针对液压挖掘机功率控制系统开发

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1、学兔兔www.xuetutu.com液压挖掘机功率控制系统开发蔡登胜，初长祥，孙金泉，马文宇，赵明辉(广西柳工机械股份有限公司)摘要：针对采用负流量系统的液压挖掘机，分析发动机及恒功率变量泵的功率控制原理，提出功率控制的目标及方法，设计相应的电控系统，并对控制效果进行验证。实际使用证明，开发的液压挖掘机功率控制系统具有良好的控制性能及可靠性。关键词：液压挖掘机；功率；控制液压挖掘机是目前最主要的工程机械产品之1．2发动机功率特性分析一，具有工作效率高，适用面广的特点，在土石方作操作者在进行挖掘作业

2、时，一般不会频繁地调业中占据了主要地位，广泛应用于房地产、市政建节发动机的油门，而是在挖掘操作前，根据工况或设、路桥建设、矿产开采、水利电力设施建设以及军操作习惯选择一个固定的发动机油门位置，因此，事工程等项目。可以将挖掘机的发动机系统视为定速系统。图2是某型发动机的调速特性曲线I1]。从图2可以看出，当1液压挖掘机功率匹配原理发动机油门位置固定时，发动机的空载转速n相应1．1液压挖掘机能量传递分析确定；当负载增加时，发动机的转速随负载的增加液压挖掘机的能量传递简图如图1所示，发动机而降低；当负载

3、为死时，转速下降到l／'2；若负载转矩通过燃烧将燃油的化学能转化为机械能，再通过变不超过时，发动机转速将根据负载转矩的变化沿量泵将机械能转化为液压能，经过主控阀将液压能调速线1进行变化；当负载转矩超过时，发动机分配并传递到各个执行元件(液压缸或液压马达)，转速将沿着外特性曲线2变化。在调速线1，发动机再由各执行元件将液压能转换为机械能，从而实现的输出转矩可以快速增加而转速变化很小，而在外所需要的动作。挖掘机在工作过程中所遇到的负载特性曲线2，输出转矩少量增加时，转速即会发生大会对液压执行元件进行反

4、作用，由于负载的不确定性，的变化。2将造成液压能的波动并通过变量泵反作用于发动机。}发动机●弓_一-q动臂液压缸l变量泵-q斗杆液压缸

5、‘All1lL2fL3n／(r／min)-q铲斗液压缸图2某型发动机调速特性曲线主控阀．．一-q回转马达若输出转矩为(N·in)，转速为n(r／min)，则发动机输出功率(kw)为：—行走马达=(1)图1液压挖掘机能量传递简图一37一学兔兔www.xuetutu.com从图2可以看出，理论上，发动机的最大功率点在0点，最大转矩点在d点。挖掘机进行挖掘动作时，需要多

6、个执行机构同时动作，这就使得负载阻力来源具有不确定性，同时，在挖掘过程中遇到的切削阻力也具有不确定性，这种负载的变化将使发动机在保持工作稳定性方面受到极大的考验。由图1和图2可知，在挖掘机作业过程中，负载的变化反馈到发动机，使发动机的正常运行受到干扰，当负载转矩在当前油门位置对应的调速线与外特性曲线的交点以下时，发动机通过自身的调速特性克服干扰，当干扰过大时，发动机将产生掉速，图3恒功率变量泵的功率调节特性曲线油耗增加，冒黑烟，闷车等现象，甚至熄火。以看出，当恒功率变量泵进入恒功率调节状态时，总从

7、图2所示的发动机调速特性曲线可知，当发输出功率具有与负载无关，维持恒定的性质。在进行动机油门固定在某一位置时，发动机转速与输出转恒功率控制时，流量与压力的关系为反比例关系，当矩存在一一对应的关系，通过对转速进行检测，可压力升高到起调点后，流量随压力升高呈双曲线减以得到发动机的输出转矩。小。在进行实际控制时，实现完全恒功率双曲线控制1．3变量泵功率特性分析是不现实的，通常采用分段弹簧(刚度不同)来拟合对于挖掘机用变量泵，若负载压力为P(MPa)，该双曲线(如图3中拟合双曲线的两段折线所示)。输出流量

8、为Q(L／min)，输出功率为。(kw)，则有：从图3可知，要进入恒功率状态，负载压力必=(2)OU须大于p。，因而A点也称为恒功率变量泵的起调考虑到泵的泄漏以及机械传递能量损失，假定点，而改变A点的位置，即改变p。的大小，就可改变变量泵的容积效率为，机械效率为叼，则变量泵恒功率曲线的位置(根据式(2)，改变了变量泵的输的吸收功率为：出功率)。以川崎K3V112DT一1XKR一9N94型变量泵为F一(3)OI3’r／v’叼m例，进行功率特性分析。由图4所示负流量控制变一般取0．92—0．95，‰取

9、0．92～0．95。量泵斜盘控制分量图可知，变量泵的斜盘位置实际要使发动机功率稳定，则变量泵功率应当等于上受到4个分量的控制：发动机功率。因为斜盘式柱塞泵直接通过花键传1)泵出口压力P。的控制；动轴刚性连接吸收发动机的功率，若不考虑联轴2)另一并联泵出口压力P的交叉控制；器的影响，则发动机输出功率应与变量泵吸收功3)电控比例阀出口压力P的控制；率相等，即：N0=N．(4)由：Q=n·q(5)式中：q为变量泵理论排量。可得：：QQ：：g(6)叮T。‘叼m液压挖掘机主要采用恒功率变量泵