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 02-0182-04

Matching between engines and hydraulic cranes

W 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,China

Abstract :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 .