当代液压挖掘机功率控制技术

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1、当代液压挖掘机功率控制技术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、工作效率及便于监控、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，已成为区

2、分新旧机型的分界线。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、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

3、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泵的运行状况。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。在主阀回油道上有一个节流孔，在节流孔前引出一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

4、制油压最大，泵的流量减到最小。挖掘机工作与否，动作的快慢，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。面积ｏａｂｃ为旧系统能量消耗，面积０１２３为

5、新系统能量消耗，有阴影部分即为节省下的能量。日本川崎公司制造的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。３中央开式负荷传感系统（ＯＬＳＳ）ＯＬＳＳ系统是日本小松公司制造的，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“中央开式”是指主阀处于中位时阀心是开放的，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

6、制阀（ＮＣ阀）共同控制主泵变量机构（伺服缸）。回油量Ｑｃ越大，射流传感器输出的传感压差ｐｄ－ｐｂ也越大，ＮＣ阀输出的控制压力ｐｉ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ｐｉ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。４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

7、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机型，电脑会使压差在此定值范围内实时变动，以控制泵排量，即控制泵的吸收扭矩。本系统很好的实现了流量按需分配，不受外负荷影响，无多余流量，各执行元件可同时工作，具有互不干扰等功能。该系统的基本原理，基于柏努利方程：Ｑ＝αＡ式中Ｑ为主阀流量，α为阀流量系数，ρ为流体密度，Ａ为阀心流通面积，∆ｐ为阀的进、出口压力差。可见α、ρ是常数，∆ｐ由压力补偿阀自动调整为不变值，流通面积Ａ的大小就成正比地决定了流量Ｑ的大小

8、。该系统与传统的恒功率变量系统比较，其节能效果也体现在三类工况。图７（ａ）为发动