1、挖掘機技術(shù)K3V 系列液壓泵的結(jié)構(gòu)與控制原理摘要 以K3V63DT- 1QOR- HNOV 液壓泵為例介紹K3V 系列液壓泵的結(jié)構(gòu)及控制變量原理，該液壓泵由主泵、先導泵、泵調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩控制電磁閥組成，可實現(xiàn)總功率控制、負流量控制總功率控制、負流量控制和功率轉(zhuǎn)換控制和功率轉(zhuǎn)換控制的功能。總功率控制可實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的輕載高輕載高速、重載低速動作，速、重載低速動作，既能保證液壓泵充分利用發(fā)動機功率又能防止發(fā)動機過載；負流量控制可最大限度地減小溢流功率損失溢流功率損失和系統(tǒng)發(fā)系統(tǒng)發(fā)熱熱；功率轉(zhuǎn)換控制功能，可根據(jù)負載情況改變輸入電流大小，調(diào)整液壓泵的輸出功率輸出功率，提高工作效率，節(jié)省發(fā)動機功率。 K3V

2、 系列液壓泵以其高功率密度、高效率以及多樣的變量方式廣泛用于液壓挖掘機上，它的變量方式包括恒功率控制、總功率控制、正負流量控制、功率轉(zhuǎn)換控制和負荷傳感控制等?，F(xiàn)以柳工液壓挖掘機所采用的K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵為例來介紹其結(jié)構(gòu)及控制變量的形式，該液壓泵可實現(xiàn)總功率控制、負流量控制及功率轉(zhuǎn)換控制，可以很好地利用發(fā)動機功率，滿足用戶的需求，其液壓原理如圖1所示。一、 K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵結(jié)構(gòu) 如圖1 所示，該液壓泵由主泵（斜盤式雙泵串列柱塞泵）、先導泵（齒輪泵）、泵1 調(diào)節(jié)器、泵2 調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩控制電磁閥等組成。主泵用于向各工作裝置執(zhí)行機構(gòu)供油，先

3、導泵用于先導控制油路，泵調(diào)節(jié)器根據(jù)各種指令信號控制主泵排量，以適應發(fā)動機功率和操作者的要求，其中轉(zhuǎn)矩控制電磁閥位于泵2 調(diào)節(jié)器上。 泵調(diào)節(jié)器原理以泵1 調(diào)節(jié)器為例，如圖2 所示。泵調(diào)節(jié)器主要由補償柱塞、功率彈簧、功率設定柱塞、伺服閥、反饋桿、伺服柱塞、先導彈簧及先導柱塞組成。 K3V63DT- 1QOR- HNOV型液壓泵中兩個串聯(lián)的柱塞泵是完全相同的，調(diào)節(jié)器中補償柱塞被設計成3 段直徑不同的臺階，3 個臺階分別與兩柱塞泵和轉(zhuǎn)矩控制電磁閥連接，這樣當任何一個臺階上所承受的壓力變化時，都會引起柱塞泵排量的變化。伺服閥同時受到負流量控制中先導壓力的控制，先導壓力pi1 （ pi2）的變化通過先導柱

4、塞、先導彈簧作用于伺服閥上，伺服閥與伺服柱塞相連，伺服柱塞帶動柱塞泵斜盤的傾斜角度來改變柱塞泵的排量。 泵調(diào)節(jié)器的反饋桿與伺服柱塞連接并可繞其連接點轉(zhuǎn)動。柱塞泵的液壓油經(jīng)以下3 路進入泵調(diào)節(jié)器：一路液壓油通過AB 進入伺服柱塞小腔，使伺服柱塞小腔常通高壓，推動斜盤使柱塞泵保持在大排量；一路液壓油通過CD 進入伺服閥，通過伺服閥的工作位置來改變柱塞泵的排量；一路柱塞泵1 和柱塞泵2 的液壓油分別作用在補償柱塞的臺階E、F上，對液壓泵進行功率控制。二、泵調(diào)節(jié)器的控制功能 泵調(diào)節(jié)器具有總功率控制、負流量控制和功率轉(zhuǎn)換控制功能，下面以泵1 調(diào)節(jié)器為例分別介紹。2.1 總功率控制 當發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時，液

