泵与发动机的功率匹配原理汇总

泵与发动机的功率匹配原理

发动机的输出功率：

ｎｅ=ｍｅ·ｎｅ/9 549 （1）

式中：ｎｅ——发动机输出功率（kw）

ｍｅ——发动机转矩（n·m）

ｎｅ——发动机转速（r/min）

泵的输出功率为：

ｎｂ＝ｐｂｑｂ/60＝ｐｂｑｂｎｂ/60 000 （２）式中：ｎｂ——泵的输出功率（kw）

ｐｂ——泵出口压力（mpa）

ｑｂ——泵出口流量（l/min）

ｑｂ——泵的排量（ml/r）

ｎｂ——泵的转速（r/min）

泵与发动机直接连接，有ｎｂ=ｎｅ。

由传动关系知，ｎｂ与ｎｅ又满足：

ｎｂ=ｎｅη １η ２（3）

式中η 1——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，泵与发动机通过分动箱相连时取为0.97 η 2——泵自身的效率，由于泵一般为变量柱塞泵，当泵的排量、转速、压力变化时，效率也随之变化，因此，泵的效

率值由供应商提供。

当发动机期望工作在某一最佳工作点时，其输出转矩为一常

值，所以泵与发动机功率匹配，有关系式：

ｍｂ＝ｐｂｑｂ/2π＝常值（4）

式中：ｍｂ——泵的吸收转矩n·m

因此，当负载ｐｂ变化时，通过调节泵的排量ｑｂ使得泵的输出转矩不变，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，则要求泵具有恒功率特性，图１所示。

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[disablelbcode] 恒功率泵可采用机械控制或微控器控制，机械控制的恒功率变量是靠不同的弹簧组合来近似实现恒功率的，在其恒功率区段能实现泵与发动机的匹配，但是有调节不方便、存在误差等不足。而当采取微控器（如ＭＣ控制器）控制时，能实现泵与发动机的精确匹配，而且调节方便。

２柴油机最佳工作点的选取

图２是发动机的外特性转矩曲线图，曲线ＡＢＣＤ是发动机的全负荷速度特性，斜线ＡＨ、ＢＩ、ＣＪ、ＤＫ为不同油

门位置时的调速特性。点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ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Ｎｍａｘ（Ｍ，ｎ）是油门位置ｘ的函数，即：

Ｎｍａｘ（Ｍ，ｎ）＝ｆ１（ｘ）（5）

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，其所受的转矩为自变量，转矩的大小取决于后接负载的大小，而发动机转速是因变量，所以：

ｎ＝ｆ２（Ｍ）６

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，所以发动机工作时往往工作在调速特性阶段，而调速特性段的功率低于该油门位置时的最大功率，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。

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２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２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δ Ｍ＝ＭＤ－ＭＧ，而不至于导致发动机熄火，δ Ｍ大小视不同油门位置时的具体工作特性而定，其趋势如图２中的ＡＥＦＧ曲线，因此实际工作时设定的最大功率点应落在ＡＥＦＧ曲线上。

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[DIS ABLELBCODE]

由图３的ＮＴ８５５－Ｃ２８０ＢＣⅢ柴油机外特性曲线可以看出（见图３中曲线２）：发动机飞轮转矩的增加会引起发动机转速的下降（掉速），当发动机转速下降至最大转矩点时?熏发动机输出转矩开始下降，此时发动机工作不稳定，转速急剧下降直至熄火，为了防止发动机熄火和充分利用发动机功率，只有及时减小液压泵的排量，降低发动机的负荷。从图３可以看出，只有当发动机工作在（１６００，１９００）r/min区段时即可兼顾发动机输出功率与转矩均在较大且比油耗最小状态

３泵与发动机匹配的实现

对于全液压推土机，泵与发动机匹配的实现，一般采用极限负荷调节法。由图１可以看出，由于变量柱塞泵具有恒功率

的特性，所以实现恒功率控制是一种最理想的状态。但在实际应用中，恒功率控制是非常难以实现的，比较成功的一种办法是实现发动机的恒转速控制。采用极限负荷调节法，使发动机工作在最佳转速范围内。

如图４，发动机９和变量泵４刚性联接在一起，变量泵４输出的高压油液经高压油管７使行走马达８旋转输出动力，输出的动力经减速后传给履带６。操作油门操纵杆１０，会同时拉动油门位置传感器１１产生电信号传给ＭＣ微控器５，所有信号可以通过仪表板１显示出来

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1.仪表板

2.转速传感器

3.行驶手柄

4.变量泵

5.MC微控器

6.履带

7.高压油管

8.行走马达

9.发动机10.油门杆11.油门位置传感器

当机器在铲掘工况时遇到大负荷，行走马达８的负载转矩增加；在行走闭式系统的流量、马达转速不变的情况下，马达的排量也会保持不变。但由于负荷的增加，高压油管７

内的压力就会升高。这样使得变量泵４的负载转矩增加，由于发动机９和变量泵４直接连接在一起，泵的负载增加导致发动机飞轮转矩增加。在负载的作用下，发动机转速下降。此时，ＭＣ微控器５根据由转速传感器２传来的信号，计算出此时实际转速与对应油门开度下的设定转速的差值Δｎ，经数据处理和ＰＩＤ运算后，调节变量泵４的比例阀电流，以减小变量泵４的排量而使其吸入转矩减小，由于负载的减轻，发动机转速回升；反之亦然。这样使发动机９工作在最佳转速范围内。

图５为极限负荷调节过程的原理图。

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４马达与泵的匹配

从理论上讲，马达与泵并无特殊的匹配关系。但是在推土机