1、挖掘機(jī)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(dǎo)泵、泵調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩控制電磁閥組成，可實(shí)現(xiàn)總功率控制、負(fù)流量控制總功率控制、負(fù)流量控制和功率轉(zhuǎn)換控制和功率轉(zhuǎn)換控制的功能?？偣β士刂瓶蓪?shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輕載高輕載高速、重載低速動(dòng)作，速、重載低速動(dòng)作，既能保證液壓泵充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率又能防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載；負(fù)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(fù)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(dòng)機(jī)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(jī)上，它的變量方式包括恒功率控制、總功率控制、正負(fù)流量控制、功率轉(zhuǎn)換控制和負(fù)荷傳感控制等?，F(xiàn)以柳工液壓挖掘機(jī)所采用的K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵為例來(lái)介紹其結(jié)構(gòu)及控制變量的形式，該液壓泵可實(shí)現(xiàn)總功率控制、負(fù)流量控制及功率轉(zhuǎn)換控制，可以很好地利用發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)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(jī)構(gòu)供油，先

3、導(dǎo)泵用于先導(dǎo)控制油路，泵調(diào)節(jié)器根據(jù)各種指令信號(hào)控制主泵排量，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(bǔ)償柱塞、功率彈簧、功率設(shè)定柱塞、伺服閥、反饋桿、伺服柱塞、先導(dǎo)彈簧及先導(dǎo)柱塞組成。 K3V63DT- 1QOR- HNOV型液壓泵中兩個(gè)串聯(lián)的柱塞泵是完全相同的，調(diào)節(jié)器中補(bǔ)償柱塞被設(shè)計(jì)成3 段直徑不同的臺(tái)階，3 個(gè)臺(tái)階分別與兩柱塞泵和轉(zhuǎn)矩控制電磁閥連接，這樣當(dāng)任何一個(gè)臺(tái)階上所承受的壓力變化時(shí)，都會(huì)引起柱塞泵排量的變化。伺服閥同時(shí)受到負(fù)流量控制中先導(dǎo)壓力的控制，先導(dǎo)壓力pi1 （ pi2）的變化通過(guò)先導(dǎo)柱

4、塞、先導(dǎo)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(dòng)柱塞泵斜盤的傾斜角度來(lái)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(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。柱塞泵的液壓油經(jīng)以下3 路進(jìn)入泵調(diào)節(jié)器：一路液壓油通過(guò)AB 進(jìn)入伺服柱塞小腔，使伺服柱塞小腔常通高壓，推動(dòng)斜盤使柱塞泵保持在大排量；一路液壓油通過(guò)CD 進(jìn)入伺服閥，通過(guò)伺服閥的工作位置來(lái)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(bǔ)償柱塞的臺(tái)階E、F上，對(duì)液壓泵進(jìn)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(fù)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(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，液

5、壓泵的功率也是恒定的。當(dāng)自身泵的輸出壓力p1 或?qū)ε急玫妮敵鰤毫2升高時(shí)，泵調(diào)節(jié)器自動(dòng)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(dāng)挖掘機(jī)的工作負(fù)荷較小，液壓泵的功率不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率時(shí)，柱塞泵以最大排量工作，保證小負(fù)荷快速作業(yè)；當(dāng)液壓泵的功率欲超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率時(shí)，為了不使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)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(bǔ)償柱塞完成的，在補(bǔ)償柱塞E/F 臺(tái)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(fù)載的增大，作用在補(bǔ)償柱塞上的壓力之和（ p1+p2）達(dá)到設(shè)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(dòng)

