负载感应网络的LS口与变量泵负载感应控制阀的X口相连。多路换向阀中负载感应网路通过一系列梭阀与每个工作控制阀片的A口和B口相通，从而保证所感应到最高负载压力可以通过梭阀传至变量泵的控制阀。
为了说明负载感应泵和多路换向阀的配合作用。我们用一个手动换向阀和液压绞车的例子来做对比。操作员推动手动阀，滑阀行程为20%，绞车滚筒以5RPM速度旋转。为了说明原理，我们把换向阀比做固定节流环。当节流环进出口两端的压降不断降低，流经节流环的流量则相应减少。
当绞车的负载增加时，节流环（换向阀）出口的负载感应压力亦相应增加。此时，流经节流环（换向阀）的压降降低，节流环的流量减少，绞车速度开始减慢。
在负载感应回路中，节流环（换向阀）出口的负载感应压力通过换向阀的负载感应梭阀网络传至变量泵的控制阀。变量泵的负载感应控制阀即刻响应增加的感应压力，推动斜盘使泵排量缓缓增加，节流环（换向阀）进口的压力开始上升。这种作用可以维持节流环（换向阀）进出口的压力恒定，流量恒定，从而达到绞车速度的恒定。节流环（换向阀）进出口的压降 delta P 维持在10-30公斤。当所有换向阀回到中位，负载感应压力释放至油箱，泵负载感应控制阀维持在相当于或略高于设定压降值，变量泵处于起始待命状态。
由于变量泵只根据负载感应驱动器的指令大小来输出流量，负载感应控制方式无节流发热损耗，节能效应明显。正如上述例子所示，驱动控制效果明显改善。负载感应控制可以保证流量控制的恒定，而不受泵驱动轴速度变化的影响。如果泵的速度减低，负载感应控制阀推动斜盘增加排量，维持节流环（换向阀）的压差，直到排量达到最大量。
比例变量泵是电液比例控制技术的重要元件之一，属容积调速控制系统范畴。日本YUKEN、NACHI、德国REXROTH、BOSH等公司先后研制开发了多种比例变量泵，使比例控制技术得到了新的发展。其节能效果明显的突出优点，适应了液压控制技术的发展趋势和客户的需求。国外的一些高性能注塑机上已经应用了比例变量泵系统。为使这一技术在国内塑机行业得到推广应用，震德公司新开发的CJ80M2V、CJ150M2V等机型率先配置了比例变量泵系统，使整机部分性能指标有了新的提高。
再看看什么是比例变量泵
一、比例变量泵系统构成分别是应用了比例变量泵的CJ80M2V、CJ150M2V机的液压原理图。其中P1为负载敏感型比例变量柱塞泵，与CJ80M2、CJ150M2液压系统相比较，由原来的定量叶片泵+比例压力阀+比例方向流量阀转变为兼具比例压力、比例流量、负载压力反馈等多种复合控制功能的比例变量泵系统。系统工作时，通过改变I1、I2两个电信号，对比例变量泵的排量参数（斜盘倾角）进行控制和调整，就可向系统提供驱动负载所需的压力和流量，控制十分简洁。
二、结构和工作原理图3所示为负载敏感型比例变量柱塞泵的结构图。由该图可以看出，整个比例变量泵由斜盘式变量柱赛泵、比例先导溢流阀、比例先导节流阀、压力反馈阀、流量反馈阀、手动压力调整机构、手动流量调整机构等部分组成。其工作原理是：当系统处于流量控制状态时，首先给油泵上的比例先导溢流阀输入一个电信号I1，由负载决定的系统工作压力在比例溢流阀设定的压力范围内变化时，比例先导溢流阀能可靠地关闭，油泵出口压力与负载压力保持一定的压差△P，在最高限压范围内能适应负载的变化，系统处于流量调节状态。比例先导节流阀随给定的电信号I2的不同，保持相应的开口，在进出口压差确定的情况下，其输出流量只与I2有关，不受负载变化或油泵马达转速波动的影响。这一结果的理论依据是下面的公式： Q=a.A 2.△P? ф 其中：Q 一 通过阀口的流量L/min a 一 流量因子0.6～0.9（由液压油粘度和节流口形状决定） A 一 节流口面积cm2 △ P 一节流口前后压差bar ф 一 液压油密度kg/m3 √ 对于一特定的电信号I2，若比例先导节流阀进出口压差不变，表示油泵输出的流量与输入信号相对应。而当负载压力变化时，可能会有两种情况：
