挖掘機(jī)液壓挖掘機(jī)主泵及柴油機(jī)功率控制技術(shù)

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1、液壓挖掘機(jī)功率控制技術(shù)及其分析《液氣壓世界》2006年第4期　　　閱讀次數(shù)：2345　　摘要：本文所述功率控制泛指液壓挖掘機(jī)的柴油機(jī)、液壓系統(tǒng)的功率控制，其內(nèi)容包括柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩控制及液壓系統(tǒng)功率、流量、壓力控制以及如何通過(guò)電液控制技術(shù)將它們組合為功能很強(qiáng)的控制系統(tǒng)。以當(dāng)今常見(jiàn)的液壓系統(tǒng)、電子控制裝置為例，闡述了它們的基本原理，并對(duì)其特點(diǎn)做了分析?！　￡P(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)?　功率控制　　系統(tǒng)　　功率控制的主要目的是節(jié)能、提高功率利用率、增強(qiáng)作業(yè)效率。早期的液壓挖掘機(jī)采用定量泵供油系統(tǒng)，因其功率利用率低，且無(wú)法施展較強(qiáng)的控制功能，因而性能不佳，在大、中型挖掘機(jī)上早已被恒功率變量泵

2、系統(tǒng)所取代。定量泵系統(tǒng)因其制造成本低廉，在部分小型、微型挖掘機(jī)上還有所應(yīng)用。進(jìn)入２０世紀(jì)８０年代中期，在恒功率變量泵系統(tǒng)基礎(chǔ)上出現(xiàn)了負(fù)流量控制、負(fù)荷傳感控制等新型液壓系統(tǒng)，其節(jié)能效果明顯提高，進(jìn)而引入電腦實(shí)現(xiàn)了電子控制功能，使得在節(jié)能、功率利用率、工作效率；便于監(jiān)控、操作、維護(hù)等方面有了很大提高?？梢哉f(shuō)，當(dāng)今的液壓挖掘機(jī)有無(wú)電腦控制功能，已成為新、舊機(jī)型的分界線?！　　　。薄⒑愎β首兞勘靡簤合到y(tǒng)　　液壓挖掘機(jī)廣泛采用雙主泵恒功率變量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其單泵性能如圖１所示。圖中過(guò)b、c、d的雙曲線（虛線）即為恒扭矩（當(dāng)橫坐標(biāo)為Q時(shí)即為恒功率）曲線。過(guò)b、c、d的折線（實(shí)線）才是泵的實(shí)際特

3、性曲線，是近似于恒功率的特性曲線?！　∽兞侩p泵可組合為總功率控制，分功率控制和交叉功率控制系統(tǒng)，其功能各有差異。上述恒功率變量泵系統(tǒng)，其性能還不夠理想，因其主泵工作點(diǎn)總沿abcde性能曲線自動(dòng)調(diào)節(jié)。其實(shí)是總在最大功率、最大流量、最大壓力三種極端工況下工作。挖掘機(jī)工作時(shí)并非時(shí)刻都需要最大功率、最大流量和最大壓力。如發(fā)動(dòng)機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輕負(fù)荷作業(yè)時(shí)，強(qiáng)阻力微動(dòng)時(shí)，若按上述特性運(yùn)行必然造成能量的浪費(fèi)，而又無(wú)法通過(guò)人為控制改變其狀況。圖１　　２、負(fù)流量控制系統(tǒng)　　圖２為負(fù)流量控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。主泵流量分為兩部分，大部分通過(guò)主閥到執(zhí)行元件做功，另一小部分經(jīng)主閥中心回油道返回油箱。在主閥回油道上裝

