工程机械中的泵与发动机匹配
发动机与液力变矩器的合理匹配研究
区域治理综合信息发动机与液力变矩器的合理匹配研究杨小龙 任丽杰西安双特智能传动有限公司，陕西西安 710119摘要：液力传动具有自动适应性、操作便利等优势，现已得到了十分广泛的应用。
而液力变矩器与发动机的合理匹配是液力传动中的重要内容。
相关人员在研究液力变矩器与发动机匹配的过程中，不仅要注重两者之间的共同点，变矩器与发动机的合理匹配，还应该重视合理匹配的途径。
基于此，文章介绍了液力变矩器的选型要求，分析了发动机与液力变矩器匹配方式，并对发动机与液力变矩器的合理匹配进行了研究。
关键词：发动机；液力变矩器；合理匹配通常情况下，工程机械的传动是液力传动，能够有效地提高生产率，且具有一定的自适应性，在外载荷突然增大的情况下，会自动增大牵引力，以有效地克服增大的外载荷，自动降低行驶速度，避免外载荷的自动增加，甚至突然增加而使发动机熄火。
除此之外，液力传动的介质是液体能吸收并消除发动机和外载荷的振动和冲击，从而提高发动机和机体的使用寿命。
因此，相关人员应该重视液力变矩器的选型及与发动机的合理匹配。
一、液力变矩器的选型要求通常情况下，工程机械的负荷比较大，工作环境相对恶劣，行驶速度比较低，且散热条件差，这就导致发动机热负荷较大，发动机的使用功率需要降低10％-20％使用。
工程机械的性能和发动机功率的要求主要体现在以下方面：第一，液力变矩器和发动机共同作用的情况下，在全负荷下发动机需要较大的功率输出，以满足较大的牵引特性要求；第二，根据爬坡性能的要求，液力变矩器失速变矩应该大些，一般是3到3.6，以减少变速箱的排挡数；第三，液力变矩器高效范围宽，在工程机械作业情况下，要求变矩器在低速和高速工况下运转，有利于提高发动机的经济性，一般变矩器允许的最低效率是75％；第四，为了充分利用发动机的功率，液力变矩器应具有一定的透穿度，这样在启动和低速行驶时能获得较大的牵引力，高速行驶时能充分利用发动机的功率，提高平均速度，有效地改善加速性和牵引性。
履带起重机发动机与液压泵的匹配解读
作者简介 :王欣 (1972- , 女 , 副教授 . E 2mail :wangxbd21@163. com.履带起重机发动机与液压泵的匹配王欣 1, 刘宇 1, 蔡福海 1, 薛林 2(1. 大连理工大学机械工程学院 , 辽宁大连 116024; 2. 大连市特种设备监督所 , 辽宁大连 116021摘要 :针对履带起重机存在的功率匹配问题 , 分析其产生的原因 . 基于发动机不同的控制方式 , 给出相应的液压泵的控制策略 . 提出了一些解决履带起重机发动机 -泵功率匹配问题的新方法 .关键词 :履带起重机 ; 发动机 ; 液压泵 ; 匹配中图分类号 :TH 213文献标识码 :A 文章编号 :1672-5581(2007 02-0182-04Matching between engines and hydraulic cranesW A N G Xi n 1, L IU 11X E L i n 2(1. School of Mechanical of of Technology , Dalian 116024,China ;2. and Institute ,Dalian 116021,ChinaAbstract :In this power matching problem is proposed and analyzed for crawler cranes. Based on diverse control modes of engines , corresponding control strategies of hydraulic pumps are presented. To re 2solve the non 2matching problem between engines and hydraulic pumps , some novel methods are postulated in this paper.Key words :crawler crane ; engine ; hydraulic pump ; matching随着生产规模的扩大 , 自动化程度的提高 , 履带起重机作为重要的搬运设备 , 在现代化生产过程中广泛应用于石油化工、桥梁建设、建筑安装、港口物流、市政工程等各个领域 , 发挥着巨大的作用 .然而 , 履带起重机在实际使用过程中 , 常常出现柴油发动机与液压系统功率不匹配现象 , 具体表现在 :①行走与起升速度达不到预期值 ; ②发动机在有些工况下功率利用率较低 , 燃油消耗较快 . 本文针对上述实际问题 , 在履带起重机设计阶段提出相应方案 , 最大程度地实现发动机与液压泵的功率匹配 , 达到提高作业效率及节能的目的 .1问题产生的原因在发动机外特性曲线上 , 可以找到一些点 , 在这些点上 , 发动机的各项性能综合指标要优于其他点 , 这些点叫做最佳工作点 , 与之对应的发动机转速叫做最佳工作点转速 . 通常的发动机控制策略就是力争使发动机工作在最佳工作点上 [1].履带起重机的动力传动系统是一个发动机 -液压系统 -载荷的负载驱动系统 , 其中发动机 -泵的功率匹配是对整个系统功率匹配影响最大的因素 .理想的能量转换不计能量损失 , 则泵的功率 P P 等于发动机的输出功率 P E为 P E =P P第 5卷第 2期2007年 4月中国工程机械学报 CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY Vol. 5No. 2 Apr. 2007而泵的功率 P P 等于负荷需要的功率 P L 为P L =P P所以 , 当负载发生变化时 , 泵的功率变化 , 则发动机的输出功率也随之变化 , 这使得发动机不能稳定工作在特性曲线上最佳工作点的位置 , 从而出现功率的不合理匹配 .2发动机与液压泵匹配的实现发动机与液压传动装置的匹配的实质是提出最为合理的控制方法 , 从而使发动机的转速、输出扭矩能适应外部负荷的变化 , 保持发动机在最佳工作点附近工作 , 有较高的功率利用和较低的燃油消耗率 .目前柴油发动机适合于液压传动的控制形式有 :①发动机恒功率控制 , ②发动机变功率控制 . 工程机械中为了更好地适应外负荷的变化 , 保证作业的高效性和经济性 , 一般将两种控制方式结合使用 .2. 1发动机恒功率控制与泵功率匹配的实现2. 1. 1实现的原理由功率 P =9549, n 为转速 , 得发动机输出扭矩 T E P :T E 9因此 , 在发动机转速 n , P T E 的决定性因素 . 若通过设定泵的输出功率恒定 , , 即当负载变化时 , 通过调节泵的 , , 实现泵与发动机之间的功率匹配 . 从而得出结论 :, 欲实现泵与发动机匹配 , 则要求泵具有恒功率特性 [2].2. 1. 2泵的恒功率控制所谓泵的恒功率控制就是通过机电液等控制机构之间的相互配合实现泵的流量Q 和出口压力 p 存在反比例变化关系 :Q p =const如图 1所示为一条双曲线 , 由P p =600ηt 得P P =const图 1恒功率控制曲线 Fig. 1 Constant pow er control curve 图 2所示为一典型的泵恒功率控制原理图 [3]. 其中 ,M 为工作油口测压口 ,A 为工作油口 , G 为定位压力口 ,S 为吸油口 ,M1为斜盘控制油缸测压口 ,R 为放气口 , T1, T2为壳体泄油口 . 