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        混凝土泵車變量泵恒功率控制調(diào)試方法研究及應(yīng)用

        2021-07-01 04:39:50徐道雷施慶永蔣賀
        商品混凝土 2021年6期
        關(guān)鍵詞:混凝土泵液壓泵控制閥

        徐道雷,施慶永,蔣賀

        (徐州徐工施維英機械有限公司,江蘇 徐州 221004)

        0 前言

        液壓泵將機械能(轉(zhuǎn)速和牛圈扭矩)轉(zhuǎn)化為液壓能(流量和壓力)。柱塞液壓泵因其結(jié)構(gòu)緊湊、工作壓力高、易于變量控制和流量范圍大等優(yōu)勢,在混凝土泵車液壓系統(tǒng)中廣泛使用?;炷帘密囬_式液壓系統(tǒng)多采用斜盤式軸向變量泵。該變量泵具有壓力切斷、恒功率控制和電比例排量三種控制方式,其中恒功率控制優(yōu)先級僅次于壓力切斷控制。恒功率控制調(diào)定不好,直接導(dǎo)致混凝土泵車泵送功率不足,易堵管,也可能導(dǎo)致整機功率匹配不佳,影響整機可靠性和使用經(jīng)濟性。

        1 斜盤式軸向柱塞變量泵工作原理簡述

        某品牌斜盤式軸向柱塞變量泵原理如圖 1 所示,主要有以下部分組成:以電比例排量控制閥 1 為主,結(jié)合先導(dǎo)彈簧 4、先導(dǎo)柱塞 5 的電比例排量控制單元;以恒功率控制閥 11 為主,結(jié)合功率彈簧 2、功率設(shè)定柱塞3 的恒功率控制單元;以壓力切斷變量控制閥 10 為主的壓力切斷控制單元。三種控制單元可單獨控制,也可組合控制。主油泵 7 工作,液壓油從油箱中被吸入,進入液壓管路,帶有壓力的液壓油流經(jīng)管路和控制閥(恒功率控制閥和電比例排量控制閥),作用在變量柱塞油缸 9 上,根據(jù)兩個控制閥的相位變化,變量柱塞油缸柱塞左右移動。變量柱塞油缸 9 與主油泵 7 由反饋桿 8 相連接,左右移動的柱塞,使反饋桿 8 順、逆時針旋轉(zhuǎn),最終控制主油泵 7 的排量。使其適應(yīng)不同的場合和工況。溢流閥 6 和減壓閥 12 為整個系統(tǒng)提供溢流和減壓保護。通過以上三種基本控制單元的組合,可以得到具有復(fù)雜輸出特性的組合控制[1-3]。

        2 恒功率控制工作原理

        液壓功率 P 為負載壓力 p 與輸出流量 q 的乘積,即 P = p q[4]。恒功率控制的目的是為了使發(fā)動機在變量泵的不同工況下都能工作在恒功率狀態(tài),達到在恒定的驅(qū)動轉(zhuǎn)速下不超過預(yù)定的驅(qū)動功率,也就是 p 與 q 的乘積近似為定值,即液壓泵的輸出功率近似為恒定的,恒功率控制的壓力—流量曲線近似為雙曲線(如圖 2b 輸出特性虛線所示)。恒功率控制就是讓變量泵根據(jù)負載壓力的變化情況調(diào)整其輸出流量,使變量泵的輸出功率接近于負載所需要的功率,實現(xiàn)動力源和負載之間的功率適應(yīng)和匹配,得到最佳的功率利用,從而達到節(jié)能目的。

        圖 1 變量泵原理圖

        圖 2 恒功率控制

        圖 2a) 中所示為恒功率控制原理,工作壓力在活塞上施加一個力,控制活塞推動搖臂,一個可從外部調(diào)整的彈簧力作用在搖臂的另一側(cè)以確定功率設(shè)定值。如果工作壓力超過設(shè)定的彈簧力,則控制閥被搖臂操作,使泵超領(lǐng)輸出擺動,減小搖臂的有效力矩,從而使工作壓力以輸出流量減少的相同比率提高。液壓油路流向(加粗實線)如下:當負載壓力 p 增大時,液壓泵的壓力油通過單向閥進入功率設(shè)定柱塞腔,克服功率彈簧的彈簧力使恒功率變量控制閥閥芯向右移動,恒功率變量控制閥左位工作,連接至恒功率變量控制閥的壓力油進入變量柱塞油缸左大腔,因為變量柱塞油缸大小腔直徑不同,產(chǎn)在一個面積差,從而產(chǎn)生壓力差推動變量柱塞油缸活塞向右移動,變量柱塞油缸活塞帶動反饋桿順時針旋轉(zhuǎn),使主油泵排量向小變化,同時變量柱塞油缸活塞帶動閥套右移,當?shù)竭_中位時,關(guān)閉變量柱塞油缸大腔進油通道,調(diào)節(jié)完成;當負載減小壓力 p 時,調(diào)節(jié)動作過程與之相反。