第一，比例先导节流阀口两端压差减小，说明油泵的输出流量低于输入电信号的对应值，这时，系统压力会通过流量、压力反馈阀反馈给变量机构，变量柱塞泵斜盘倾角随之变大，油泵输出排量自动增加；
第二，比例先导节流阀口两端压差增大，说明油泵的输出流量高于输入电信号的对应值，这时，系统压力同样会反馈给变量机构，变量柱塞泵倾角随之变小，油泵输出排量自动减少。当系统进入压力控制状态时，一方面,给比例先导节流阀输入一个电信号，保证油泵有一定流量输出。此时，通过改变比例先导溢流阀的输入电信号I1，就可得到与之成比例的油泵输出压力。在这种状态下，变量柱塞泵的斜盘倾角很小，油泵输出的流量很小，只保证形成保压压力的需要。
三、系统性能特点比例变量泵的应用，实现了注塑机液压系统由阀控向泵控的转变，使常规的节流调速系统转变为容积调速系统，整机的部分性能指标有了新的提高。具体而言，比例变量泵系统除具有常规比例控制系统的特点外，更具有如下特点： 1． 相同功率的机器，注射速率可提高25%，更适应薄壁精密注塑需要。 2． 系统发热降低,液压元件使用寿命延长。节流、溢流损失是系统发热的主要原因。由于比例变量泵系统节流、溢流损失减小，系统发热大大降低。 3． 整机运行时压力，流量控制更稳定准确，操控简便快捷。 4． 能量损耗减少，系统效率提高。由于比例变量泵本身所具有的良好的自适应性，其输出的流量和压力能够与负载需求相一致,解决了节流调速系统的流量不适应和压力不适应的问题，节流、溢流损失降低，能量损耗减少，系统效率提高，其节能效果十分明显，与标准机型相比较，可节电20%以上。
四、使用注意事项 1． 厂内试机时，第一次起动油泵马达前，需从泵体上部的注油口（有明显标志）注入清洁的液压油，注满后把原来的油塞装回，拧紧。 2． 使用本机需注意保持液压系统的清洁，以延长油泵的使用寿命。机器出厂前油箱、过滤器等已经过严格的清洗，系统污染度控制在较低水平（NAS1O级以下）。为延长油泵的使用寿命，连续生产以后，新机工作1000小时后需第一次更换液压油和滤芯，同时清洗油箱。工作5000小时后第二次更换液压油及滤芯并清洗油箱。以后每半年更换一次。更换新液压油时，必须经过过滤（过滤精度为20μm），切忌将未经过滤的液压油直接加入或新油、旧油混合使用。 3． 机器出厂前，比例变量泵部分及整个系统已经过调试，一般无需特别调整即可开机。若开机后有压力波动现象，可按以下程序处理： ① 、用板手松开油泵出油口上方之比例控制先导阀尾部的排气螺钉。 ② 、将射移前进、后退之速度、压力设定为30%。 ③ 、手动使射台前后反复移动，并检查排气螺钉处，直到有液压油连续流出为止。此时压力波动可消除。 ④ 、清洗油箱，更换液压油时，一般无需移动油泵。若因各种原因移动油泵而导致泵体内液压油流出，重新安装后第一次开机时，需从泵体上部注油口（有明显标志）向泵体内注满清洁的液压油，然后再行开机，以延长油泵的使用寿命