泵输出的压力经过节流口进入斜盘控制油缸 2, 同时进入计量活塞中推动计量活塞带动摆杆 4转动 , 压缩功率设定弹簧 5, 进而调节伺服阀 6的开口 , 使得液压油液进入斜盘控制缸的压力变化 . 两斜盘控制缸的合力作用于泵的斜盘上 , 从而调节泵的斜盘摆角控制泵的输出流量 . 计量活塞一端与斜盘控制缸 2的活塞杆连接 ,另一端通过滑轮与摆杆 4接触 , 当压力变化时 , 计量活塞对摆杆的作用力和力臂都会相应改变 , 进而保证泵的流量与输出压力成双曲线关系变化 , 这就实现了泵的恒功率控制 .2. 2发动机变功率控制与泵功率匹配的实现2. 2. 1实现原理 381第 2期王欣 , 等 :履带起重机发动机与液压泵的匹配1,2. 斜盘控制油缸 ; 3. 计量活塞 4. ; 5. 功率设定弹簧 ; 6. 伺服阀图 2constant pow er control在有些工况下 , 发动机的恒功率控制不能满足作业高效性和经济性 , 具体有两个方面 :一方面 , 为了追求作业速度 , 提高工作效率 , 必须人为地提高发动机转速 (如靠提高发动机转速来提高起升、变幅、回转、行走的速度 . 此时泵的输出功率也相应提高 . 恒功率控制无法跟随发动机输出功率变化 .另一方面 , 在低功率作业的情况下 , 泵的输出功率远低于发动机在该转速下输出的最大功率 , 发动机的功率利用率很低 (如在执行穿绳、穿销等小功率动作时 , 此时操作的经济性很差 .可采用联合控制方式实现发动机 -泵的功率匹配控制 . 其框图如图 3所示 .针对第一种情况联合控制方式将检测到的发动机的输出功率 (检测发动机的转速、扭矩以及信号的形式输入计算机并计算出与泵的输出功率的偏差 , 根据偏差 , 调整泵的功率设定值 , 使泵的吸收功率始终追踪发动机的输出功率 , 实现功率匹配 .图 3发动机的变功率控制与泵功率匹配的实现框图 Fig. 3 E ngine variable control and pump pow er m atching frame 针对第二种情况联合控制方式 , 通过检测泵的输出功率 (检测泵的压力、 , 功率的偏差 , 转速 , 整 , 并调整泵的功率设定值 , 实现发动机和泵的功率匹配 .这里需要指出 :由负载部分传递的泵的功率调节信号往往是由负载变化 , 进而导致液压系统工作压力变化引起的 ; 由发动机部分传递的功率调节信号往往是由发动机转速变化 , 进而导致液压系统流量变化引起的 .以上两种情况 , 实现功率匹配控制都要求泵的恒功率控制的设定功率可变 , 即要求恒功率控制存在一个优先级更高的功率调节控制 .2. 2. 2带功率调节控制的泵的恒功率控制图 4功率调节控制 Fig. 4 Pow er regulating control在一般的恒功率控制过程中变量泵的恒功率调节只能设定一个或几个固定的值 , 通过功率设定弹簧来实现 , 精度不高 . 而在使用功率调节电磁阀之后 , 其功率值就可以通过改变电磁阀控制信号的电流大小来实现在功率可调范围内波动 , 如图 4所示 . 其中 ,Z 为恒功率设定油口 .功率调节控制的原理就是在原恒功率控制 (图 2 的基础上加上了功率调节油缸 (如图 5所示 [3], 由功率调节油缸、摆杆、功率设定弹簧及伺服阀的复位弹簧共同作用 , 决定伺服阀的开口大小 , 调节泵的斜盘摆角 , 进而改变泵的输出流量 . 功率调节油缸的作用力可由控制 Z 口压力的比例电磁阀的电流控制信号来调整 . 这就组成了变量泵的功率设定调节器 .工作过程中 , 可通过调节变量泵上功率设定调节器对泵进行功率调节 . 如图 4, 在轻载工况下 , 泵的功率曲线设定在曲线 1位置 , 如果负载所需功率增大 , 则需提高泵的输出功 481中国工程机械学报第 5卷of pow er regulating control 率 , 通过泵控调节器 , 调整泵的排量增大 , 则其功率曲线升高到曲线 2位置 . 但恒功率控制是以牺牲执行机构的动作速度为代价的 , 这可以由提高发动机的转速来加以补偿 .当负载减小时 , 控制器又调节功率曲线向曲线 1方向移动 , 这样就避免了因系统需要流量小于泵的输出流量而产生功率损失 .工程机械中发动机与液压系统的功率匹配主要是发动机、液压泵、载荷三者之间的功率匹配 , 采用带功率调节控制的变量泵恒功率控制系统 , 实现三者之间在通常工况下的功率匹配 . 在特殊工况下 , 当需要增加发动机转速来提高机构运行速度时 , 通过检测发动机输出功率来调节泵的输出功率 , 可由简单的 PID 控制实现 . 在轻负载作业时 ,泵的输出功率远低于发动机在该转速下输出的最大功率 ,即系统需要流量远小于泵的输出流量 , 通过检测泵的输出功率来调节发动机的转速和泵的恒功率调定值 , 也可由简单的 PID 控制实现 . 在特殊工况下的这两个方面 , 也可以作为两种单独的模式分别进行控制 . 3结语, 针对工程机械中常用的发动机控制方式 , 提出了与 :(1 发动机处于恒功率控制时 , 控制液压泵的恒功率来保证发动机与液压泵的功率匹配 .(2 发动机处于变功率控制时 , 分两种情况检测发动机和液压泵的功率匹配情况 , 由计算机处理后控制发动机转速及液压泵的功率调节系统 , 使泵的输出功率追随发动机的输出功率 , 实现功率的合理利用 . 参考文献 :[1]沃尔沃公司 . 沃尔沃公司发动机样本 [R].上海 :沃尔沃公司 ,2003.Volvo Corporation. Engine samples of volvo corporation[R].Shanghai :Volvo Corporation , 2003.[2]欧阳联格 . 全液压推土机传动系统与发动机匹配 [J].工程机械 ,2004(11 :44-47.OU YAN G Liange. Match between drive line and engine on fully hydraulic bulldozers [J].Construction Machinery and Equipment ,2004(11 :44-47.[3]博世力士乐公司 . 行走机械用液压及电子控制元件 [R].北京 :博世力士乐公司 ,2004.Rexroth Bosch Group. Hydraulic and electron control elements for mobile machinery[R].Beijing :Rexroth Bosch Group , 2004. 581第 2期王欣 , 等 :履带起重机发动机与液压泵的匹配。
挖掘机的动力的原理
挖掘机的动力的原理挖掘机是一种用于挖掘和开采土方和矿石的大型工程机械设备。
它的动力来源主要是通过传动系统将发动机的动力传递到液压系统和机械部件上，从而带动机械部件进行工作。
下面将从动力传递、动力变换和液压系统三个方面分别阐述挖掘机动力的原理。
一、动力传递原理1. 发动机：挖掘机通常采用柴油机作为主要动力源。
柴油机通过内燃作用将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，提供动力给液压系统和机械部件。
2. 变速器：发动机的转速与液压泵和液压马达的转速不匹配，因此需要通过变速器将发动机的转速与液压系统的工作转速匹配，以提高工作效率。
3. 联轴器：联轴器用于连接发动机和变速器的输入轴，保证发动机的动力顺利传递给变速器。
同时，联轴器还起到隔离和保护作用，防止发动机因负载的突然变化而受到损坏。
