淺議中鴻FT20A多級功率型裝載機

任娜　王金華

摘 要 為解決裝載機優先負荷傳感轉向液壓系統存在較大功率損失的問題，青島中鴻礦業技術有限公司基于該系統的消化理解，并結合實際情況，開發了基于優先負荷傳感的多級合流控制系統即多級功率系統，取得了良好的市場反響和較好的經濟社會效益。本文從原理分析方面對系統節能和性能特色進行了解讀，對后續工程機械節能產品開發有一定的借鑒意義。

關鍵詞 裝載機 節能 多級功率

中圖分類號：TH243 文獻標識碼：A

0前言

裝載機整機結構比較復雜，轉向系統是重要的主要組成部分。轉向系統與整機動力系統和傳動系統是否能夠匹配，與整機的性能存在顯著聯系。傳統的設計方案下，轉向系統流量按照怠速即能滿足正常的作業使用要求，就造成了高負荷下優先閥壓損高，能量利用率低的問題。對其進行優化設計，是解決上述問題的主要途徑。

中鴻FT20A多級功率轉向系統，原理圖如下（見圖1）：

其中，P1泵為轉向泵，P2泵為輔助泵，P3泵為工作泵。油液流向如下：

（1）方向盤高速轉向時（尤其是發動機怠速時），轉向泵（P1）和輔助泵（P2）經流量轉換閥合流供轉向器。

（2）轉向器中速轉動時，流量轉換閥根據轉向器P口壓力和LS口反饋壓力，按需優先滿足轉向系統流量后，轉向泵（P1）和輔助泵（P2）的多余流量合流至工作系統。

（3）不轉向時，轉向器P口壓力和LS口作用在流量轉換閥閥芯兩端的壓差最大，閥芯處在最左端，轉向泵（P1）和輔助泵（P2）向工作系統供應流量。

（4）卸荷閥裝在合流管路上，設定壓力16～16.5Mpa，低于這個壓力，可以正常合流，高于這個壓力P1和P2泵低壓卸荷。

1轉向輕便

分析計算：發動機怠速N（r/min）：800， 轉向泵流量Q（L/min）： 多級功率合流系統31.5， 雙泵合流系統50.5； 開關泵流量Q1（L/min）：多級功率合流系統31.5； 轉向器排量q（ml/r）：800。以上按FT20A發動機怠速時轉向速度計算。

已知：FT20A轉向油缸缸徑為 90mm，桿徑為 45mm，行程為360mm。

整車由左側打轉向到最右側所需流量為Q：

Q=[*902+*（902452）]*360=4007887mm3=4.007L

因此FT20A整車從左側打轉向到最右側需方向盤轉數

n==5r

（1）雙泵合流FT20A系統：整車從左側打轉向到右側所需時間t1==0.079min

此時雙泵合流ETX955整車方向盤轉速為n1==63 r/min

（2）多級功率合流FT20A系統：整車從左側打轉向到右側所需時間t2=0.064min

此時多級功率合流ETX955整車方向盤轉速為

n2==78.6 r/min

因此，相同整車配置情況下發動機怠速時，多級功率合流系統方向盤極限比雙泵合流系統高15.6r/min，提升約25%。計算數據與實測值相符。

2節能

設定工況及計算

V型作業模型（見圖3）：

此工況針對上述兩種液壓系統型式，主要差別在于慢轉向時多級功率系統能量損失小，對于正常的工作模式下操作不太激烈的駕駛員：

2.1整機參數（2000rpm降轉速機型）

發動機轉速n1（r/min）： 1500（中度油門）（多級功率合流系統及雙泵合流系統）；轉向圈數n（r/min）：30（多級功率合流系統及雙泵合流系統）；轉向泵出口平均壓力P（MPa）：7.5（多級功率合流系統及雙泵合流系統）；轉向泵流量Q（L/min）：59（多級功率合流系統），95（雙泵合流系統）；開關泵流量Q1（L/min）：59（多級功率合流系統）；轉向器排量q（ml/r）：800（多級功率合流系統及雙泵合流系統）。整機參數（2000rpm降轉速機型）

備注：平均中度油門1500為估計數值，工作區間轉向泵出口壓力7.5Mpa數據取自載荷譜。

2.2理論計算

2.2.1多級功率合流系統

當轉向圈數為30r/min時，轉向實際所需流量Q2：Q2=q*n*0.001=24L/min

此時轉向泵功率損失W1：W1=（Q- Q2）*P/60= 4.35（kw）

當轉向圈數為50r/min時，轉向實際所需流量Q3：Q3=q*n*0.001=40L/min

此時轉向泵功率損失W2：W2=（Q- Q3）*P/60= 2.4（kw）

2.2.2雙泵合流系統

當轉向圈數為30r/min時，轉向實際所需流量Q2：Q2=q*n*0.001=24L/min

此時轉向泵功率損失W1：W1=（Q- Q2）*P/60= 8.85（kw）

當轉向圈數為50r/min時，轉向實際所需流量Q3：Q3=q*n*0.001=40L/min

此時轉向泵功率損失W2：W2=（Q- Q3）*P/60= 6.9（kw）

2.3對比數據

通過上述計算，功率損失對比如下：轉向速度-30r/min：4.35（多級功率合流系統），8.85（雙泵合流系統）；轉向速度-50r/min：2.4（多級功率合流系統），6.9（雙泵合流系統）。備注：多級功率系統功率損失較雙泵減少4.5kw

2.4燃油消耗量計算

參考V形作業工況時間存在輕微轉向的時間段約為60%：

G=R*W*t

R：燃油消耗量，200g/kw·h

W：功率（kw） t：時間（h） ：油泵機械效率

G=200*4.5*0.6/0.8=675g

換算為體積V=675*0.001/0.85≈0.794（L）

按照常規5t機型一小時耗油量為15升計算其節油率：

省油率=0.794/14≈5.3%

2.5實際試驗驗證

油耗（升/小時）：14.37（雙泵合流系統），13.498（多級功率合流系統）；油耗（升/百噸物料）：4.65（雙泵合流系統），4.04（多級功率合流系統）；節能效果（小時油耗節油率）： 比雙泵合流↓6.1%（多級功率合流系統）；節能效果（百噸物料節油率）： 比雙泵合流↓13.1%（多級功率合流系統）。

備注：兩種試驗中試驗車為同一臺車（FT20A加長臂），試驗時間間隔不大，相似環境溫度及工況相同，與理論計算趨勢相符，至于噸物料節油效果明顯，下面進一步說明。

3復合工況掘進力大，效率高

復合掘進工況指同時收斗（過載）時向前牽引，這時候多級功率系統（確切的說是等值卸荷閥）將開關泵和轉向泵卸荷，相比相同配置的雙泵合流系統，有100ml/r的高壓油離開工作循環，即約215Nm的扭矩被釋放，聯合工況點從A轉移到B，抑制了發動機調轉（見圖2）。

通過動力匹配曲線可以簡略得出，復合工況下發動機轉速可以由1600rpm提高到1960rpm左右，實際牽引力增加了52KN（5t多）（見圖4）。

通過上述分析力看出，整機作業于重載工況鏟掘或舉升突然憋壓時，由于多級功率合流系統配置等值卸荷閥，可將多余流量卸載，發動機掉轉被抑制，牽引力提高約52KN，對整個作業效率的提高是不言而喻的。

參考文獻

[1] 雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學出版社，1998.