任娜　王金華

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

關(guān)鍵詞 裝載機 節(jié)能 多級功率

中圖分類號：TH243 文獻標(biāo)識碼：A

0前言

裝載機整機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是重要的主要組成部分。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與整機動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)是否能夠匹配，與整機的性能存在顯著聯(lián)系。傳統(tǒng)的設(shè)計方案下，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量按照怠速即能滿足正常的作業(yè)使用要求，就造成了高負荷下優(yōu)先閥壓損高，能量利用率低的問題。對其進行優(yōu)化設(shè)計，是解決上述問題的主要途徑。

中鴻FT20A多級功率轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，原理圖如下（見圖1）：

其中，P1泵為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向時（尤其是發(fā)動機怠速時），轉(zhuǎn)向泵（P1）和輔助泵（P2）經(jīng)流量轉(zhuǎn)換閥合流供轉(zhuǎn)向器。

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

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

（4）卸荷閥裝在合流管路上，設(shè)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(zhuǎn)向輕便

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

已知：FT20A轉(zhuǎn)向油缸缸徑為 90mm，桿徑為 45mm，行程為360mm。

整車由左側(cè)打轉(zhuǎn)向到最右側(cè)所需流量為Q：

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

因此FT20A整車從左側(cè)打轉(zhuǎn)向到最右側(cè)需方向盤轉(zhuǎn)數(shù)

n==5r

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

此時雙泵合流ETX955整車方向盤轉(zhuǎn)速為n1==63 r/min

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

此時多級功率合流ETX955整車方向盤轉(zhuǎn)速為

n2==78.6 r/min

因此，相同整車配置情況下發(fā)動機怠速時，多級功率合流系統(tǒng)方向盤極限比雙泵合流系統(tǒng)高15.6r/min，提升約25%。計算數(shù)據(jù)與實測值相符。

2節(jié)能

設(shè)定工況及計算

V型作業(yè)模型（見圖3）：

此工況針對上述兩種液壓系統(tǒng)型式，主要差別在于慢轉(zhuǎn)向時多級功率系統(tǒng)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(shù)（2000rpm降轉(zhuǎn)速機型）

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

備注：平均中度油門1500為估計數(shù)值，工作區(qū)間轉(zhuǎn)向泵出口壓力7.5Mpa數(shù)據(jù)取自載荷譜。

2.2理論計算

2.2.1多級功率合流系統(tǒng)

當(dāng)轉(zhuǎn)向圈數(shù)為30r/min時，轉(zhuǎn)向?qū)嶋H所需流量Q2：Q2=q*n*0.001=24L/min

此時轉(zhuǎn)向泵功率損失W1：W1=（Q- Q2）*P/60= 4.35（kw）

當(dāng)轉(zhuǎn)向圈數(shù)為50r/min時，轉(zhuǎn)向?qū)嶋H所需流量Q3：Q3=q*n*0.001=40L/min

此時轉(zhuǎn)向泵功率損失W2：W2=（Q- Q3）*P/60= 2.4（kw）

2.2.2雙泵合流系統(tǒng)

當(dāng)轉(zhuǎn)向圈數(shù)為30r/min時，轉(zhuǎn)向?qū)嶋H所需流量Q2：Q2=q*n*0.001=24L/min

此時轉(zhuǎn)向泵功率損失W1：W1=（Q- Q2）*P/60= 8.85（kw）

當(dāng)轉(zhuǎn)向圈數(shù)為50r/min時，轉(zhuǎn)向?qū)嶋H所需流量Q3：Q3=q*n*0.001=40L/min

此時轉(zhuǎn)向泵功率損失W2：W2=（Q- Q3）*P/60= 6.9（kw）

2.3對比數(shù)據(jù)

通過上述計算，功率損失對比如下：轉(zhuǎn)向速度-30r/min：4.35（多級功率合流系統(tǒng)），8.85（雙泵合流系統(tǒng)）；轉(zhuǎn)向速度-50r/min：2.4（多級功率合流系統(tǒng)），6.9（雙泵合流系統(tǒng)）。備注：多級功率系統(tǒng)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(yè)工況時間存在輕微轉(zhuǎn)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(guī)5t機型一小時耗油量為15升計算其節(jié)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(tǒng)），13.498（多級功率合流系統(tǒng)）；油耗（升/百噸物料）：4.65（雙泵合流系統(tǒng)），4.04（多級功率合流系統(tǒng)）；節(jié)能效果（小時油耗節(jié)油率）： 比雙泵合流↓6.1%（多級功率合流系統(tǒng)）；節(jié)能效果（百噸物料節(jié)油率）： 比雙泵合流↓13.1%（多級功率合流系統(tǒng)）。

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(huán)境溫度及工況相同，與理論計算趨勢相符，至于噸物料節(jié)油效果明顯，下面進一步說明。

3復(fù)合工況掘進力大，效率高

復(fù)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(tǒng)（確切的說是等值卸荷閥）將開關(guān)泵和轉(zhuǎn)向泵卸荷，相比相同配置的雙泵合流系統(tǒng)，有100ml/r的高壓油離開工作循環(huán)，即約215Nm的扭矩被釋放，聯(lián)合工況點從A轉(zhuǎn)移到B，抑制了發(fā)動機調(diào)轉(zhuǎn)（見圖2）。

通過動力匹配曲線可以簡略得出，復(fù)合工況下發(fā)動機轉(zhuǎn)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(yè)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(tǒng)配置等值卸荷閥，可將多余流量卸載，發(fā)動機掉轉(zhuǎn)被抑制，牽引力提高約52KN，對整個作業(yè)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(xué)出版社，1998.