VOLVO220D挖掘机电控正流量泵控制过程分析与检测

VOLVO220D挖掘机电控正流量泵控制过程分析与检测
汤振周
【摘要】介绍了电控正流量的控制原理、对挖掘机正流量控制系统中电子液压泵的控制过程进行了分析.尤其介绍了在正流量控制系统中,在不同的工作模式下,如何在没有流量传感阀、泵中位压力非常低的情况下,无论发动机的转速大小,都能够合理确定初始流量,使得挖掘操作有相同的动作响应时间.还介绍了电控变量泵的检修、电控泵电磁阀的测量与调整.
【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2019(020)002
【总页数】4页(P27-30)
【关键词】VOLVO220D挖掘机;电控正流量泵;控制;检测
【作者】汤振周
【作者单位】福建船政交通职业学院 ,福州 350007
【正文语种】中文
【中图分类】TD422.2
1 电控正流量泵的结构
电控正流量液压系统中的核心元件为电控液压泵，沃尔沃液压挖掘机EC220D的
主泵型号是K3V112DT-1V9R-1E42-V，电控正流量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。

另外，电控
正流量主泵前后泵的调节器上都各自带有一个可以进行流量控制的比例电磁阀。

2 电控正流量泵工作原理
电控正流量泵的工作原理如图1所示，在电控状态下，电控正流量泵通过电磁阀
来调节斜盘摆角的变化，能够实现单泵的自由控制，合理地分配发动机的功率，使发动机的工作处于最节能状态。

正向液压控制系统在每个执行动作的先导油路上均安装了压力传感器。

控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，根据双泵的p-Q曲线(如图2所示)，得到油泵的另一排量值，根据
这两个排量值来调节油泵的排量，使系统的流量供应能够动态地跟随执行元件的流量需求，实现系统流量的实时匹配，达到“所得即所需”，就不会无用地消耗动力。

图1 电控正流量泵工作原理图
Q.泵流量；p.液压油压力图2 双泵的p-Q曲线
3 变功率控制
正流量液压系统中的核心元件为比例电磁阀，该泵可实现变功率控制和电比例控制两大功能。

通过电比例控制可实现单泵的自由控制，合理地分配发动机的功率，降低油耗，使驾驶员可以根据操作条件和环境选择发动机速度及操作模式，从而使机器性能和燃油效率达到最优化。

车载控制单元V-ECU从发动机控制单元E-ECU
连续接收当前发动机的转速信息。

它平衡发动机的输出功率和液压泵的驱动功率，方法是改变该泵的旋转斜盘与驱动比例电磁阀的电流，以保持泵扭矩低于选定的发动机转速下获得的发动机扭矩。

4 电控液压泵控制过程分析
现以沃尔沃挖掘机EC220D为例对电子液压泵的控制进行分析，介绍挖掘机车载
控制单元V-ECU如何控制电流以给泵1和泵2下达流量控制命令。

4.1 响应模式
响应模式为驾驶员提供了3种操作响应。

不同的响应模式所对应的先导压力如图3所示。

驾驶员可以从仪表电子控制单元中进行操作手柄灵敏度的选择，从而可以让操作员在启动、正常和缓和模式中选择喜欢的模式。

A.启动模式；N.正常模式；S.缓和模式图3 响应模式
4.2 操作检查
车载控制单元V-ECU可以根据先导压力传感器与设定的参数值，识别挖掘机启动了哪种功能，并准备开始控制挖掘机主泵的流量。

4.3 流量命令
车载控制单元V-ECU根据在仪表电子控制单元中选择的响应模式和先导压力，为每个泵计算流量命令。

在正流量控制中，先导压力越大，正流量控制中的流量也越大。

4.4 中位流量的补偿
控制阀在中位条件下，泵排量处于最小排量位置，因为在正流量控制系统中没有流量传感阀，泵中位压力非常低，在较低压力下将会导致液压系统操控性响应缓慢，为了提高发动机转速较低时中位状态的反应速度，车载控制单元V-ECU在开始时通过提供较大的流量来实现操控的响应时间。

在不同的工作模式下，不管发动机的转速是多少，都有相同的初始流量，相同的动作响应时间。

所以，对于操控性响应缓慢的缺点，可以参照相同型号负流量挖掘机泵的初始流量需求，见表1。

在不同功率模式、不同发动机转速下，泵的初始流量都是38 L/min。

表1 不同功率模式、不同发动机转速下对应的泵的控制电流和初始流量功率模式发动机转速/(r·min-1)泵的流量/(L·min-1)泵的排量/(cc·rev-1)电流
/mAI28003847.5406I11 0003838.0369F31 2003831.7345F21
3003829.2335F11 4003827.1327G31 5003825.3320G21 6003823.8314G11 7003822.4309H1 8003821.1304P1 9003820.0300
4.5 扭矩计算
车载控制单元V-ECU计算泵所需要排量和泵输出压力。

