液压挖掘机在工作过程中,发动机与液压泵一般通过弹性联轴器连接,若不考虑连接时的功率损失,泵的输入功率应始终等于发动机的输出功率,这时发动机与液压泵的功率是匹配的。实际上,发动机与液压泵很难实现始终匹配,首先,由于气压、环境温度,柴油质量等不同,发动机实际输出功率都会有所变化,即同样的油门,发动机输出功率是变化的。其次,在挖掘机实际工作中,发动机调速手柄位置是操作人员根据经验和作业任务的轻重来设定的。调速手柄位置一旦设定,在一定作业范围和时间内,操作人员一般不去改变其大小。
然而,在挖掘机的一个作业循环内的负载是不一样的,即使只在挖掘过程中,土壤的切削阻力也会发生急剧的变化,因面对液压泵输出功率的需求也不一样如果液压泵处于轻载状态,则不能完全吸收发动机的功率,势必造成能量的浪费;如果液压泵处于超载状态,将会引起发动机转速急剧下降,造成发动机工作不稳定和过热,虽然恒功率变量泵的流量能随负载的变化而变化,但这是在发动机发出的功率与泵吸收的功率相平衡(恒功率)的前提下的调节。
可见,在实际操作时,发动机和液压泵的功率无法实现完全始终匹配,造成上述问题的原因是发动机输出功率和液压泵的消耗功率无法随着工况的变化面实时调整,尤其在额定功率点附近,有时因发动机特性的变化面超载,造成转速急剧下降,直至熄火,因此,对于传统的变量泵系统,在挖掘机的功率匹配设计时,液压泵的功率曲线在任何负载情况下都必须低于发动机的功率曲线,一般为发动机的85%左右,以防发动机超载失速及过热而影响挖掘机工作,即使这样,由于挖掘机在实际使用过程中受不确定性因素影响太多,仍然经常存在超载失速和过热等故障现象,影响了整机的性能。
为了解决发动机和液压泵实时功率匹配问题,现代挖掘机采用了功率模式控制系统来实现发动机功发率动与机液压功泵率功模率式的控实制时系匹统配由发泵动、机控功制率器模,电式子控油制门系系统统的等原部理分的电比例调节液压泵实际上就是在恒功率变量泵上加装一个电液比例减压阀而形成的。电液比例减压阀的输入来自先导油路,电液比例减压阀输出的二次压力油加至排量调节液压缸一端。通过调节电液比例减压阀的电流大小,进而调节电液比例减压阀液压油的二次压力,实现对液压泵功率的调节,形成不同的泵功率特性曲线。液压泵与发动机共同工作的工作点不再单一地沿某条特性曲线变化,而是扩展为面工况,液压泵的实际功率调节曲线是根据发动机功率模式设定,由控制器进行实时调节,以保证液压泵的功率与发动机功率的实时匹配。
同时检测发动机转速信号和反映油门实际位置的油门位置信号,根据控制要求、控制算法,输出控制信号,通过油门控制器控制油门,调节发动机转速;通过电液比例阀调节液压泵输出功率,使发动机输出转速及液压泵输出功率符合操作人员设定要求,实现发动机与液压泵的功率匹配。在工作过程中,液压泵控制器始终监测发动机负载变化的转速信号,并根据变化情况控制电子油门及电液比例阀,使发动机的功率和液压泵功率实现动态匹配,并符合操作人员设定要求。
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