5、壓泵的功率也是恒定的。當自身泵的輸出壓力p1 或?qū)ε急玫妮敵鰤毫2升高時，泵調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)使斜盤傾角減小，即減小泵的排量，使液壓泵的功率保持在一定的范圍之內(nèi)。當挖掘機的工作負荷較小，液壓泵的功率不超過發(fā)動機的輸出功率時，柱塞泵以最大排量工作，保證小負荷快速作業(yè)；當液壓泵的功率欲超過發(fā)動機的輸出功率時，為了不使發(fā)動機過載，一定要調(diào)節(jié)柱塞泵的排量使之減小，其調(diào)節(jié)原理如圖3 所示。 功率控制是由補償柱塞完成的，在補償柱塞E/F 臺階圓環(huán)面積上，作用著柱塞泵的壓力p1 和p2。隨著兩泵出口負載的增大，作用在補償柱塞上的壓力之和（ p1+p2）達到設定變量壓力后，克服功率彈簧的彈簧力使伺服閥芯向右移動

6、，伺服閥左位工作，連接至伺服閥的壓力油CD 進入伺服柱塞大端，因為伺服柱塞大、小端直徑不同，存在一個面積差，從而產(chǎn)生壓力差推動伺服柱塞向右移動，伺服柱塞帶動柱塞泵的斜盤傾角減小，使柱塞泵向小排量變化，液壓泵功率也隨之減小，從而防止發(fā)動機過載。在排量減小的同時，伺服柱塞同時帶動反饋桿逆時針逆時針轉(zhuǎn)動，反饋桿帶動伺服閥芯向左移動令伺服閥關閉，伺服柱塞大腔進油的通道關閉，調(diào)節(jié)完成，柱塞泵停止變量。 當柱塞泵壓力p1 或p2下降時，即工作負載減小時，功率彈簧的彈簧力推動補償柱塞向左移動，同時帶動伺服閥芯向左移動，伺服閥右位工作，伺服柱塞大端通油箱，壓力減小，伺服柱塞向左移動，帶動柱塞泵的斜盤傾角增大，

7、使柱塞泵排量增大，加快作業(yè)速度。伺服柱塞同時帶動反饋桿順時針轉(zhuǎn)動，反饋桿帶動伺服閥芯向右移動令伺服閥關閉，調(diào)節(jié)完成，柱塞泵停止變量。 在雙泵串聯(lián)系統(tǒng)中，泵調(diào)節(jié)器是根據(jù)兩泵負載壓力之和（p1 +p2），控制斜盤傾角使兩泵的排量q 保持一致，總功率控制表達式如下： 所以不論兩泵的負載壓力p1、p2 如何變化，都能使兩泵的總功率保持恒定。通過總功率控制，可實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的輕載高速、重載低速動作，既能保證液壓泵充分利用發(fā)動機輸出功率又能防止發(fā)動機過載。但由于泵調(diào)節(jié)器同時調(diào)節(jié)兩泵排量，使兩泵輸出流量相同，當液壓挖掘機做單一動作時，其中一個泵就會輸出多余的流量，因此將總功率控制與負流量控制聯(lián)合起來可以減小總

8、功率控制的弊端。 K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵帶有負流量控制功能。如圖4 所示，當挖掘機處于非工作狀態(tài)時，多路閥中位卸荷回油，液壓泵輸出的液壓油全部通過多路閥底部的負流量控制閥中節(jié)流閥回油箱，故在節(jié)流閥前端會產(chǎn)生一個先導壓力pi1 （ pi2）反饋到泵調(diào)節(jié)器上。先導壓力作用于先導柱塞上，先導柱塞克服先導彈簧的彈力推動伺服閥芯向右移動，伺服閥左位工作，伺服柱塞大腔進油，伺服柱塞向右移動，帶動柱塞泵的斜盤傾角減小，柱塞泵的排量也隨之減小，實現(xiàn)液壓泵卸荷。2.2 負流量控制 一旦操縱液壓挖掘機控制手柄使其處于作業(yè)狀態(tài)，多路閥中至少有一組閥換向處于工作狀態(tài)，此時多路閥中位卸荷油路被