4. 传动轴：传动轴用于连接变速器和驱动装置（如履带）之间，将变速器输出的动力传递到驱动装置上。
5. 履带和链轮：履带和链轮相互配合，将动力传递到作业装置上。
履带提供支撑和推进力，链轮转动带动挖掘机进行挖掘作业。
二、动力变换原理挖掘机的动力变换主要是指将发动机的回转运动转化为液压系统和机械部件所需的直线运动或回转运动。
主要包括：1. 液压泵：液压泵通过驱动轴将发动机的动力传递到泵体内，使泵体内部的叶片旋转产生压力，将液体压力能转化为机械能。
2. 液压马达：液压泵通过油管连接到液压马达，将液体压力能传递到液压马达内部，使马达的转子旋转，并带动机械部件进行工作。
3. 液压缸：液压泵通过油管连接到液压缸，使液压缸内的活塞实现直线运动，从而带动机械部件进行挖掘和开采作业。
4. 齿轮箱：齿轮箱通过齿轮传动的方式将液压泵的转速适应到液压马达和液压缸所需的转速范围。
三、液压系统原理挖掘机的液压系统起着传递、控制和调节液压能量的作用，使机械部件能够按照要求进行各项作业。
主要包括：1. 液压油箱：液压油箱用于存储液压油，并通过滤芯对油液进行过滤，确保液压系统的正常运行。
工程机械几种基于动力匹配引起的动力不足现象分析
工程机械几种基于动力匹配引起的动力不足现象分析张德平（广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林537005）［摘要］介绍了几种比较有代表性的工程机械动力不足现象，并以发动机的转矩曲线与整车所需转矩曲线的匹配性进行分析，提出解决办法。
包括装载机因调速弹簧变软，使其作用转速降低，导致装载机牵引力减小和液压装置动作变缓；发动机低速转矩不足使装载机铲装缓慢或无法进行铲装作业；发动机低速转矩小于挖掘机液压系统吸收转矩而导致熄火；发动机调速率过大使钻机调速严重；发动机怠速承载能力低使叉车易熄火等。
故应根据具体机械的需求进行合理的动力匹配。
［关键词］发动机；动力匹配；调速率；怠速加载能力［中图分类号］TU62 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2016）02-0059-04Analysis of several kinds of construction machinery based on power matchingcaused by power shortage phenomenonZHANG De-ping工程机械动力不足也即感觉机器无力的现象较为常见。
导致工程机械无力的因素很多，但机器的动力源导致的机器无力现象比较普遍。
本文针对因动力匹配不佳引起的故障列举典型例子并作分析。
1 装载机铲装无力1.1 高速无力一台新配动力的50型装载机试用一段时间后，司机发现装载机爆发性明显变弱，举升变慢、铲装前进能力下降，时间越长，这种症状越发明显。
把发动机拆除后上台架检查，发现故障主要是由发动机和变矩器共同作用点变化导致。
如图1。
首先查看变矩器的相关特性。
变矩器泵轮吸收的转矩MBg=λB·γ·（n B）2·D5×9.8（Nm）（1）式中D——变矩器的有效直径，m；γ——工作液体重度；1050扭矩/N·m900750450150100012001400转速 /(r/min)16001800200022002400n2n1600300i=D出厂前的净转矩曲线使用一段时间后的净转矩曲线变矩器先速负荷抛物线nN图1 发动机两种状态和变矩器失速点共同作用曲线nB——泵轮转速（同发动机转速），r/min；λB——力矩系数。
DOF铰接轮式越野挖掘机功率匹配及牵引性能设计
铲・装・运35铲・装・运本栏目编辑 严 瑾第 41 卷 2013 年第 2 期量方式以及无级变速系统输出参数。
在考虑影响车辆爬坡能力的因素和发挥发动机功率的情况下，设计满足目标的最大牵引力及分动箱传动比，最后得到了该轮式越野挖掘机在不同工作模式下的牵引特性。
1 动力传递路线该挖掘机采用机械-液压复合传动，传递路线如图 1 所示。
发动机动力到达变量泵-变量马达系统，经变速箱传至中间传动轴和后传动轴，前者通过 2-DOF 铰接装置传递动力给分动箱-前桥总成，后者直接传递给分动箱-后桥总成，车辆四轮同时驱动。
图 1 动力传递路线Fig. 1 Power transmission route该驱动系统有以下特点。
(1) 前后车体之间加入 2-DOF 铰接装置，动力由中间传动轴输入，前传动轴输出，前后车体能够实现同时在互成角度的两个方向上的旋转。
(2) 设计采用双泵阀内合流供行走，采用川崎 K5V80DT 双联柱塞泵以及改制多路阀 KMX15RA，双泵可实现总功率控制。
(3) 分动箱-前桥总成和分动箱-后桥总成分别是分动箱与前桥以及分动箱与后桥的集成。
分动箱一方面将传动轴动力降距后水平输入到车桥，提高车架中间部分离地间隙和传动效率；另一方面，在车桥传动比和变速箱传动比确定的情况下，合理设计分动箱传动比来满足牵引性能要求。
2 发动机-泵功率匹配及实现方式为适应不同的行驶工况，对该车进行分工况控制。
轮式越野挖掘机设计 H 模式 (重载)、S 模式 (节能) 和 L 模式 (轻载) 3 种工作模式。
H 模式下挖掘机能够强力越野和爬坡以及快速行驶，发动机在全功率或大功率状态下工作；S 模式和 L 模式下挖掘机在平路行驶，经济、油耗小，发动机在部分功率或小功率状态下工作。
2.1 发动机-泵功率匹配如图 2 所示，M 是发动机的功率特性曲线，当发动机在高原工作或者燃油品质差时，难以达到最大功率点，而且考虑到载荷大易熄火，因此匹配时储备一定功率[2]。
工程机械发动机选型动力匹配计算
轮式底盘基本参数一、发动机功率计算 1、平地行驶工况车辆在平地行驶时，由于行驶速度较低，忽略风阻对车辆行驶的影响。
故车辆主要的阻力来自于滚动阻力其中 ——车轮滚动阻力系数，不同工况下的数值见下表 ——车轮垂直于地面的载荷混凝土 冻结冰雪地 砾石路 坚实土路 松散土路 泥泞地、沙0.0180.0230.0290.0450.0700.09-0.18本设计中考虑选择隧道路况，=0.05 则=0.05x14x1000x9.8=6860 则在平地行驶发动机的功率为其中 ——发动机到驱动轮的总效率 ——车辆的最大行驶速度 取 =0.96x0.97x0.97x0.97=0.88 =20Km/h 则Kw v F P f Te 31.43360020686088.01360010max =⨯⨯=⋅⋅=η 2、爬坡工况图4 作用于车辆上的阻力车辆爬坡时所受阻力主要有行驶阻力、坡道阻力、风速阻力和加速阻力。
由于车辆行驶速度较低，且在爬坡时加速运动较少，故仅考虑行驶阻力与坡道阻力对车辆的影响。
