多路閥與變量泵恒功率-負(fù)流量控制機(jī)理研究

秦娟娟 楊小波 竇建明 解 號(hào)

（1.蘭州工業(yè)學(xué)院，蘭州 730050；2.蘭州石化設(shè)備維修公司，蘭州 730060）

1 研究背景

六通多路閥與交叉恒功率雙聯(lián)變量泵是挖掘機(jī)的核心液壓元件，多路閥與變量泵組合實(shí)現(xiàn)多種控制方式，有正流量控制、負(fù)流量控制、負(fù)載敏感控制、恒功率控制、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速敏感控制等節(jié)流技術(shù)，在工程機(jī)械上得到了廣泛應(yīng)用。多路閥、變量泵以及其他液壓元件組成的液壓傳動(dòng)應(yīng)用在起重機(jī)械、土方機(jī)械、樁工機(jī)械和混凝土機(jī)械等設(shè)備中控制執(zhí)行元件的動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的單獨(dú)動(dòng)作和復(fù)合動(dòng)作。多路閥同時(shí)提出了向變量泵提供流量控制信號(hào)，變量泵的排量與旁路回油上負(fù)流量控制壓力成負(fù)線性關(guān)系，組成多路閥與變量泵負(fù)流量—恒功率變量控制液壓系統(tǒng)。因此，揭示多路閥與變量泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其主要參數(shù)對(duì)液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義，本文分析六通多路閥與變量泵實(shí)現(xiàn)恒功率-負(fù)流量控制機(jī)理，為其恒功率-負(fù)流量控制動(dòng)靜態(tài)特性的研究提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

2 六通多路閥和變量泵的結(jié)構(gòu)及其控制機(jī)理

圖1為多路閥與變量泵恒功率-負(fù)流量系統(tǒng)原理圖，變量泵為恒功率控制泵，六通多路閥閥芯上開有節(jié)流槽，節(jié)流槽移動(dòng)和閥體相對(duì)位置可控制通過(guò)閥口流量的大小，通過(guò)閥芯的中心結(jié)構(gòu)可更好地與變量泵中的伺服控制閥相連。變量泵與多路閥組成負(fù)流量—恒功率變量控制液壓系統(tǒng)。

圖2為變量泵的結(jié)構(gòu)，整個(gè)泵裝置是斜盤式軸向柱塞變量雙泵。雙泵由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)變量泵串聯(lián)在一起，共用一個(gè)閥體。每個(gè)變量泵分別由伺服控制閥、負(fù)流量控制柱塞、恒功率控制柱塞、伺服變量活塞等部件組成。

圖3為恒功率變量泵中一個(gè)變量泵的壓力—流量特性曲線圖。圖3中ps為負(fù)流量控制壓力，qps為泵在負(fù)流量控制階段的輸出流量；pd為泵出口壓力，qm為泵在最大排量狀態(tài)下的輸出流量；qpd為泵在恒功率（近似）控制階段的輸出流量；ps–qps曲線(ABGH段)表示泵的負(fù)流量控制壓力與泵輸出流量關(guān)系。

兩個(gè)變量泵上各裝有一個(gè)調(diào)節(jié)器，每個(gè)調(diào)節(jié)器由伺服控制閥、伺服變量活塞、恒功率控制柱塞和負(fù)流量控制柱塞等部件組成。變量泵Ⅰ出口的油液壓力同時(shí)作用于伺服活塞3的小腔、伺服閥的P口、恒功率控制柱塞7的臺(tái)階和恒功率控制柱塞8的柱塞環(huán)形面上。變量泵Ⅱ出口的油液壓力同時(shí)作用于伺服活塞4的小腔、伺服閥的P口、恒功率控制柱塞8的臺(tái)階和變量泵Ⅰ調(diào)節(jié)器中恒功率控制柱塞7的柱塞環(huán)形面上。調(diào)節(jié)器可控制泵的排量，如圖3壓力—流量特性曲線中的曲線CDE段，泵在變量中實(shí)現(xiàn)恒功率控制。圖3中的ABMN段，當(dāng)多路閥均處于中位時(shí)，變量泵輸出的壓力油液通過(guò)開中心結(jié)構(gòu)的多路閥中位和多路閥中位出口處的阻尼孔流回油箱，因回油箱的流量最大，使得油液進(jìn)入阻尼孔前液阻增大，產(chǎn)生較大的控制壓力，控制壓力增大作用在伺服變量活塞上使泵的輸出流量減小（MN段）。