9、切斷，負流量控制閥中節(jié)流閥前的先導壓力直降為零，先導柱塞在先導彈簧力的作用下向左移動，帶動伺服閥芯也向左移動，伺服閥右位工作，伺服柱塞大腔通油箱，這時伺服柱塞在小腔液壓油的作用下向左移動，帶動柱塞泵的斜盤傾角增大，使柱塞泵的排量增大以滿足工作要求。 隨著先導壓力的變化，液壓泵的流量也隨之變化，液壓泵的流量隨先導壓力的增大而減小，實現(xiàn)了負流量控制，其控制原理如圖5 所示。這樣液壓泵只需供給執(zhí)行機構(gòu)工作所需要的液壓油，避免了傳統(tǒng)液壓挖掘機靠溢流閥控制溢流，最大限度地減小溢流功率損失和系統(tǒng)發(fā)熱。2.3 功率轉(zhuǎn)換控制 功率轉(zhuǎn)換控制主要是靠轉(zhuǎn)矩控制電磁閥來完成的，其內(nèi)部是電磁比例減壓閥。液壓泵輸出功率的

10、大小是通過改變進入電磁比例減壓閥的電流大小來完成的，經(jīng)過電磁比例減壓閥的功率轉(zhuǎn)換壓力pf 作用于補償柱塞的臺階G 和功率設定柱塞上，如圖6 所示。 在此說明，功率轉(zhuǎn)換壓力pf 從轉(zhuǎn)矩控制電磁閥pz3 口經(jīng)pz1 與pz2 的連接油路作用于功率設定柱塞上，而作用于補償柱塞臺階G 上的功率轉(zhuǎn)換壓力pf 是經(jīng)泵調(diào)節(jié)器內(nèi)部油路而來的，可參考圖1。 補償柱塞所受的向右方向的力是作用于補償柱塞3 個臺階面積A1、A2、A3 的液壓力之和，向左方向的力是功率彈簧力和功率設定柱塞面積A4 的液壓力之和，則補償柱塞的受力平衡方程為：式中：k彈簧剛度系數(shù)； x0彈簧的預壓縮量。如果改變電磁比例減壓閥的功率轉(zhuǎn)換壓力

11、pf，就可改變平衡方程的平衡點，使補償柱塞開始移動時的柱塞泵壓力p1、p2 發(fā)生變化，即液壓泵輸出功率的設定值發(fā)生改變。在正常工作情況下，轉(zhuǎn)矩控制電磁閥輸出壓力為零，在補償柱塞的右端僅有功率彈簧的彈力，左端僅有柱塞泵的壓力p1 和p2，防止發(fā)動機過載的功率控制如2.1 節(jié)所述。為實現(xiàn)更高作業(yè)速度的要求，使液壓泵的吸收功率接近發(fā)動機的額定輸出功率，此時電磁比例減壓閥輸出一定的功率轉(zhuǎn)換壓力pf，如圖6 所示。由于A4A3，所以隨著功率轉(zhuǎn)換壓力pf 的升高，補償柱塞所受向左方向的力增加，補償柱塞左移，這將會使柱塞泵的排量增大，加快工作速度。同時在防止發(fā)動機過載的功率控制時，柱塞泵的壓力之和（p1+p2）必須大于正常情況下的壓力才能實現(xiàn)泵排量減小的調(diào)節(jié)，泵排量調(diào)節(jié)原理不變。功率轉(zhuǎn)換控制原理如圖7 所示。 因此，在實際工作中可根據(jù)負載情況改變輸入電流大小，從而改變功率轉(zhuǎn)換壓力pf，調(diào)整液壓泵輸出功率的大小，可以提高工作效率，節(jié)約