        控制閥閥芯位置是通過系統(tǒng)壓力與雙彈簧彈力的平衡決定的,這樣就可以利用雙彈簧的剛度特性用折線近似雙曲線。圖 2b) 中實線所示為雙彈簧作用下的控制線,兩段直線連接與恒功率理論曲線接近,故此種結(jié)構(gòu)控制曲線也稱近似恒功率曲線[5]。圖 2b) 中 A 點是隨出口壓力升高流量自動減少的拐點,一般稱之為變量泵恒功率起調(diào)壓力點。A 點的壓力值稱之為恒功率起調(diào)壓力。

        恒功率控制方式的標定一般通過恒功率起調(diào)壓力的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。斜盤式軸向柱塞變量泵恒功率起調(diào)壓力一般為 12~20MPa,以滿足主機廠對功率匹配的不同需求。恒功率起調(diào)壓力最常見的調(diào)定方式為試驗臺測試調(diào)定。一般在液壓泵生產(chǎn)廠家出廠前完成恒功率起調(diào)壓力的調(diào)定。該方法簡單經(jīng)濟、準確性高。但實際上,受整機功率分配、整機傳動系統(tǒng)效率等因素影響,生產(chǎn)廠家標定恒功率起調(diào)壓力供貨的方式,往往無法滿足混凝土泵車生產(chǎn)廠對整機液壓泵功率控制和匹配的需求。因此,主機廠必須研究一種可以在整機上標定液壓泵恒功率起調(diào)壓力的方法,從而實現(xiàn)整機功率匹配驗證、恒功率性能整機調(diào)試驗證標定,保證整機動力性和使用經(jīng)濟性(節(jié)能)。

        3 恒功率起調(diào)壓力整機調(diào)試方法

        根據(jù)混凝土泵車整機調(diào)試工況,采用自來水模擬混凝土充當負載介質(zhì),結(jié)合恒功率控制原理,當變量泵以最大排量工作時,通過設(shè)置合理的泵送出口節(jié)流工裝(圖 3),實現(xiàn)壓力控制,一般應(yīng)確保此系統(tǒng)壓力高于變量泵恒功率起調(diào)壓力范圍上限值,不超過系統(tǒng)主溢流壓力。采集系統(tǒng)壓力值 P 和流量 Q,采集整機最大流量Qmax進行計算,得到變量泵恒功率起調(diào)壓力 P’,計算公式為:

        實際中,在整機上采集系統(tǒng)實際流量較為困難,因泵送油缸容積固定,一般可通過整機系統(tǒng)泵送次數(shù) N代換。

        圖 3 節(jié)流工裝示意圖

        混凝土泵車整機調(diào)試時,為滿足整機功率匹配,保證泵送作業(yè)時不出現(xiàn)發(fā)動機“掉油門”現(xiàn)象,恒功率起調(diào)壓力測試過程,發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動應(yīng)維持在 50rpm內(nèi)。

        以某型混凝土泵車為例,該車配置力士樂雙A11VLO190LRDU2 柱塞泵,泵送出口節(jié)流工裝孔徑為φ19,最大排量空載最大次數(shù)為 22.5 次/分鐘,最大排量下系統(tǒng)壓力為 25MPa,該系統(tǒng)壓力下,泵送次數(shù)為14.5 次/分鐘。

        恒功率起調(diào)壓力:P’=25×14.5/22.5=16.1(MPa)

        為保證恒功率起調(diào)壓力在整機調(diào)試環(huán)節(jié)的一致性,采用自主開發(fā)的整機自動測試臺進行數(shù)據(jù)采集驗證。如圖 4 所示。

        圖 4 起調(diào)壓力采集和驗證

        4 結(jié)束語

        本文對斜盤式軸向柱塞變量泵的恒功率控制原理進行了闡述,并結(jié)合混凝土泵車整機調(diào)試工況,探索驗證恒功率起調(diào)壓力的方法,并在自主開發(fā)的整機自動調(diào)試臺上實際應(yīng)用,為柱塞變量泵的恒功率控制功能的整機標定研究與應(yīng)用提供參考。

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