2.1 滚动阻力计算：其中 ——车轮滚动阻力系数，不同工况下的数值见下表 ——车轮垂直于地面的载荷混凝土 冻结冰雪地 砾石路 坚实土路 松散土路 泥泞地、沙0.0180.0230.0290.0450.0700.09-0.18本设计中考虑选择隧道路况，=0.05 则=N 27.621725cos 8.910001405.0=⨯⨯⨯⨯ 2.2 坡道阻力计算N G F i 23.5798325sin 8.9101425sin 3=︒⨯⨯⨯=︒⋅=故车辆在爬坡工况时，牵引力应为行驶阻力与坡道阻力之和N F F F i f k 52.6442923.5798327.6217=+=+=2.3 爬坡功率计算其中 ——发动机到驱动轮的总效率 ——车辆爬坡速度取 =0.96x0.97x0.97x0.97=0.88 =3Km/h 则Kw v F P k Te 86.603600352.6442988.01360010max =⨯⨯=⋅⋅=η 3、取平地行驶工况与爬坡工况发动机功率的较大值为发动机的型号选取功率，即P=60.86Kw4、发动机的选取选用东风康明斯生产的工程机械用发动机，转速选取2200r/min，其B系列发动机参数如表1所示：表1 B系列发动机参数选用4BTA3.9-C100型柴油发动机作为轮式底盘动力发动机扭矩-转速特性曲线发动机功率-转速特性曲线发动机比油耗-转速特性曲线由上述三组发动机外特性曲线得出以下结论：1、发动机运行在1400rpm-1500rpm之间时，将输出最大扭矩，最大扭矩为410N.m，该转速适用于台车爬坡工况；2、发动机运行在2000rpm-2200rpm之间时，发动机将输出额定功率，即74KW，可考虑用在短距离转场工况，提高作业效率；3、发动机运行在1800rpm左右时，发动机的燃油经济性最好，可考虑用在远距离转场工况下达到节能需要。
韩国大宇挖掘机-Ⅲ 型 EPOS 系统
通知有前方动作。
当具备以上三个条件后, EPO S- 控制器将 根据主泵压力 (即行走负荷, 由压力传感器测得) , 来 实现 、 速切换, 当主泵的两个压力传感器中较大 者达到27M Pa 以上, 连续215s 后, 控掘机将切换成
速行驶; 当压力降到1310M Pa 以下, 连续215s 后, 将切换成 速行驶, 当压力在13～ 27M Pa 时, 将维 持原速。在满足了 速条件后, EPO S- 控制将输 出电流给高速伺服阀, 高速伺服阀的二次压力将推 动行走马达斜盘倾角改变活塞移动, 减小行走马达 的斜盘倾角, 以实现高速行驶。 412 自动怠速功能
所谓动力模式, 即可供选择的功率方式, 分 、 、 三速。当发动机起动后, 被自动设置为 速, 作 业时可根据需要按下监控板上的作业模式按键来选
器通过控制发动机控制马达来控制发动机转速, 油 择所希望的功率方式。动力模式的形成是由于 E2
门控制器的油门大小信号来自两个方面, 即来自燃 PO S— 控制器通过对发动机和主轴泵的控制, 使
图6
代表一种作业模式。EPO S— 控制器接受指令后, 便输出0—600mA 的电流, 给动臂优先液控阀, 液控 阀将输出0—219M Pa 的二次压力作用到动臂优先 阀 B P 上, 使 B P 阀产生节流作用, 从而多路阀的并 联通路变窄 (如图6示) , 在做复合动作时, 使液压油 优先通过动臂或铲斗, 使动臂或铲斗动作速度加快。 不同的作业模式, 动臂 (或铲斗) 与斗柄就会有不同 的速度比。 311 挖掘模式
图1
《建筑机械》1998年第8期
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基于双闭环PID的挖掘机泵扭矩控制策略
变化很小 ， 从而保证发动机的稳定工作 ， 以解决转速波动造成的燃油效率低的问题 ． 由于挖掘 机 的作业 工况 复 杂 ， 能采 用定 量泵 来工 作 ， 不 采用 变量 泵 可实现 功率 调节 ， 减少 系 统发 热 ， 同 时实 现无 级调 速 ． １ 图 ｂ是泵 的工 作 曲线 ， 分为恒 流 量 曲线段 （ ｐ ） ＜ ｏ和恒 功率 曲线段 （ ＞ Ｐ ）其 中 Ｐ为 ｐ ｏ，
ａｊｓｍｅ ｔ ｃｅ ，ｈ ｕ ｒ ｕ ｓｉｇｉ ｃｎ ｕ ｔｄｂ ｓｄｏ ｏａｙｓｅ ｄｓｎ ｉｇ Ａ ｃｒ ｉｇｙ ｉ ｉ ｄｕ ｔ ｎ ｈ ｍｅ ｔｅｐ ｍｐｔ ｑ ｅｔ ｔ ｏ ｄ ｃｅ ａｅ ｎｒ ｔｒ ｐ ｅ ｅ ｓ ． ｃｏｄｎ ｌ ， ｓ ｏ ｅ ｎ ｓ ｎ ｔｓ
液压 系统 工作 压力 ， 。为 弹簧调 整初 始预 紧压 力 ． 量泵 的调 节 是通 过 调 整 比例 阀 的 电流大 小 来 改 变变 Ｐ 变 量 泵 的力 矩 ， 而此 力矩 是通 过弹 簧来 调整 的 ， 因此 变量 泵 的恒功 率 区间不 是一 条 曲线 ， 而是 一段 段直 线 ， 逼 近 曲线 ， 图 ｌ 如 ｂ中所示 的 ２条斜 线表 示 泵流量 调整 的 ２段 弹簧 ．
挖掘机 的能量损失主要集中在液压系统和负载匹配时存在的压力和能量损失 ， 以及发动机与泵 匹配
的功 率损失 两方 面 ， 者共 同的控制 目标集 中在 泵 的排量 控 制 ， 量 的控 制 即调 整 了泵 的吸 收扭 矩 ． 有 二 排 现 挖 掘 机控制 系统 一般 采用 分工 况控制 以适 应不 同作业 要求 ， 由于设 定 动力模 式不 一定 匹配作 业工 况 ， 因此
工程机械发动机构造与维修(第2版)习题及答案
第一章发动机总体构造1、发动机的基本术语有哪些？各有什么含义？(I)工作循环活塞在气缸内往比运动时，完成了进气、乐缩、作功和排气4个工作过程，周而兔始地进行这些过程，内燃机才能持续地运转对外输出功率，每完成一次上述4个过程称为一个工作循环。
(2)上止点(TDC)上止点是指活寒离曲轴回转中心最远处，通常指活寒的最高位置。
(3)卜止点(BDe)下止点是指活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞的最低位置.(4)活塞行程(三)活塞行程是指上、下两止点间的距离，单位：亳米(mm)。
活塞由•个止点移到另一个止点，运动一次的过程称为行程。
(5)曲柄半径(R)曲柄半径是指与连杆大端相连接的曲柄销的中心线到曲轴回转中心线的距离(11rι),显然，曲轴每转一周，活塞移动两个行程，呻S=2R.(6)气缸工作容积(V h)气缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所让出的空间的容积.其计算公式为V h=11I)2S∕4×IO6式中：K一—气缸工作容积,升(1.)：D——气缸直径，花米(物)：S——活塞面枳，平方亳米(mm?)。
(7)发动机工作容积(V t)发动机工作容积是指发动机所有气缸工作容枳的总和，也称发动机的扣量。
若发动机的气缸数为i,则V1=V11-i。
(8)燃烧室容积(VJ热烧室容积是指活寒在上止点时，活寤顶上面空间的容积，单位：升(1.),(9)气缸总容积(VJ气缸总容积是指活塞在下止点时，活塞顶上面空间的容积(1.).它等丁•气缸工作容积与燃烧窕容积之和，即V.=V h+工（10）压缩比（ε）压缩比是指气缸总容积与燃烧室容枳的比值，即e=V u∕V c=V h+V./V c=1.+V h/V t（11）工况内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机对外输出有效功率和转速来表示。
（12）负荷率内燃机在某一转速卜.发出的有效功率与相同转速卜所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率，简称负荷。
2、发动机总体结构包括哪几部分？各起什么作用？（1）曲柄连杆机构。
2021年工程机械理论模拟试卷和答案(18)
2021年工程机械理论模拟试卷和答案（18）共3种题型，共65题一、单选题(共35题)1.柴油机喷油泵中的分泵数( )发动机的气缸数。
A：大于B：等于C：小于D：不一定【答案】：B2.通常情况下,柴油机的压缩比( )汽油机的压缩比。
A：小于B：大于C：等于D：不可比【答案】：B3.液压挖掘机行走限速回路利用限速阀控制通道大小限制( )转速。
A：液压马达B：液压泵C：发动机D：溢流阀【答案】：A4.单位切削力的大小,主要决定于( )。