4.6 扭矩补偿
泵需要扭矩T必须低于最大泵输入扭矩Tmax，Tmax也必须低于发动机扭矩T0，即T≤Tmax<T0，如果高于最大值，则V-ECU必须减少流量。

由于系统超载，发动机转速会降低，为了防止系统超载，V-ECU始终关注E-ECU的实际转速，如果转速急剧下降，则V-ECU会降低流量使速度恢复至目标转速。

4.7 扭矩限制和流量的控制
泵所需的扭矩必须小于泵的最大输入扭矩，否则车载控制单元V-ECU必须减少流量，之后V-ECU通过最终扭矩计算泵最终所需的流量。

4.8 最小和最大流量补偿
VOLVO220D挖掘机电控正流量泵的正常电流控制范围是300～650 mA，对于最小和最大所需流量，V-ECU可以使用250 mA和700 mA来保持最小和最大位置。

5 VOLVO220D挖掘机电控正流量泵的故障分析与排除
1)发动机过载(见表2)。

表2 发动机过载故障原因措施排除方法速度—压力是否高于其规定值按照规定设
置调节器的扭矩设置是否太高重新调查调节器可参阅调节器的说明手册泵内部的部件卡住或损坏更换损坏的部件检查过滤器和排出的机油中有无异常的磨损金属碎屑调节器管道装配错误校正调节器管道
2)液压泵输出流量大大减少且输出压力未增加(见表3)。

表3 液压泵输出流量大大减少且输出压力未增加故障原因措施排除方法调节器故
障修理调节器参阅调节器的说明手册泵内部的部件卡住或损坏更换损坏的部件检查过滤器I和排出的机油相关泵故障更换损坏的部件拆除相关泵并检查轴联轴器辅助阀故障检查辅助阀(尤其应检查提升阀、阀座和弹簧)可参阅辅助阀的说明手册调节
器管道装配错误校正调节器管道
3)液压泵异常噪音和异常震动(见表4)。

表4 液压泵异常噪音和异常震动故障原因措施排除方法气蚀防止气蚀,检查工作油是否乳化低增压压力相关泵故障吸入管中空气泄漏增加抽吸阻力活塞套的填隙入口损坏更换活塞套和板等油缸开裂更换油缸油泵安装错误纠正油泵安装调节器自激振荡修理调节器可参阅调节器的说明手册辅助阀的减压阀自激振荡修理辅助阀可参阅辅助阀的说明手册
6 电控变量泵电磁阀的测量与调整
6.1 测试条件
将机器停放在维修场地水平坚实的地面上，把挖掘机铲斗放水平，按顺序选择挖掘机“P”(动力最大)、“H”、“G”、“F”、“I”工作模式，液压油温度：(50±5)℃。

6.2 测量
把一个6 MPa的油压表连接到比例阀的压力检查孔上；如图4所示将发动机设定到“工作模式”，测量伺服液压二级压力，并读取伺服液压的油压。

1.调节螺钉；
2.锁紧螺帽；
3.Psv1压力检查口；
4.Psv2压力检查口；
5.压力表图4 压力检查表5 不同功率模式、不同发动机转速下对应的最大泵的输入扭矩和动力切换压力
模式每分钟转速/(r·min-1)空载有负载动力换档阀电流/mAPi/(kfg·cm-2)P2 1002 0302132.8H1 9501 8802183.0G11 8701 8002203.1G21 8001 7302665.5G31 7501 6802846.7G41 7001 6302957.4F11 5001 43054526.3F21 4001 33055827.4I11 200—70640.1I21 100—74243.3
6.3 调节
由图4可知，松开锁定螺帽2并用一把平头螺丝起子扭动螺钉1进行调节，要增
加压力就顺时针扭动，要减少压力就逆时针扭动，当电流减小或增加时，流量Q
和先导压力p的变化关系如图5所示。

Q.流量；I.电流；p.伺服压力；C1.电流增加时；C2.电流降低时图5 单泵加载的I—Q曲线
7 结语
正流量控制系统由流量正控制与恒功率控制组成，通过改变该泵的旋转斜盘与比例电磁阀的电流，以保持泵扭矩低于选定的发动机转速下获得的发动机扭矩，同时要兼顾系统的节能性、稳定性和操控性，在软件上合理设定泵的初始流量。

对电控正流量泵进行检查，并对电控变量泵电磁阀进行测量与调整，使挖掘机的动力性与经济性能够实现最佳结合。

参考文献
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