挖掘机泵控制系统的节能分析

液压挖掘机性能的优劣，主要取决于液压系统性能的好坏，而液压系统的效率和功率利用率是影响液压系统性能的主要因素。这里分析的泵控制系统采用微机控制，从几个方面提高了效率和功率利用率，节省了能量。

图6-26 泵控制系统的原理图

1—发动机 2—主油泵 3—角度传感器 4—压力传感器 5、6—电磁阀 7—伺服缸 8—先导泵 9—转速传感器 10—输出信号 11—控制器 12—输入信号

1.恒功率控制

泵控制系统由变量泵、伺服缸、电磁阀、压力传感器、角度传感器、速度传感器、控制器等元件组成。压力传感器和角度传感器将检测的信号输入控制器，控制器则根据恒功率的原则，将输入信号与标准值进行比较，并向电磁阀输出控制信号，电磁阀根据控制信号进行开闭，从而控制了伺服缸的供油，改变了泵的斜盘倾角。如图6-26所示，当电磁阀6处于断开状态，电磁阀5处于接通状态时，来自先导泵8的油流入伺服缸7的小腔，大腔与油箱接通，泵排量减小，反之先导泵的油同时进入伺服缸的大小腔，伺服活塞下移，泵排量增大。该控制系统采用微机控制，在整个恒功率控制范围内始终保持功率为常数，压力、流量曲线为双曲线，而传统的恒功率泵由于通过油压与弹簧力平衡来决定斜盘倾角，只能得到近似恒功率的折线。

2.速度传感系统

采用速度传感系统可以更充分地利用发动机的功率，并能有效防止发动机熄火。当油质好、工作条件优越时，发动机输出功率大，此时应增大泵排量，使之充分利用发动机的功率。反之，当油质不好或机器在高原作业时，发动机功率减小，应减小泵排量，防止发动机熄火。转速传感器9检测发动机转速，并输入控制器11（图6-26），若发动机转速高于额定值，则说明发动机输出转矩大于泵所需转矩，于是控制器发出信号控制电磁阀，增大泵排量；反之，当发动机转速低于额定转速时，控制器将控制电磁阀减小泵排量，防止发动机熄火。由于转速传感器的作用，泵的实际p-q曲线如图6-27所示。

3.空载时泵卸荷

泵卸荷，即泵的输出功率近似为零。实现卸荷的方法或是减小泵的输出压力，或是减小泵的输出流量，使泵在空载时的功率损失进一步降低。(www.xing528.com)

图6-27 泵的实际p-q曲线

图6-28 液压及控制系统原理图

实现上述功能的关键是采用压差（DP）传感器。卸荷阀和溢流阀的油路连接关系如图6-28所示。当换向阀处于工作位置时，卸荷阀油口f通过梭阀与执行元件工作腔相通，执行元件工作时，卸荷阀b腔压力与f腔压力之差不足以克服弹簧力，于是卸荷阀关闭。当换向阀处于中位时，泵排出的压力油被换向阀封住，而卸荷阀的f口则通过梭阀及换向阀与油箱相通。当主液压泵压力达到卸荷阀弹簧调定压力2MPa时，卸荷阀打开，泵卸荷。与此同时，主液压泵的出口油压输入到压差传感器的A口，f口油压输入到压差传感器的B口。卸荷阀开放时，B口油压为零，A口油压为卸荷阀的调定压力2MPa，压差传感器将压差信号输入PVC控制器，当压差大于1.5MPa时，PVC控制器便向电磁阀发出控制信号，减小主液压泵斜盘倾角，使主液压泵在最小排量下工作。此时主液压泵功率损失为卸荷压力与最小流量乘积，远小于传统的卸荷方式。

4.超载时泵卸荷

当换向阀处于工作位置，执行元件正常工作时，卸荷阀关闭，此时压差传感器A、B口压差为主液压泵出口油压与执行元件油压之差，其值为管路压力损失。由于此压差小于1.5MPa，PVC控制器向电磁阀发出控制信号，说明已不是卸荷工况，于是增大斜盘倾角，主液压泵排量相应增加。在执行元件正常工作期间，压力传感器P将根据外负载变化控制主液压泵斜盘倾角，使压力与流量按恒功率规律变化。当执行元件超载或当液压缸运动到极限位置而换向阀仍处于工作位置时，溢流阀打开，油液经换向阀、梭阀、f口处节流孔、溢流阀回油箱。由于f口处节流孔的作用，卸荷阀b口油压与f口油压之差大于卸荷阀弹簧力，卸荷阀打开，此时泵出口油压为溢流阀调定压力（33MPa）与卸荷阀弹簧力（2MPa）之和，即主液压泵压力为35MPa，此压力输入压差传感器A口，而压差传感器B口油压为溢流阀调定压力33MPa，A、B口压差为2MPa，由于此压差大于1.5MPa，PVC控制器向电磁阀发出控制信号，说明系统应该处于卸荷状态，于是主液压泵斜盘倾角减至最小（2°），近似于零排量。应该指出，由于恒功率控制，当执行元件超载时，泵流量已达恒功率控制的最小流量，采用了压差传感器，则使流量进一步减小（图6-29），此工况虽然泵压力较大，但流量很小，所以功率损失较小。

图6-29 泵超载时流量变化曲线图