挖掘机正流量液压系统中电比例泵浅析

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近年来，随着计算机技术、信息通讯技术和液压技术的发展，在液压领域，特别是挖掘机液压件领域，液压系统正向着柔性化、智能化方向发展。

液压系统的流量实时匹配方式是液压挖掘机的核心技术之-。目前 ，国内主流挖掘机普遍采用负流量液压系统。负流量系统能够实现液压系统流量的动态匹配，但同时存在响应时间长、流量波动大、可操作性差等缺点。公司经过技术攻关，在国内率先研制成功液压挖掘机正流量控制系统。目前，经过搭机测试，该机比负流量挖掘机综合性能指标显著提高，操作舒适性和动作平稳性也有较大提高，而其成本与负流量挖掘机基本持平，具有较高的性价比。

1 正、负流量液压系统控制模式区别负流量控制模式是指主泵排量与控制压力成反比，各个换向阀都采用开芯结构，液压油在经过换向阀回油箱前增加 1个节流阀，根据节流阀前的压力大小来调节主泵排量，其原理示意如图1所示。

图1 负流量控制系统原理示意正流量控制模式是指主泵排量与控制压力成正比∝制压力取自换向阀两边先导压力差，控制手柄在中位时，执行元件不工作，控制压力为零，主泵的斜盘角度最小，排量最低 ，其原理示意如图2所示。

收稿日期：2012-08.17作者简介：李合永(1982-)，男，山东沂南人，工程师，学士，主要从事挖掘机液压系统元件的开发与研究工作。

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72 液压与气动 2013年第2期图2 正流量控制系统原理示意2 电比例泵的结构本文主要介绍正流量液压系统中核心元件液压泵，即通常所说的电比例泵(见图3)。电比例泵是驱动轴串联式斜盘型轴向变量柱塞泵，由2个主泵、1个齿轮泵及相应的液压泵调节器构成。主泵输入轴通过挠性联轴器与发动机相连，2个变量泵靠各自的调节器来调节排量。齿轮泵装在后面的主泵上，它向液压泵调节器供油，同时也向邑先导操纵阀供油。

1.前泵 2.后泵 3.齿轮泵 4.调节器图 3 电比例泵结构图2.1 电比例 泵 主泵如图4所示，主泵由缸体组件、斜盘组件和配流盘组件组成。缸体组件由驱动轴、缸体、柱塞、回程盘、球铰等组成。斜盘组件由斜盘、斜盘支架和伺服活塞等组成，靠调节器改变斜盘的倾角而改变排量和压力。

配流盘组件由阀体、配流盘和配流盘销子等组成，设有吸油口和出油口。

液压泵的驱动轴以与发动机相同的转速回转，缸体和柱塞-起回转并进行吸油和出油。当斜盘的倾角为零时，活塞没有行程，不进行出油动作；当加大斜盘倾角时，活塞的行程加大，吸/出油量增加。缸体与配流盘之间采用滑动摩擦(配流盘固定而缸体转动)，靠柱塞的往复运动不断地进行吸油和出油动作。

71 2 3 4 5 61.传动轴 2.法兰 3.斜盘 4.缸体 5.配流盘6.柱塞 7.伺服活塞图4 电比例泵主泵结构图2.2 电比例泵调节器电比例泵调节器(如图5)主要包括正流量控制机构和交叉恒功率控制机构。

211.正流量控制机构 2.恒功率控制机构图5 液压泵调节器的结构调节器上附有电比例减压阀，改变该阀的指令电流值，即可改变输出二次压力(如图6)。把二次压力引入液压泵调节器，当二次压力低时，液压泵斜盘倾角变小，排量减小；当二次压力高时，液压泵斜盘倾角变大，排量增加。

251O0 10O200 300400 5006007008009001000//mA图6 电比例减压阀二次压力-电流特性曲线液压交叉恒功率控制随着前、后泵出油 口压力之和上升，液压泵调节器能够自动地减小液压泵的斜盘倾角(即减少排量)，把发动机输入扭矩控制在-定值以下(转速-定时，把输入功率控制到-定值)。

3 电比例泵工作原理电比例泵的工作原理如图 7所示。在电控状态下，电比例泵通过电磁阀来调节斜盘摆角的变化，能够实现单泵 自由控制，合理地分配发动机的功率，使发动机工作处于最节能状态。

对于正向液压控制系统，在每个执行动作的先导油路上安装了压力传感器∝制器根据先导压力信号的叠加值及其变化趋势判断执行器的流量需求及其变化趋势 ，并据此精确控制泵的排量；同时，通过检测主泵出口表征负载的压力，根据泵的p-Q曲线得到油泵的另-排量值，根据此两排量值来实施调节油泵的排量，以使系统的流量供应能够动态跟随执行元件的流量需求，实现系统流量的实时匹配，达到所得即所" rm n2013年第2期 液压与气动 73图 7 电比例泵工作原理图手柄及踏板的先导压力信号同时发送液压泵和主控制阀，多路换向阀的动作和油泵的动作可以同步进行。具有良好的操作性。操纵手柄的操作压力不仅控制主阀，还用来调节油泵的排量。

同时泵调节器上附有应急电液控转换阀，当电控系统发生故障时，将转换阀转换到液控状态，即可改变功率的设定值。此时压力P (动力换档压力)等于3.9MPa，经过内部通路传递到各液压泵调节器的功率调节机构，各自的功率设定值将发生变化。同时泵排量将放置最大。当有动作时，泵可以进行交叉恒功率控制，挖掘机可正常工作。

泵控制曲线如图8所示，恒功率变量不是根据前、后泵功率 P 和P：的单数值，而是根据两台泵的功率之和∑PP。P：来进行流量调节，只有当∑P超过发动机设定功率时进入功率调节区域。液压泵的功率计算公式如下：q1 qlnq2 q2n∑PP1P2qlPl/60q2P2/60式中：/7，-- 柴油机转速，r/mingl、g2-- 前、后泵的排量，mL/rq 、q -- 前、后泵的输出流量，L/minp。、P -- 前、后泵的输出压力，blPaP 、P：-- 前、后泵的输出功率，kWP-- 泵输出总功率，kW当外界负载增大时，液压系统的压力就会升高，使挖掘机的功率接近发动机的最大功率，发动机的转速就会下降，检测发动机的转速，当其转速降低时，减小液压泵的排量，使泵的流量降低，减小挖掘机消耗的功率，防止发动机憋车熄火。也可以通过降低发动机转速，保持斜盘摆角最大，降低功耗。

输出压力P (kgf/cm )(300)(350)(400) (0) (50)(100)(150)(200)(250)2 广 -茹 A电流值，1.正流量曲线 2.交叉恒功翠陆线(电控状态 F)3.交叉恒功率曲线(液控状态下)图8 电比例泵控制曲线图在满足流量需求的前提下，柴油机应总是力图以最经济工作点工作，当系统不需要高功率时，柴油机能自动降低转速，以需定速(按需要确定柴油机转速)，节省燃油消耗。

4 结论正流量控制系统采用新型控制器对整机进行电气-液压控制，使发动机功率与液压泵功率实时匹配。

电比例泵作为系统核心元件，使挖掘机的动力性与经济性能够实现完美结合。

同时电比例泵采用了新技术、新结构，促进了国内高端液压泵的技术革新与进步，推广应用前景非成观。