4、一個(gè)節(jié)流孔，在節(jié)流孔前引出一油路至主泵變量機(jī)構(gòu)，即成為控制油路，其油壓的變化即可控制主泵流量。當(dāng)主閥回油量大時(shí)，控制油路的油壓提高，泵的流量即減小，反之，油泵流量加大。控制油壓與泵流量成反比，故稱(chēng)為負(fù)流量控制。當(dāng)挖掘機(jī)工作時(shí)，泵的流量大部分去了執(zhí)行元件，回油量很小，于是泵的流量增大，當(dāng)主閥處于中位時(shí)，全部流量回油箱，泵的控制油壓最大，泵的流量減到最小。挖掘機(jī)工作與否，動(dòng)作的快慢，由人操縱先導(dǎo)閥控制主閥開(kāi)度來(lái)決定，主閥開(kāi)度又???圖2?????????????????????????????????????????圖3　　決定回油量的大小，進(jìn)而控制了泵的流量大小。圖３為先導(dǎo)油壓與

5、主泵流量、工作油流量、回油流量的關(guān)系圖。先導(dǎo)油壓又正比地受控于先導(dǎo)閥開(kāi)度?！　∝?fù)流量控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的恒功率變量系統(tǒng)相比較，克服了主泵總在最大流量、最大功率、最大壓力下工作的極端狀況，其節(jié)能效果是明顯的。當(dāng)裝了壓力切斷閥（cut-of　valve）時(shí)，其節(jié)能效果見(jiàn)圖４。圖４表示了挖掘機(jī)在三種運(yùn)行狀態(tài)下新（負(fù)流量）、舊（恒功率）系統(tǒng)圖4　　的能量消耗對(duì)比。圖中點(diǎn)２、點(diǎn)b分別為新、舊系統(tǒng)主泵的工作點(diǎn)。oabc為舊系統(tǒng)能量消耗，0123為新系統(tǒng)能量消耗，有陰影部分即為節(jié)省下的能量?！　∪毡敬ㄆ妫↘AWASAKI）公司制造的K3V系列主泵及KMX系列主閥所組成的系統(tǒng)是典型的負(fù)流量控制系統(tǒng)

6、，已得到廣泛的應(yīng)用。　　德國(guó)力士樂(lè)（REXROTH）公司制造的A8V系列主泵及M8系列主閥所組成的系統(tǒng)是正流量控制系統(tǒng)，也有較強(qiáng)的功能。該系統(tǒng)需配梭閥組，較負(fù)流量控制系統(tǒng)復(fù)雜一些。　　　?。?、中心開(kāi)式負(fù)荷傳感系統(tǒng)（OLSS）　　這是日本小松（KOMATSU）公司制造，用于PC200-5、PC300-5、PC400-5型挖掘機(jī)上的節(jié)能系統(tǒng)，圖５為它的原理示意圖。所謂“中心開(kāi)式”是指主閥處于中位時(shí)閥心是開(kāi)放的，回油道由此通過(guò)。在主閥回油道上裝有射流傳感器，它與系統(tǒng)中的負(fù)流量控制閥（NC閥）共同控制主泵變量機(jī)構(gòu)（伺服缸）。回油量越大，射流傳感器輸出的傳感壓差-也越大，NC閥輸出的控制

7、壓力就越小，主泵流量就越小。這與負(fù)流量控制系統(tǒng)總效果是一致的，所不同的是主泵控制壓力與主泵流量Q成正比，而非負(fù)流量控制關(guān)系。該系統(tǒng)也有如圖４的節(jié)能效果。　　４、負(fù)荷傳感系統(tǒng)　　圖６為德國(guó)林德（LINDE）公司的LSC負(fù)荷傳感系統(tǒng)的原理圖。它通過(guò)主閥出口處的壓力補(bǔ)償閥及?????????????????????圖5　　梭閥控制主閥進(jìn)、出口的壓差，使之保持一個(gè)恒定值，通過(guò)閥心的流量就只與閥心開(kāi)口面積有關(guān)。各主閥均保持同樣壓差，不受外負(fù)荷影響。它們的流量分配按各閥開(kāi)度大小成比例分配，而閥的開(kāi)度受控