液压挖掘机的液压泵及其电控系统

２０１０年第２８期（总第１６３期Ｊ

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ＮＯ．２８．２０１０

（ＣｕｍｕＩａｔｉＶｅｔｙＮＯ．１６３）

液压挖掘机的液压泵及其电控系统

李东阳，谢胜林

（广西开元机器制造有限责任公司，广西玉林５３７０００）

摘要：液压控制信息处理能力差，光依赖液压控制无法达到理想效果，必须要引入电子控制技术。实现电液一体化结合控制。文章探讨了如何利用电子控制技术实现液压泵与发动机合理匹配的电液一体化控制技术。

关键词：液压挖掘机；液压泵；电控系统；电子控制技术中图分类号：Ｕ４１５

文献标识码：Ａ

文章编号：１００９—２３７４（２０１０）２８—００７６－－０３

进入２１世纪以来，随着国家经济的发展，国家对基础建设的投入也在逐年加大，而液压挖掘机是国家基础建设的主力机种，是建设工程的主要生产工具，因此每年的需求都在不断增大，而用户也对液压挖掘机提出了更高的要求，不但要求．达到高效率、具有良好的操纵性，而且要求节能低排放、降低对环境的污染等，要实现这些要求必须对液压挖掘机进行控制，由于液压控制信息处理能力差，光依赖液压控制无法达到

理想效果，必须要引入电子控制技术，实现电液一体化结合控

制。液压动力的源泉是液压泵，实现对液压泵的控制是挖掘机的主要控制，要实现对液压泵的有效控制，必须对泵和发动机进行综合控制使泵和发动机具有良好的匹配性能，因此必须同时提到发动机控制。

挖掘机被称为土建机械手，是建设机器人的代表，由于它的工况的复杂性，所以它的控制内容也复杂多样，下面介绍利用电子控制技术实现液压泵与发动机合理匹配的电液一体化控制技术。

１

液压泵的三种工况能量损失

挖掘机在工作过程中存在以下三种工况能量损失：

１．１操纵阀中位时能量损失

工作装置停止作业各操纵阀处于中位，此时液压泵只需供应很少量液压油冲洗润滑系统使液压泵处于待命状态，一

旦系统要求工作即可快速响应。中位时液压泵供应压力只需

克服管道阻力和为防止气蚀而设的背压，系统压力不高，但变量泵由于采用恒功率控制流量却很大，因此产生有不小的能

量损失，如图１（ａ）所示。１．２微动操作时能量损失

液压挖掘机需要精细作业微动操纵控制，一般采用通过控制操纵阔开度进行节流调速，将部分油溢流回油，这部分的能量损失如图１（ｂ）所示。

１．３过载溢流能量损失（高压切断）

一７６一

万方数据

掘削时假如遇硬石块掘不动，为了防止过载损坏机械，液压安全阀打开，压力油通过安全阀溢流回油箱，其能量损失如图１（Ｃ｝所示。

佃）‘Ｄ（ｃ，

图ｌ一般挖掘机液压系统能量损失

以上这些在使用中产生的能量损失主要是流量损失，因此为减少上述能量损失的节能控制，实际上是按需流量控制，使泵流量按实际需要输出，避免不必要的流量损失。

２液压泵与发动机的匹配

目前多数液压挖掘机的液压系统控制都采用恒功率控制，随着油泵压力提高油泵输出流量减小，满足挖掘机高压小流量低压大流量的作业要求。即ＰＱ＝常数，ＰＱ曲线是恒功率曲线，这样能充分利用发动机功率，防止发动机过载熄火。

所谓恒功率控制，实际上是Ｐｑ＝常数（ｑ为变量泵的排量）应该说是恒转矩控制，当发动机转速不变时是恒功率，发动机转速改变，功率发生变化。恒转矩控制对发动机和液压泵联合工作很有利，因为对发动机的阻力矩是不变的，可以通过油门控制来改变发动机转速，从而使液压泵流量变化，发动机和液压泵匹配工作情况如图２所示：