A：车刀角度B：被加工材料强度C：走刀量D：吃刀深度【答案】：B5.加注压路机燃油时,必须使发动机( ),加油过程禁止吸烟和明火靠近。
A：怠速B：高速C：熄火D：处于任意转速【答案】：C6.在商务礼仪中,男士西服如果是双排纽扣,那么扣子应该( ) 。
A：双排都系B：系外面一排C：系里面一排D：全部敞开【答案】：A7.轴零件右端面对其轴线的全跳动公差值为0.05mm,若要规定右端面的平面度公差,其值应( )。
A：大于0.05mmB：小于0.05mmC：等于0.05mmD：都可以【答案】：B8.将发动机输入的机械能转换为液体的压力能的液压元件是( )。
A：液压泵B：液压马达C：液压缸D：控制阀【答案】：A9.柴油机输油泵每循环输油量的多少取决于( )。
A：活塞弹力B：活塞行程C：凸轮偏心距D：发动机转速【答案】：B10.防冻液在工作过程中,介质会酸化,P.H值下降,使缓蚀剂效果降低,甚至完全失效,因此,防冻液中需要添加( ),可以在一定程度上使防冻液的pH值稳定在7.5~10范围之间。
A：防冻剂B：消泡剂C：着色剂D：缓冲剂【答案】：D11.当发动机工作,离合器处于完全接合状态时,变速器输入轴( )。
A：不转动B：与发动机转速不同C：与发动机转速相同D：转速高于发动机转速【答案】：C12.不是引起履带式驱动桥中央传动齿轮室发热原因的是( )。
A：齿轮啮合间隙过小B：轴承安装过紧、歪斜C：润滑油不足D：冷却不良【答案】：D13.振动式压路机用碾轮沿被压实材料表面往复滚动,又以一定的频率、振幅振动,使被压实层同时受到碾轮碾压和( )的综合作用,压实深度和效果比静力式压路机要高。
液压节能控制技术的发展趋势分析
液压节能控制技术的发展趋势分析随着液压挖掘机“智能化”程度的提高，各种传感器、控制器将遍布挖掘机各处，这将导致挖掘机内部充斥各种导线、接头，使控制系统变得复杂、可靠性降低。
电液比例控制智能化：电液比例控制在80年代初就开始应用于工程机械，到目前已经在液压挖掘机上得到了大量应用。
电液比例技术用于工程机械，可以省去复杂、庞大的液压信号传递管路，用电信号传递液压参数，不但能加快系统响应，而且使整个挖掘机动力系统控制更方便、灵活。
进入90年代后，随着计算机技术的发展，电液比例控制更进一步”智能化”，电液比例泵和比例阀的应用日益增多，从而出现了”智能化液压挖掘机”。
这种智能化主要体现在以下几个方面。
首先，计算机能够自动监测液压系统和柴油机的运行参数，如压力、柴油机转速等，并能根据这些参数自动控制整个挖掘机动力系统运行在高效节能状态。
其次，能够完成一些半自动操作，如平地、斜坡的修整等，对司机的熟练程度要求降低，但工作质量却能够得到大幅度提高。
第三，能够根据监测到的运行参数进行故障诊断，便于挖掘机的维护。
这些功能的出现，使挖掘机性能得以大幅度提高。
柴油机电喷控制：在传统的机械调速柴油机上，喷油泵的循环供油量、喷油提前角等都受到转速影响，使柴油机性能难以进一步提高。
在柴油机上应用电喷控制后，可以使泵的循环供油量和喷油提前角不再受转速的影响，从而使挖掘机能够一直工作在最佳状态，而且加快了响应速度。
开发柴油机电喷控制器是提高挖掘机节能性的一个重要环节。
负荷传感控制将继续发展：负荷传感控制从20世纪70年代开始兴起，各工程机械液压件生产厂商纷纷推出了一系列有关产品。
这种系统具有良好的节能性和操纵性，即使不熟练的司机也能很快适应。
比例流量分配阀的出现进一步推动了负荷传感技术在挖掘机上的应用，使挖掘机操纵性进一步提高，解决了西方国家由于熟练司机的缺乏而带来的问题。
因此，负荷传感控制挖掘机在发达国家的需求将会进一步上升。
六通多路阀继续存在：尽管采用四通阀的负荷传感系统能提供精确操作，但并非所有场合都需要精确操作，而且熟练司机也能用非负荷传感系统挖掘机完成精确操作。
发动机带动液压泵原理
发动机带动液压泵原理
液压系统是机械工程中常见的能量传递系统之一，通常由发动机带动液压泵来提供动力。
液压泵是将机械能转化为液压能的装置。
它通过转动机械部件，实现对液体的增压和输送。
液压泵通常由转子、驱动轴和油口等组成。
发动机带动液压泵的原理是利用发动机的动力来驱动液压泵工作。
当发动机运转时，通过曲轴带动液压泵的驱动轴转动。
驱动轴和液压泵内的转子相连接，当驱动轴旋转时，由转子带动液体在泵内产生压力。
液压泵的转子通常呈螺旋状，它通过旋转将液体吸入泵内，然后通过压力将液体推出。
当转子旋转时，泵腔内的容积会发生周期性的变化，从而产生连续的液压流。
液压泵将液体输送到液压系统中，通过管道传递到需要执行任务的液压执行器，如液压马达或液压缸。
液压执行器根据液体的压力和流量来执行机械工作，如推动活塞或旋转马达。
综上所述，发动机带动液压泵的原理是利用发动机的动力通过驱动轴转动液压泵的转子，从而将机械能转化为液压能，实现对液体的增压和输送，以驱动液压系统中的液压执行器完成各种机械工作。
工程机械的零部件与附件介绍
工程机械的零部件与附件介绍工程机械是指用于进行土木工程和建筑工程的机械设备，如挖掘机、推土机、混凝土搅拌车等。
这些机械设备的正常运转离不开各种零部件和附件的支持。
本文将为您介绍几种常见的工程机械零部件与附件。
一、液压系统液压系统是工程机械中非常重要的一个部分，它通过液体的压力传递和控制力和动力，使机械能够正常运转。
液压系统包括液压泵、液压缸、液压阀、液压管路等零部件。
液压泵通过转动产生压力，液压缸则通过液压力推动机械的运动，液压阀和液压管路则起到控制和传递液压力的作用。
二、电气系统电气系统是工程机械中用来传输和控制电能的系统，其中包括发电机、电动机、电缆、电瓶等零部件。
发电机通过燃油或其他能源转化为电能供给电动机运转，电动机则带动机械的各种运动。
电缆和电瓶起到传输和储存电能的作用。
三、发动机和传动系统发动机是工程机械的核心部件，它提供动力以驱动机械运转。
发动机的选择和性能直接影响到机械的工作效率和运行质量。
传动系统包括离合器、变速器等零部件，它们通过传递发动机动力实现机械的前进、后退和转向等功能。
四、润滑系统润滑系统是为了减少机械零部件之间的摩擦而设置的系统。
它通过给零部件提供润滑油脂来降低摩擦系数、减少磨损和延长零部件的使用寿命。
润滑系统的关键部件包括润滑泵、滤清器、油封等。
五、工作装置和附属设备工程机械的工作装置是完成具体施工任务的部分，如挖掘机的铲斗、推土机的铲刀等。
附属设备则是为了方便工程机械的操作和维护而设置的，如液压焊接机、矿坑灯等。
这些零部件和附件能够提高工程机械的工作效率和施工质量。
六、安全保护系统安全保护系统是为了保护工程机械的操作人员和设备的安全而设置的。
它包括报警装置、防护罩、安全阀等。
这些零部件和附件能够在机械发生故障或超出安全工作范围时，及时提醒和防止事故的发生。
总结工程机械的零部件与附件是保证机械能够正常运转和提高工作效率的关键。
液压系统、电气系统、发动机与传动系统、润滑系统、工作装置与附属设备以及安全保护系统都是构成工程机械的重要组成部分。
国内工程机械相关知识(动力配套)
拣选车
无人驾驶车辆
步行式堆垛车
步行式托盘堆垛车 非机动工业车辆 步行式托盘搬运车
步行剪叉式升降托盘搬运车 其它工业车辆
二、工程机械分类
静作用压路机
振动压路机
压实机 械
振荡压路机 轮胎压路机 冲击压路机
组合式压路机
振动平板夯
振动冲击夯 爆炸式夯实机 蛙式夯实机 垃圾填埋压实机 其它压实机械