6、，伺服閥左位工作，連接至伺服閥的壓力油CD 進(jìn)入伺服柱塞大端，因?yàn)樗欧?、小端直徑不同，存在一個(gè)面積差，從而產(chǎn)生壓力差推動(dòng)伺服柱塞向右移動(dòng)，伺服柱塞帶動(dòng)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(dòng)機(jī)過(guò)載。在排量減小的同時(shí)，伺服柱塞同時(shí)帶動(dòng)反饋桿逆時(shí)針逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋桿帶動(dòng)伺服閥芯向左移動(dòng)令伺服閥關(guān)閉，伺服柱塞大腔進(jìn)油的通道關(guān)閉，調(diào)節(jié)完成，柱塞泵停止變量。 當(dāng)柱塞泵壓力p1 或p2下降時(shí)，即工作負(fù)載減小時(shí)，功率彈簧的彈簧力推動(dòng)補(bǔ)償柱塞向左移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)伺服閥芯向左移動(dòng)，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(dòng)，帶動(dòng)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(shí)帶動(dòng)反饋桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反饋桿帶動(dòng)伺服閥芯向右移動(dòng)令伺服閥關(guān)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(fù)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(dá)式如下： 所以不論兩泵的負(fù)載壓力p1、p2 如何變化，都能使兩泵的總功率保持恒定。通過(guò)總功率控制，可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輕載高速、重載低速動(dòng)作，既能保證液壓泵充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率又能防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載。但由于泵調(diào)節(jié)器同時(shí)調(diào)節(jié)兩泵排量，使兩泵輸出流量相同，當(dāng)液壓挖掘機(jī)做單一動(dòng)作時(shí)，其中一個(gè)泵就會(huì)輸出多余的流量，因此將總功率控制與負(fù)流量控制聯(lián)合起來(lái)可以減小總

8、功率控制的弊端。 K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵帶有負(fù)流量控制功能。如圖4 所示，當(dāng)挖掘機(jī)處于非工作狀態(tài)時(shí)，多路閥中位卸荷回油，液壓泵輸出的液壓油全部通過(guò)多路閥底部的負(fù)流量控制閥中節(jié)流閥回油箱，故在節(jié)流閥前端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)先導(dǎo)壓力pi1 （ pi2）反饋到泵調(diào)節(jié)器上。先導(dǎo)壓力作用于先導(dǎo)柱塞上，先導(dǎo)柱塞克服先導(dǎo)彈簧的彈力推動(dòng)伺服閥芯向右移動(dòng)，伺服閥左位工作，伺服柱塞大腔進(jìn)油，伺服柱塞向右移動(dòng)，帶動(dòng)柱塞泵的斜盤傾角減小，柱塞泵的排量也隨之減小，實(shí)現(xiàn)液壓泵卸荷。2.2 負(fù)流量控制 一旦操縱液壓挖掘機(jī)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(shí)多路閥中位卸荷油路被

9、切斷，負(fù)流量控制閥中節(jié)流閥前的先導(dǎo)壓力直降為零，先導(dǎo)柱塞在先導(dǎo)彈簧力的作用下向左移動(dòng)，帶動(dòng)伺服閥芯也向左移動(dòng)，伺服閥右位工作，伺服柱塞大腔通油箱，這時(shí)伺服柱塞在小腔液壓油的作用下向左移動(dòng)，帶動(dòng)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(dǎo)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(dǎo)壓力的增大而減小，實(shí)現(xiàn)了負(fù)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(jī)構(gòu)工作所需要的液壓油，避免了傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)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(lái)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(guò)改變進(jìn)入電磁比例減壓閥的電流大小來(lái)完成的，經(jīng)過(guò)電磁比例減壓閥的功率轉(zhuǎn)換壓力pf 作用于補(bǔ)償柱塞的臺(tái)階G 和功率設(shè)定柱塞上，如圖6 所示。 在此說(shuō)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(shè)定柱塞上，而作用于補(bǔ)償柱塞臺(tái)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(lái)的，可參考圖1。 補(bǔ)償柱塞所受的向右方向的力是作用于補(bǔ)償柱塞3 個(gè)臺(tái)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(shè)定柱塞面積A4 的液壓力之和，則補(bǔ)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(yù)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(diǎn)，使補(bǔ)償柱塞開始移動(dòng)時(shí)的柱塞泵壓力p1、p2 發(fā)生變化，即液壓泵輸出功率的設(shè)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(bǔ)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(dòng)機(jī)過(guò)載的功率控制如2.1 節(jié)所述。為實(shí)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(dòng)機(jī)的額定輸出功率，此時(shí)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(bǔ)償柱塞所受向左方向的力增加，補(bǔ)償柱塞左移，這將會(huì)使柱塞泵的排量增大，加快工作速度。同時(shí)在防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載的功率控制時(shí)，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(shí)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(shí)際工作中可根據(jù)負(fù)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