力矩

ｎ

图２发动机和液压泵匹配工作图

液压泵的阻力矩为：Ｍ

ＯＣ

Ｐｑ

液压泵的吸收功率：Ｎ＊ｐｑｎ

ｒ排量：

式中：ｒ压力；

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图３采用电液比例减压阀方式控制液压泵排量系统图该系统主要由泵倾斜盘控制机构、电液比例减压阀、控制器、转速传感器和油门开度传感器等组成。控制过程：首先由油门开度传感器检出发动机油门开度，并把数据输入控制器，再由控制器的徼处理器（ＣＰＵ）计算出在此油门开度下，发动机的最大功率转速ｎ。，并以此转速作为控制目标。当泵吸收功率过大使发动机转速低于设定目标转速时，控制器发出控制信号，通过电液比例减压阀，降低液压泵功率，发动机负荷随之减小，发动机由于负荷减小转速上升，发动机转速上升至无限接近于目标转速ｎ。。相反当液压泵吸收功率过小，发动机由于负荷过小，而转速高于设定目标转速时，控制器发出控制信号，通过电液比例减压阀，增加液压泵功率，发动机由于负荷变大，转速下降，发动机转速下降至无限接近于目标转速ｎ。，使得发动机转速始终保持在最大功率转速ｎ。处工作，如图４所示：

图４发动机控制特性

３．２电液比例减压阀控制方式

电液比例减压阀的控制采用脉宽调制方式，通过控制器向电液比例减压阀输出控制电流，改变输出液压，电液比例减压阀特性如图５所示。随着输入控制电流Ｉ的增加，输出控制液压增加，从而实现变功率控制。

万方数据

）

图５电液比例减压阀特性

为了充分利用发动机功率，发动机和液压泵的匹配采用超马力匹配，即液压泵最大吸收功率超过发动机最大额定功率，因为有转速反馈感应控制，可以通过电液比例减压阀把液压泵功率调节回至发动机的额定功率，让液压泵充分吸收发动机全功率。同时设定液压泵最大负荷力矩（即电液比例减压阀电流最小时的负荷力矩）低于发动机最大力矩，所以发

动机在工作过程中不会过载熄火，而且能保证当电液比例减

压阀失效时，发动机也不会熄火，其匹配情况如图６所示。其控制系统方块图如图７所示，在此图中也表示了整个控制系统的组成。油门开度传感器检出发动机油门开度，通过～Ｄ变换输入计算机，求得控制的目标转速。转速传感器检出旋转脉冲，通过Ｆ／Ｄ变换将脉；中量变为数字量，求得发动机实际转速，与目标转速进行比较得到转速差△ｎ。，通过微机ＰＩＤ运算，以脉宽调制方式输出，经功率放大输入电液比例减压阀，对液压泵进行流量控制调节。

图６转速反馈感应控制发动机和泵的匹配

图７转速反馈感应控制ＰＩＤ框图

４液压挖掘机工况设定

液压挖掘机是一种多功能的机械，进行的作业内容有挖掘、装载、挖沟、填埋、整修、搬运、破碎和平地等。所遇到的作业对象《土质｝变化较大，有软性粘土、松沙质土、紧密沙质

土，较紧密砂砾混合土，砂砾原石和软岩等。另外使用方式和要求也不同：有时追求最大作业效率，要求发挥最大功率，进行强有力地掘削；有时强调燃料经济性，生产率要求不突出，进行一般挖掘和装载工作：有时则重视精度和安全，进行精细工作和微调作业，在窄小的场地进行操作。为了适应不同作业需求和使用工况，满足用户的使用愿望，就需要进行分工况

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控制，根据作业工况和使用要求来对发动机和液压泵进行优化设定，控制发动机油门开度和液压泵排量按需匹配。同时还对阀和液压马达进行设定控制，以适应不同作业工况。

在不同的作业内容、作业对象、使用方式和要求下，发动机的动力 …… 此处隐藏：2068字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……