拖式压路机 自行式压路机 光轮式压路机 轮胎驱动式压路机 拖式压路机 手扶式压路机 光轮式压路机 轮胎驱动式压路机 自行式压路机 拖式压路机 自行式压路机
搅拌运输车 车载泵
喷浆车
泵车
奔驰ACTROS 3341 6×4 五十铃CYZ51Q 6×4 斯堪尼亚P400CB6x4HSZ
搅拌泵车 WD615.96
布料车
二、工程机械分类
掘进机械
唐构机
全断面隧道掘进机 硬岩掘进机(TBM)
组合式掘迸机
非开挖设备
水平定向钻 顶管机
巷道掘进机
悬臂式岩巷掘进机
其它掘进机械
主要内容
一、工程机械概念 二、工程机械分类 三、工程机械厂家产品及动力匹配情况
一、工程机械概念
工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养 护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备 ，称为工程机械。
它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业 建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。
二、工程机械分类
品牌 销量（台） 2013年5T和3T产品仍然是装载机市场的主
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临工
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工程机械液压系统动力匹配及控制技术设计
工程机械液 压系统动力 匹配及 控制技术设计
（ 沈 阳 东 北 电力 调 节 技 术 有 限 公 司 ，辽 宁 沈 阳 １ １ ０ １ ７ ９ ）
引言 ： 对液压系 统构成分析后 看出 ， 液 压 系 统 由执 行 、 控制、 动力三大
元件组成， 其主要用 以控制整机。液 压系统逐步变为当代工程机械 的主心 骨 。这是 由于液压 系统有 易安装 、 可控制 、 体积小、 响应快等优势。但是 ， 液
量 的输入 信号， 从而使模 拟量的输入模 块可 以对参数进 行处理， 从而达 到 模拟量 的控制 。 ２ ． ３液 压 系 统 软 件 算 法 设 计 ２ ． ３ ． １控制软件系 统算法 本次 实验采 用 Ｐ Ｉ Ｄ 控制算法 ， 按照 Ｐ Ｉ Ｄ 的连续 系统控 制作为基础 ， 将 其数字化 ， 并且 写成离散形式 的 Ｐ Ｉ Ｄ控制方程 ， 然后再进行控制程序设计 。 Ｐ Ｉ Ｄ控制输入和输出关系 如下所 示： ） ） ｄ ｔ ） ｄ ｔ 十 。
“ （ ） ＝ Ｋ ｐ ｛ ｇ （ ） ＋ ∑ｅ （ ） ＋ ［ Ｐ （ ） － ｅ （ ｋ 一 １ ） 】 ｝ ＋ “ 。
Ｉ ｊ ＝ Ｏ
式中 Ｕ （ ｋ ） 表 示第 Ｋ次采 样 时 刻 计 算 机 的 输 出值 ， ｅ （ ｋ ） 表 示 在 第 ｋ时刻 输入的偏差值， ｅ （ ｋ 一１ ） 表示在第 （ ｋ 一１ ） 时刻输入的偏差值 ， Ｋ。 微积分系数 ，
２ 、 液 压 控 制 系 统 的 具 体 设 计
液压挖掘机发动机与液压泵的合理匹配的研究
I SS N100928984 CN2221323/N 长春工程学院学报(自然科学版)2008年第9卷第4期J.Changchun I nst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2008,Vol.9,No.411/2635238液压挖掘机发动机与液压泵的合理匹配的研究收稿日期:2008-11-07作者简介:汤振周(1970-),男(汉),福建,硕士研究生,讲师主要研究工程机械。
汤振周(福建交通职业技术学院,福州350007)摘 要:通过对液压挖掘机发动机的工作特性、变量泵性能的研究,提出了恒功率与变功率2种控制方式的组合,使发动机在整个转速范围内都能适应负荷变化,保持最佳的功率利用率。
同时使液压系统具有了较高的传动效率,整个负荷驱动系统也具备了较好自适应能力和综合性能指标。
关键词:液压挖掘机;发动机;液压泵;合理匹配中图分类号:T D422.2文献标识码:A 文章编号:100928984(2008)04200352041 发动机工作特性柴油机的特性主要是运行特性,包括:速度特性、负载特性、万有特性的变化规律。
如图1所示,曲线CASB是发动机在某一档时的工作特性,AC为外特性,AB为该档位下的调速特性。
当外负载变化时,发动机的输出转矩变化,如A点、B点和S点,A 点输出功率最大。
另外,发动机还有一条最佳比油耗线(ge线),当发动机工作在最佳比油耗线时(图中S、E点)最经济。
为了保持柴油机转速的相对稳定,必须随着负载的变化相应改变供油拉杆的位置,在柴油机上安装的调速器就能根据外界负载的变化,自动调节循环供油量,使柴油机稳定运转。
通常工程机械选用的都是全程调速器,在任何转速下均能起调速作用。
那么在某一固定油门拉杆位置下,当外负载变化时,柴油机将不再运行在外特性曲线上,而是在该油门位置下的调速线上工作。
不同的油门位置对应于不同的调速曲线,可见在外负载扭矩变化时,速度将受到较小的波动,从而起到稳定柴油机转速的作用。
恒功率及恒压泵控制原理及其应用
恒功率及恒压泵控制原理及其应用恒功率泵所实现的功能就是保证电机不会超功率，低压时大流量，高压时小流量；恒压泵能够实现零流量保压。
1）恒压泵一般用于这样的液压系统：开始阶段要求低压快速前进，而后转为慢速靠近，最后停止不动并保压，像油压机就是这样。
这里，恒压泵设定的压力就是系统保压所需要的压力。
这里，对“液压系统压力由负载决定，而由溢流阀加于限定”的基本原则应该讲是符合的。
为了更好理解泵控系统，可以考虑修改为“系统压力由负载决定，而由恒压泵加于限定”。
像压机的例子，压制件的反力可以很大，具体施加多少由恒压泵调节。
2）恒流泵主要用于工程机械这种设备上就一台发动机，要充分利用其功率。
对液压系统就可以在低压时大流量，高压时小流量。
这表面上与恒压泵相似，其实不然。
恒功率泵在压力流量变化时，遵循恒功率，而恒压泵在未达到调定值之前，是最大排量的定量泵，不存在开始恒功率的拐点。
而进入恒压工况后，原则上可以根据系统的需要提供流量而保持压力不变。
3）恒压变量泵是在达到泵本身的设定压力后才开始变量,此时流量下降成陡线下降.恒功率变量泵是几乎全压力阶段都在变量,基本保证输出的功率恒定在一定范围内,但是在泵设定的功率范围内,压力上升,流量是全流量输出,当超过这个压力,流量开始下降,以保证输出功率恒定(这也就是说在低于额定功率时,实际使用功率不是恒定的).还有电控变量泵,它的变量曲线由电控部份决定,与实际压力无关.不管如何,电机与油泵的功率匹配,是必须考虑的.4）恒压泵更重要的一点是：在压力不变的情况下更节约能源。
恒功率泵是能根据负载变化改变运动速度，也主要用于这种负载变化要求速度能变化的情况。
5）1）一般情况下，固定工业液压选用恒功率的案例较少，多数是行走机械（工程机械）动力是发动机的，为了充分利用功率，选用恒功率泵的情况较多。
当然天下之大，不能一概而论。
6）对于一个在反复循环过程中，或者随机操作过程中，压力与流量两个参数都有比较大差异的系统，人们往往采用“一把钥匙开一把锁”的模式灵活处理。
工程机械液压系统的控制方式
工程机械液压系统的控制方式引言工程机械在连续作业中，其作业负荷的变化比较大。
例如，推土机在作业时，作业负荷会从0变到无穷大，在这种情况下，发动机为了满足大负荷下的动力要求以及小负荷下的经济要求，就必须对其所输出的功率进行调整。
