浅析当代液压挖掘机功率控制技术及其

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1、77当代液压挖掘机功率控制技术及其分析伏志和摘要：本文所述功率控制泛指液压挖掘机的柴油机、液压系统的功率控制，其内容包括柴油机转速、扭矩控制及液压系统功率、流量、压力控制以及如何通过电液控制技术将它们组合为功能很强的控制系统。以当今常见的液压系统、电子控制装置为例，阐述了它们的基本原理，并对其特点做了分析。关键词：液压挖掘机　功率控制　　系统功率控制的主要目的是节能、提高功率利用率、增强作业效率。早期的液压挖掘机采用定量泵供油系统，因其功率利用率低，且无法施展较强的控制功能，因而性能不佳，在大、中型挖掘机上早已被恒功率变量泵系统所

2、取代。定量泵系统因其制造成本低廉，在部分小型、微型挖掘机上还有所应用。进入２０世纪８０年代中期，在恒功率变量泵系统基础上出现了负流量控制、负荷传感控制等新型液压系统，其节能效果明显提高，进而引入电脑实现了电子控制功能，使得在节能、功率利用率、工作效率；便于监控、操作、维护等方面有了很大提高。可以说，当今的液压挖掘机有无电脑控制功能，已成为新、旧机型的分界线。１、恒功率变量泵液压系统液压挖掘机广泛采用双主泵恒功率变量调节系统，其单泵性能如图１所示。图中过b、c、d的双曲线（虚线）即为恒扭矩（当横坐标为Q时即为恒功率）曲线。过b、c、

3、d的折线（实线）才是泵的实际特性曲线，是近似于恒功率的特性曲线。变量双泵可组合为总功率控制，分功率控制和交叉功率控制系统，其功能各有差异。上述恒功率变量泵系统，其性能还不够理想，因其主泵工作点总沿abcde性能曲线自动调节。其实是总在最大功率、最大流量、最大压力三种极端工况下工作。挖掘机工作时并非时刻都需要最大功率、最大流量和最大压力。如发动机空运转时，轻负荷作业时，强阻力微动时，若按上述特性运行必然造成能量的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　浪费，而又无法通过人为控制改变其状况。　　　　　　　　　　

4、　　　图１　２、负流量控制系统图２为负流量控制系统简图。主泵流量分为两部分，大部分通过主阀到执行元件做功，另一小部分经主阀中心回油道返回油箱。在主阀回油道上装一个节流孔，在节流孔前引出一777油路至主泵变量机构，即成为控制油路，其油压的变化即可控制主泵流量。当主阀回油量大时，控制油路的油压提高，泵的流量即减小，反之，油泵流量加大。控制油压与泵流量成反比，故称为负流量控制。当挖掘机工作时，泵的流量大部分去了执行元件，回油量很小，于是泵的流量增大，当主阀处于中位时，全部流量回油箱，泵的控制油压最大，泵的流量减到最小。挖掘机工作与否，动

5、作的快慢，由人操纵先导阀控制主阀开度来决定，主阀开度又图2图3决定回油量的大小，进而控制了泵的流量大小。图３为先导油压与主泵流量、工作油流量、回油流量的关系图。先导油压又正比地受控于先导阀开度。负流量控制系统与传统的恒功率变量系统相比较，克服了主泵总在最大流量、最大功率、最大压力下工作的极端状况，其节能效果是明显的。当装了压力切断阀（cut-of　valve）时，其节能效果见图４。图４表示了挖掘机在三种运行状态下新（负流量）、旧（恒功率）系统图4的能量消耗对比。图中点２、点b分别为新、旧系统主泵的工作点。oabc为旧系统能量消耗，

6、0123为新系统能量消耗，有阴影部分即为节省下的能量。日本川奇（KAWASAKI）公司制造的K3V系列主泵及KMX系列主阀所组成的系统是典型的负流量控制系统，已得到广泛的应用。德国力士乐（REXROTH）公司制造的A8V系列主泵及M8系列主阀所组成的系统是正流量控制系统，也有较强的功能。该系统需配梭阀组，较负流量控制系统复杂一些。１、中心开式负荷传感系统（OLSS）这是日本小松（KOMATSU）公司制造，用于PC200-5、PC300-5、PC400-5型挖掘机上的节能系统，图５为它的原理示意图。所谓“中心开式”是指主阀处于中位时

7、阀心是开放的，回油道由此通过。在主阀回油道上装有射流传感器，它与系统中的负流量控制阀（NC777阀）共同控制主泵变量机构（伺服缸）。回油量越大，射流传感器输出的传感压差-也越大，NC阀输出的控制压力就越小，主泵流量就越小。这与负流量控制系统总效果是一致的，所不同的是主泵控制压力与主泵流量Q成正比，而非负流量控制关系。该系统也有如图４的节能效果。１、负荷传感系统图６为德国林德（LINDE）公司的LSC负荷传感系统的原理图。它通过主阀出口处的压力补偿阀及图5梭阀控制主阀进、出口的压差，使之保持一个恒定值，通过阀心的流量就只与阀心开口面

8、积有关。各主阀均保持同样压差，不受外负荷影响。它们的流量分配按各阀开度大小成比例分配，而阀的开度受控于人为操作。各阀分流出的控制压力由梭阀检测出最大的一个传至主泵变量机构，以控制其流量。主阀的进、出口压差要在系统中调整为某一定值，装有电子控制装置的