浅谈挖掘机液压柱塞泵功率匹配调节及性能分析

液压柱塞泵连结发动机与整个液压系统的中间环 节。一方面它作为发动机的可调负载,应能充分利用发动机的输 出功率,同时又要保证发动机不因负载转矩太大而造成熄火,在液压柱塞泵功率上达到协调匹配。另一方面,作为整个液压系统的源动力,为适应外负载的变化,液压柱塞泵必须提供工作时所需要的压力及流量。

为了达到上述两个的要求,在实际工作中要通过调节柱塞液压柱塞泵的排量来实现。在转速感应控制中,液压柱塞泵的功率设定其实是根据发动机的转速差来调节液压柱塞泵的最大吸收功率,从而保证发动机不过载。对于变量液压柱塞泵来说调节功率是通过调节其排量实现的。

(1)P=psVgn 式中:P———液压柱塞泵的吸收功率; ps———液压系统工作压力;Vg———液压柱塞泵排量;n———液压柱塞泵转速(发 动机转速)。 由于外负载的波动,使得发动机的转速即液压柱塞泵的驱动转速n 并不是 一个不变的数值,所以恒功率调节实质上是一种恒扭矩调节。

(2)M=pBVg=C=常数式中:M———液压柱塞泵的吸收扭矩。由式(1)可知,当在某一工作模式下,如果外负载压力变大时,液压柱塞泵则 会自动减小其排量大小,以维持二者乘积不变。如果负载压力减小,则 反之。 F1=ps液压柱塞泵s 式中:ps———液压柱塞泵的出口压力; 液压柱塞泵s———变量柱塞横截面积。

(3)、 FPCLK-epS液压柱塞泵S LpS液压柱塞泵S θ=tg(6) 而通轴式斜盘式柱塞液压柱塞泵的理论排量q 式中:dz———液压柱塞泵柱塞直径;Df———液压柱塞泵转子分布圆直径;Z———液压柱塞泵柱塞数目。 则液压柱塞泵的理论流量Q 可以表示为: Q=qn 式中:n———液压柱塞泵工作转速。那么液压柱塞泵的输出功率可以表示为: Pp=psQ (5)、(6)代入(7)中,可以得到:将公式(4)、πd2zDfZ(FPCLK-eps液压柱塞泵s)n Pp4L液压柱塞泵s (10) 从式(10)可以看出等式右边含有液压柱塞泵出口压力 ps 项,也就是说采用此种调节方式,液压柱塞泵恒功率输 出值及调节精度会受到负载压力的影响,但在实际设计中,是使e 等于零。

因此,液压柱塞泵输出功率Pp 可以表达为: πd2zDfZFPCLKnPp4L液压柱塞泵s (11)对式(1)进行分析可以发现:当恒功率变量液压柱塞泵结构确定后,在转速n 和功率调节阀芯所受合力 FPC 一定的情况下,输出功率是恒定的。

发动机与液压传动装置匹配的实质是提出最合 理的控制方法,从而使发动机的转速、输出扭矩能适应外部负荷 的变化,保持发动机在最佳工作点附近工作,有较高的功率利用和较低 的燃油消耗率。

对于变量液压柱塞泵的恒功率调节有很多种方式,传统的恒功率变量是根据折线拟合,依靠多根弹簧(利用弹簧的不同刚度)来实现的,而液压柱塞泵11V0 液压柱塞泵恒功率控制装置是利用杠杆力矩平衡原理对液压柱塞泵实行恒功率控 制的。该装置结构简单,精度高,且便于实现无级调节。 如图2 为整个恒功率控制原理图。

其中功率控制阀阀芯受到3 力(IP产生的电磁力,K1,K2 弹簧分别产生的弹性力)的作用。设这3 力的合力为FPC,那么对杠杆机构做平衡分析有以下公式成立:(3)FPCLk=F1Lp 式中:Lk———恒功率阀阀芯力作用点到杠杆原点的 距离;F1———控制压力;Lp———控制压力作用点到杠杆原点的 距离。而由图2 可以看出其控制压力可以表示为 的几何关系可以得出:θLp=e+Ltg 点间的距离; 式中:e———液压柱塞泵斜盘倾角为零度时变量柱塞与杠杆原(4)、(5)可以得出:

在有些工况下,发动机的恒功率控制不能满足作业高效性和经济性的要求,具体有2 个方面:一方面,为了追求作业速度,提高工作效率, 必须人为地液压柱塞泵11V0变排量液压柱塞泵恒功率调节功能原理图提高发动机转速。此时液压柱塞泵的输出功率也相应提高.恒功率控制无法跟随发动机输出功率变化。