圖1 多路閥與變量泵恒功率-負(fù)流量系統(tǒng)原理圖

變量泵的交叉恒功率控制由調(diào)節(jié)器中的伺服控制閥、恒功率控制閥和負(fù)流量控制閥共同作用，根據(jù)兩個(gè)泵的出口壓力p1和p2疊加自動(dòng)改變泵的斜盤擺角，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)輸入功率為恒功率。當(dāng)操縱手柄操縱整體式多路閥的某個(gè)閥芯移動(dòng)時(shí)，進(jìn)油閥口面積增大，而回油路的閥口逐漸減小至最終關(guān)閉，在此過(guò)程中負(fù)流量阻尼孔前的控制壓力ps1、ps2隨著回油路閥口的逐漸減小而下降，泵輸出的油液流量又由最小增至最大，如圖3中的NMBA。

圖2 交叉恒功率變量泵

圖3 變量泵壓力-流量特性曲線

當(dāng)變量泵Ⅰ出口壓力P1或變量泵Ⅱ出口壓力P2降低時(shí)，作用在恒功率控制柱塞6（7）的柱塞臺(tái)階和環(huán)形面上的液壓力減小，在控制柱塞右端彈簧彈簧力的作用下，伺服控制閥閥芯右移，伺服控制閥切換至右位工作，伺服活塞大腔與回油接通，泵出口的壓力油進(jìn)入小腔，伺服活塞在小腔液壓力作用下左移，帶動(dòng)泵斜盤擺角變大，排量變大。當(dāng)變量泵Ⅰ出口壓力P1或變量泵Ⅱ出口壓力P2降低時(shí)，作用在恒功率控制柱塞6（7）的柱塞臺(tái)階和環(huán)形面上的液壓力增大，克服彈簧彈簧力作用，伺服控制閥閥芯左移，伺服控制閥切換至左位工作，伺服活塞大腔與伺服閥的A口接通，壓力油進(jìn)入大腔，活塞左右兩端壓力相等，在左端作用面積大的油壓下，伺服活塞向右移動(dòng)，帶動(dòng)泵斜盤擺角變大，排量變大。

負(fù)流量控制可減少操作控制閥在中位時(shí)泵的流量，泵的流量隨司機(jī)操作多路閥節(jié)流口大小有關(guān)，這樣改善調(diào)速性能，避免了無(wú)用能耗。當(dāng)多路閥位于中位時(shí)，負(fù)向流量控制壓力ps1（ps2）最大，通過(guò)作用在負(fù)流量控制柱塞大腔，在液壓力作用下克服彈簧力推動(dòng)柱塞向右移動(dòng)，伺服閥切換至左位工作，壓力油液進(jìn)入伺服閥的P口，經(jīng)A口流出進(jìn)入伺服活塞的大腔，在伺服活塞大小面積差的作用力下，推動(dòng)伺服活塞向右運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)泵的斜盤擺角減小，排量變小。

3 結(jié)論

通過(guò)分析變量泵的負(fù)流量控制壓力-流量特性、交叉恒功率控制壓力-流量特性以及泵最大排量的壓力-流量特性得工作機(jī)理，為動(dòng)靜態(tài)特性的研究提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。操縱手柄帶動(dòng)多路閥閥芯移動(dòng)，手柄的操縱速度決定多路閥閥芯節(jié)流口的開度，進(jìn)而決定回油路回油量的大小，在變量泵的負(fù)流量控制柱塞能夠使通過(guò)阻尼孔孔流量產(chǎn)生的控制壓力ps調(diào)節(jié)變量泵的輸出流量。多路閥節(jié)流口開度越小，負(fù)流量控制壓力ps越大，泵的輸出流量越小；反之亦然。變量泵中的伺服閥芯和恒功率控制柱塞保證泵的輸出功率理論上不受負(fù)載影響，而維持恒定。