當(dāng)代液壓挖掘機功率控制技術(shù)及其分析

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1、77當(dāng)代液壓挖掘機功率控制技術(shù)及其分析伏志和摘要：本文所述功率控制泛指液壓挖掘機的柴油機、液壓系統(tǒng)的功率控制，其內(nèi)容包括柴油機轉(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電液控制技術(shù)將它們組合為功能很強的控制系統(tǒng)。以當(dāng)今常見的液壓系統(tǒng)、電子控制裝置為例，闡述了它們的基本原理，并對其特點做了分析。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機　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、增強作業(yè)效率。早期的液壓挖掘機采用定量泵供油系統(tǒng)，因其功率利用率低，且無法施展較強的控制功能，因而性能不佳，在大、中型挖掘機上早已被恒功率變量泵系統(tǒng)

2、所取代。定量泵系統(tǒng)因其制造成本低廉，在部分小型、微型挖掘機上還有所應(yīng)用。進入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)了負流量控制、負荷傳感控制等新型液壓系統(tǒng)，其節(jié)能效果明顯提高，進而引入電腦實現(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、維護等方面有了很大提高?？梢哉f，當(dāng)今的液壓挖掘機有無電腦控制功能，已成為新、舊機型的分界線。１、恒功率變量泵液壓系統(tǒng)液壓挖掘機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b、c、d的雙曲線（虛線）即為恒扭矩（當(dāng)橫坐標(biāo)為Q時即為恒功率）曲線。過b、

3、c、d的折線（實線）才是泵的實際特性曲線，是近似于恒功率的特性曲線。變量雙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，因其主泵工作點總沿abcde性能曲線自動調(diào)節(jié)。其實是總在最大功率、最大流量、最大壓力三種極端工況下工作。挖掘機工作時并非時刻都需要最大功率、最大流量和最大壓力。如發(fā)動機空運轉(zhuǎn)時，輕負荷作業(yè)時，強阻力微動時，若按上述特性運行必然造成能量的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　浪費，而又無法通過人為控制改變其狀況。　　　　　　　

4、　　　　　　圖１　２、負流量控制系統(tǒng)圖２為負流量控制系統(tǒng)簡圖。主泵流量分為兩部分，大部分通過主閥到執(zhí)行元件做功，另一小部分經(jīng)主閥中心回油道返回油箱。在主閥回油道上裝一個節(jié)流孔，在節(jié)流孔前引出一777油路至主泵變量機構(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，控制油路的油壓提高，泵的流量即減小，反之，油泵流量加大?？刂朴蛪号c泵流量成反比，故稱為負流量控制。當(dāng)挖掘機工作時，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，全部流量回油箱，泵的控制油壓最大，泵的流量減到最小。挖掘機工作

5、與否，動作的快慢，由人操縱先導(dǎo)閥控制主閥開度來決定，主閥開度又圖2圖3決定回油量的大小，進而控制了泵的流量大小。圖３為先導(dǎo)油壓與主泵流量、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)閥開度。負流量控制系統(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，其節(jié)能效果見圖４。圖４表示了挖掘機在三種運行狀態(tài)下新（負流量）、舊（恒功率）系統(tǒng)圖4的能量消耗對比。圖中點２、點b分別為新、舊系統(tǒng)主泵的工作點。oabc為舊系統(tǒng)

6、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。日本川奇（KAWASAKI）公司制造的K3V系列主泵及KMX系列主閥所組成的系統(tǒng)是典型的負流量控制系統(tǒng)，已得到廣泛的應(yīng)用。德國力士樂（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)，也有較強的功能。該系統(tǒng)需配梭閥組，較負流量控制系統(tǒng)復(fù)雜一些。１、中心開式負荷傳感系統(tǒng)（OLSS）這是日本小松（KOMATSU）公司制造，用于PC200-5、PC300-5、PC400-5型挖掘機上的節(jié)能系統(tǒng)，圖５為它的原理示意圖。所謂“中心開式”是指主

7、閥處于中位時閥心是開放的，回油道由此通過。在主閥回油道上裝有射流傳感器，它與系統(tǒng)中的負流量控制閥（NC777閥）共同控制主泵變量機構(gòu)（伺服缸）?；赜土吭酱螅淞鱾鞲衅鬏敵龅膫鞲袎翰?也越大，NC閥輸出的控制壓力就越小，主泵流量就越小。這與負流量控制系統(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，而非負流量控制關(guān)系。該系統(tǒng)也有如圖４的節(jié)能效果。１、負荷傳感系統(tǒng)圖６為德國林德（LINDE）公司的LSC負荷傳感系統(tǒng)的原理圖。它通過主閥出口處的壓力補償閥及圖5梭閥控制主閥進、出口的壓差，使之保持一個恒定值，通過閥心的流量就

8、只與閥心開口面積有關(guān)。各主閥均保持同樣壓差，不受外負荷影響。它們的流量分配按各閥開度大小成比例分配，而閥的開度受控于人為操作。各閥分流出的控制壓力由梭閥檢測出最大的一個傳至主泵變量機構(gòu)，以控制其流量。主閥的進、出口壓差要在系統(tǒng)中調(diào)整為某一定值，裝有電子控制裝置的