[分享]油泵解决液压挖掘机功率优化电控系统的设计

液压挖掘机能量的总利用率一般仅为20%左右，能量损失巨大，因而节能技术便成为衡量液压挖掘机先进性的重要指标。目前国外的技术大多是采用电子功率优化系统，对发动和丹尼逊液压油泵系统进行综合控制，使二者达到最佳匹配以获得节能效果。该系统由单片机控制的无级调速的电控油门和电磁比例阀使挖掘机的机电一体化程度大大提高。可以根据发动机负荷的变化，由微处理器控制调节丹尼逊液压泵所吸收的功率和油门的开启度，使发动机始终保持在额定转速附近以全功率投入工作；同时电控油门还可以使发动机转速在很大的范围内任意设定。由此电控系统控制的挖掘机工作性能将会更稳定，操作起来更加精细，平滑可靠，没有冲击感，能量利用率更高，更节省燃料，节能效果自然更明显。另外，还可实现对发动机转速的实时监控及自动怠速、自动升速和自动稳速等的控制功能。

丹尼逊 Denison油泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。靠气压供油的液压油箱，在每次启动机器后，必须等液压渍箱达到使用气压后，才能操作机械。直轴斜盘式柱塞泵分为压力供油型的自吸油型两种。压力供油型液压泵大都采用有气压的油箱，也有液压泵本身带有补油分泵向液压泵进油口提供压力油的。自吸油型液压泵的自吸油能力很强，无需外力供油。对于自吸油型柱塞泵，液压油箱内的油液不得低于油标下限，要保持足够数量的液压油。液压油的清洁度越高，液压泵的使用寿命越长。

1电控系统主控对象

液压挖掘机功率优化电控系统的设计

丹尼逊 Denison油泵具有工作压力高，,如降低工作压力的使用，还可以延长油泵的工作寿命！容积效率高，由此可以提高生产率，减少发热和降低液压设备的运行成本。机械效率高，从而减少了能量的消耗。转速范围宽，转速范围是600---2800rpm，可以优化工作状态，降低噪音。抗污染能力强，采用的是双唇结构的叶片，具有极强的抗污染能力，使用寿命长。

液压挖掘机主要由工作装置、转台和行走装置三部分组成，它的半臂铲挖动作、驾驶室转动动作和行走动作都是在液压系统的油缸和马达的驱动下完成的。而液压系统的油源又是由发动机带动的液压油泵提供的，因此发动机和液压油泵就是液压挖掘机整车的动力源，功率优化控制系统的主控对象也就是发动机和液压油泵。这里配置的发动机是康明斯柴油发动机；而丹尼逊液压油泵则是斜盘式丹尼逊柱塞变量泵

斜盘式柱塞变量泵的排量和流量可以通过改变斜盘倾角来改变。柱塞泵的斜盘前后有两根耳轴支承在变量壳体的两个圆弧导轨上，斜盘可以耳轴中心线为轴心摆动，使倾角改变。斜盘中部装有销轴，其左侧球形端部插入变量活塞的孔内。当变量活塞顶部的负载变大超过弹簧弹力时，变量活塞会向下移动，使斜盘倾角变大，泵的流量就会变大，液压泵吸收的发动机的功率也会跟着变大。只要能控制好液压油泵变量活塞所受压力的大小就可以控制液压油泵的吸收功率。丹尼逊油泵又是一种既轻便又紧凑的泵，提出了一种具有一个由含铝材料制成的外壳的油泵和设置在该外壳中的可运动的模制件，其中，该可运动的模制件至少部分地由一种可烧结的、至少包含一种奥氏体的铁基合金的材料制成。

2电控系统控制原理

2．1对发动机转速控制

柴油机基本上是恒扭矩调节的，其输出功率的变化表现为输出转速的变化，即不同的油门开度对应着不同的柴油机输出转速，也就是说我们可以通过对油门开度大小的控制来实现对发动机输出转速的控制。门开度大时，喷油泵有效供油行程大，循环供油量大，发动机转速提高；反之，转速就低。只要我们能使油门开度微动调节，供油行程一点一点变化，就可对发动机进行无级调速。丹尼逊油泵具有工作压力高，,如降低工作压力的使用，还可以延长油泵的工作寿命！容积效率高，由此可以提高生产率，减少发热和降低液压设备的运行成本。

2．2对液压油泵的控制

由柴油机的外特性曲线还可以看出，当喷油泵的油门拉杆处于某一位置时，柴油机的输出扭矩随转速变化的特性曲线很平坦。这种特性对柴油机的工作是很不利的，当柴油机的负荷有较小变化时，其转速就会发生很大的变化。所以发动机在驱动工作机械时，只有当它的输出扭矩与工作机械的阻力相等，发动机才可以稳定工作。如阻力矩超过发动机的输出扭矩，发动机转速将下降；反之，则升高。

2.2.1对超负荷运行状态的控制液压挖掘机在施工作业中，如遇到坚硬结实的地面时，铲挖阻力大，工作负载变大，执行元件动作变缓，回油变慢，而丹尼逊油泵仍继续向系统供油，油缸内的油压急增，使系统压力过大，发动机的输出扭矩已小于这时的工作阻力，于是，发动机开始超负荷运转，转速迅速下降，甚至导致“熄火”。这时单靠拉大油门，硬性地使发动机转速升上去，溢流损失会很大，甚至会使油路因压力过大而漏油；还有一种情况是负荷特别重，油门已在最大位置，

为提高液压挖掘机的能量利用率并更好地节省燃料，采用功率优化电子控制系统对发动机和丹尼逊液压油泵系统进行综合控制，使二者达到最佳匹配。该系统主要由单片机、传感器、直流伺服电动机和电磁比例阀组成，其中电机可带动油门拉杆进退以调节油门的大小；电磁比例阀的开度又与油泵斜盘的变量活塞所受的控制压力有关，可通过对比例阀阀芯开度的调节来改变斜盘倾角，以达到控制油泵吸收功率的目的。该系统在控制机工作时，可通过对油门和丹尼逊油泵吸收功率的控制使发动机始终保持在额定转速附近，发挥最大有效功率，达到功率优化目的。