同时，工程机械在操作过程中，一般需要协同作业。
例如，在挖掘机进行装车作业时，动臂、斗杆、铲斗和回转需要协同作业，因而需要对工程机械的传动和控制系统做出调节，使其驱动部件的位置，满足速度需求。
此外，在工程机械工作中，机械被要求既能够进行大功率输出，也能够进行精细化动作。
比如，起重机在进行吊重时，要做到大功率输出，在吊装时，又要实现微动作。
综上所述，工程机械的传动和控制系统需要具有良好的动力性、经济性、和调速性。
1工程机械的液压传动与控制系统分析液压系统在获得能源时，需要将发动机输出的机械能在液压泵的作用下转化为液压能。
液压泵输出的能量，会受到液压阀的调节和分配。
系统的压力、流量和方向也会受到液压阀的调节和控制。
此外，液压阀还可以对功率支流的绝对值和相对值进行控制。
在机械能转化为液压能后，液压马达和液压缸又会把液压能转化为机械能，以达到操作机械工作的目的。
如果要实现对工程机械的动力、节能、和作业效率的控制，就需要通过调节液压泵的排量和发动机的转速以及控制阀的开度来实现。
2液压系统的功率控制方式分析压力和流量是液压系统的功率形式，液压功率用公示可以表示为:P0=pq/60，在式中，P0为液压功率;p为液压系统压力;q为液压系统流量。
液压系统工作时，负载的大小决定了其压力的大小，因此压力不是其液压系统固有的参数，压力是载荷的一种反应，而真正能够对液压系统功率起到控制的是液压系统的流量。
因此，下面分别从液压泵和液压阀的流量控制来进行分析。
液压泵流量公式:q0=V．n，式中q0为液压泵流量;n为液压泵输入转速;V为液压泵排量。
要改变机械的速度，就要改变其流量，而从公式中可以得知，流量的改变可以由改变液压泵的排量和转速来控制。
基于功率协调控制的液压挖掘机节能系统研究
2007年第26卷2月第2期机械科学与技术Mechanical Science and Technol ogyFebruaryVol.262007No.2收稿日期:20051008基金项目:国家863项目(2003AA430200)资助作者简介:何清华(1946-),男(汉),湖南,教授,博士生导师,cyh_100@何清华基于功率协调控制的液压挖掘机节能系统研究何清华,郝 鹏,常毅华(中南大学机电工程学院,长沙 410083)摘 要:在分析发动机工作特性的基础上,根据负载变化的多样性与复杂性,提出了恒功率与变功率相结合的控制策略,通过节能控制器对发动机和泵进行控制,使发动机2泵2负载达到良好匹配。
并在液压挖掘机试验样机上进行试验。
试验结果表明,采用该控制策略后,缩小了发动机随负载的变化范围,提高了燃油利用率和整机效率,提高了系统的响应速度,达到较好节能效果。
关 键 词:液压挖掘机;恒功率;变功率中图分类号:U270 文献标识码:A 文章编号:100328728(2007)022******* Energy2s avi n g Syste m for a Hydrauli c Excavator Based on the Matchi n g of Const ant Power and Vavi a ble PowerHe Q inghua,Hao Peng,Chang Yihua(College ofM echanical&Electrical Engineering,Central South University,Changsha410083)Abstract:After analyzing the working characteristics of an engine and in light of the diversity and comp lexity of its l oad variati ons,the paper p r oposed a contr ol strategy that combines constant power with variable power.The strate2 gy used an energy2saving contr oller t o contr ol the engine and the pump,thus achieving the good matching of the en2 gine,the pu mp and l oad,an ex peri m ent on which was carried out using a p r ot otype of hydraulic excavat or.The ex2 peri m ental results show that the contr ol strategy adop ti on reduces the variati on range of the engine as it varies with that of the pu mp,raises the fuel utilizati on rate and the efficiency of the whole hydraulic excavat or,quickens its re2 s ponse s peed and p r oduces a better energy2saving effect.Key words:hydraulic excavat or;constant power;variable po wer 液压挖掘机是功能最典型、结构最复杂、用途最广泛的工程机械之一,作为工程机械的代表产品,它在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、矿山采掘以及军事工程等施工中起着极为重要的作用[1,2]。
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工程机械，２００１（８）范围非常广泛，不但要从设备上提供保障，技术上不收稿日期１引言目前，国产工程机械的能量利用率都比较低，以液压挖掘机为例，总的能量利用率仅为２０％左右，因此节能一直是工程机械的重点研究课题。
造成工程机械能量利用率低的主要原因之一是：负载工况的变化，泵与发动机不能保持良好的匹配，使发动机不能在最佳工作点或最佳工作区运行。
因此，在变负载工况下，实现泵与发动机的匹配是提高工程机械能量利用率的有效途径。
本文论述了工程机械最佳工作点的概念，提出了根据不同作业需求设置不同输出模式的观点，探讨了泵与发动机的匹配机理及其实现，对理解和设计工程机械节能控制系统，提高生产效率和经济效益，都具有意义。
２发动机的最佳工作点图１是发动机的工作特性图。
曲线ＡＢＣＤ是发动机的全负载速度特性，斜线１、２、３、４为不同油门位置时的调速特性。
Ａ点、Ｂ点、Ｃ点和Ｄ点分别是对应的最大功率输出点。
因为一个油门位置X 对应一个最大功率输出点，所以最大功率N m （M ，I ）是油门位置的函数，即N m (M,I >=f 1(X >（１）所以只要调节油门的位置，就可选择不同的功率模式。
发动机在工作时，其所受的扭矩M 为自变量，M 的大小取决于后接负载的大小，而发动机转速I 是因变量，所以I ＝f ２（M ）（２）因为发动机正常工作时，后接负载往往低于该油门位置时的最大负载，所以发动机正常工作时往往工作在调速特性段，而调速特性段的功率低于该油门位置时的最大功率（图中N R !N ），因此发动机在正常工作时其效能往往未能得到充分发挥。
要想得到最大的工作效率，发动机应始终工作在最大功率点。
但是负载有轻重之分，在轻负载时，并不需要用足发动机的全部功率，所以需要区分负载的轻重，设定不同的功率模式。
在不同的油门位置下，虽然都可以工作在最大功率点，但是在有些最大功率点（如图１中的Ｂ、Ｃ、Ｄ点）抗过载能力很差，容易导致发动机熄火。
所以在不同油门位置下，最大功率点的设定应如图１中的Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ点，使得在每一个最大功率点都留有一定的过载余量（如δM =M D -M G ），而不至于导致发动机熄火。
δM 大小视不同油门位置时的具体工作特性而定，其趋势如图１中的ＡＥＦＧ曲线，因此浙江大学流体传动及控制国家重点实验室彭天好杨华勇傅新!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!"摘要本文讨论了发动机最佳工作点的概念，提出了根据负载情况和作业需求来设定最佳工作点的观点，探讨了泵与发动机的匹配机理及其实现，对理解和设计工程机械节能控制系统，提高生产效率和经济效益，都具有一定意义。
关键词：最佳工作点功率匹配生产效率３７——液压·液力实际工作时设定的最大功率点应落在ＡＥＦＧ曲线上。
但是另一方面，发动机工作在最大功率点处耗油并不最省。
由发动机的万有特性知道，当等功率线与等燃油消耗率线相切时的工作点为最佳节能点。
发动机在最佳节能点处工作时，完成相同的作业量，其油耗最小。
但最佳节能点处输出功率并不最大，所以最佳节能点落在调速特性段，见图１中的Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ点。
由最佳节能点连成的线即为最佳节能线，即ＳＴＵＶ曲线。
不同的油门位置对应不同的最佳节能点，所以最佳节能点g （M ，I ）也是油门位置X 的函数，即g （M ，I ）＝f ３（X ）（３）从上面的分析中可得到如下结论：（１）要根据负载的轻重来设定不同的功率预选模式，即选择不同的油门位置；（２）一定的油门位置对应一定的最大功率点和一定的最佳节能点；（３）最佳工作点应设定为最大功率点或最佳节能点，最大功率点的设定应落在ＡＥＦＧ曲线上；（４）最佳工作点究竟取最大功率点还是最佳节能点，要视作业需求而定。
当追求在单位时间内的最大作业量，即生产效率时，应选择最大功率点为最佳工作点（图１中Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ点）；当追求在单位时间内完成相同的作业量而最节省燃油时，应以最佳节能点为最佳工作点（图１中Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ点）。
在微机节能实现中（见本文第４部分），是采用输出模式来选择最佳工作点的。
３泵与发动机的功率匹配原理发动机的输出功率N e （单位：ｋＷ）为：N e :π3000·M e ·I e （４）式中M e —发动机的扭矩，Ｎ·ｍ；I —发动机的转速，ｒ／ｍｉｎ；泵的输出功率N J （单位：ｋＷ）为：N J ＝P J ·0J ６０＝P J ·g J ·I e ６００００＝π·M J ·I e ３０００（５）式中M J -泵的吸收扭矩，Ｎ·ｍ；P J -泵出口压力，ＭＰａ；0J -泵出口流量，Ｌ／ｍｉｎg J -泵的排量，ｍＬ／ｒ；其中M J 为：M J ＝P J·g J２π（６）由传动关系知，N J 与N e 又满足：N J ＝N e ·η1·η2（７）式中η1-泵与发动机之间的传动效率，泵与发动机直接连接时取为１；η2-泵自身的效率，对高性能柱塞泵，可取为０．９５。
将（４）式、（５）式和（６）式代入（７）式得：M J :P J ·gJ 2π0.95M e （８）当发动机期望工作在某一最佳工作点时，其输出扭矩为一常值，所以泵与发动机功率匹配关系式可以表示为：M J =P J ·g J ＝０．９５M e ＝常值（９）因此，当负载P J 变化时，通过调节泵的排量g J 使得泵的输出扭矩不变，就实现了泵与发动机之间的功率匹配，发动机的转速为设定的最佳工作点处的转速。
从而得出结论：当发动机在设定的最佳工作点运行时，欲实现泵与发动机匹配，则要求泵具有恒扭矩特性，见图２所示。
图!发动机工作特性图图"功率匹配泵的P —g 特性液压·液力虽然传统的恒功率泵在其恒功率区段也能实现泵与发动机的匹配，但传统的恒功率变量泵是靠不同的弹簧组合来近似实现恒功率的，因而具有调节不方便，有误差等不足。
而当采取微机控制时，只要保证变量泵具有恒扭矩特性，就能实现泵与发动机的精确匹配，而且调节方便，可以满足不同功率模式的要求。
４泵与发动机匹配的实现下面以浙江大学流体传动及控制国家重点实验室所建的节能实验台为例，介绍泵与发动机匹配的实现方案（如图３所示）。
功率模式按负载大小分重载、中等负载和轻载模式，分别对应Ｈ模式、Ｅ模式和Ｌ模式，它们分别占发动机总功率的１００％、８５％和７０％。
当机器不工作时，功率模式为怠速模式（Ｉ模式）。
每一种功率模式对应一定的油门位置，Ｈ、Ｅ、Ｌ、Ｉ模式分别相应于图１中１、２、３、４油门位置。
输出模式选择是指在某一油门位置时选择哪一类最佳工作点。
当选择Ｇ模式，则是最大功率输出模式；当选择Ｊ模式，则是最节省燃油模式。
当设定好某一功率模式后，控制器就输出与之相应的电压信号，经电压电流转换，比例电磁铁及中间机构带动发动机的调速拉杆移动一定的行程Ｓ，经发动机内部的电控系统控制喷油泵的喷油量，即选定了一定的油门位置!。
对应某一功率模式控制器输出控制信号的大小由发动机实验标定得到。
在设定了功率模式和选择了输出模式后，则选择了最佳工作点（"ｏ、#ｏ）。
由２、３部分知，当泵与发动机匹配时，发动机在最佳工作点运行，泵具有恒扭矩特性。
在图３中，电液比例排量变量泵的恒扭矩特性是根据不同的负载工况，控制器输出不同的电信号以改变变量泵的转角α，从而改变泵的排量$ｂ。
因为转速易于检测，所以常采用“转速感应控制”来实现泵与发动机的匹配。
“转速感应控制”框图见图４所示。
将功率模式、输出模式和最佳工作转速作为二维表格（见表１）存储在计算机中。
当设定好功率模式和输出模式后，经查表便得到一最佳转速#ｏ，以#ｏ作为目标转速，与实测转速#ｅ比较形成偏差δ#（即图４中的δｕ），再由控制器输出控制信号经电液比例阀调节泵的排量$ｂ，从而调节泵的扭矩和发动机的转速#ｅ。
当机器不工作时，为实现泵与发动机的匹配，图!泵与发动机匹配实现方案框图图"转速感应控制框图液压·液力功率模式W功率模式点功率n OHE L Gn HG n EG n LG 功率模式J Jn HJ n EJ n LJ泵的排量要调到最小，且发动机油门要自动变换到怠速油门位置，其实现原理也见图３所示。
在泵出口接一压力继电器，当泵出口压力低于设定的最小压力时，压力继电器输出开关电信号。
开关电信号分成两路，一路直接接控制器，控制器接收到此信号后便发出控制信号ｕ２以使得变量泵的排量调到最小值，另一路经延时继电器延时４秒后作为自动怠速信号使得怠速模式Ｉ有效，控制器发出选择怠速油门位置的控制信号，因而发动机自动变换到怠速油门位置。
５结束语以上讨论了工程机械最佳工作点的概念，提出了根据不同作业需求设置不同输出模式的观点，探讨了泵与发动机的匹配机理，并介绍了泵与发动机匹配的实现，对理解和设计工程机械节能控制系统，提高生产效率和经济效益，都具有较大意义。
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