挖掘机液压泵及其控制系统介绍（一）

液压挖掘机维修是工程机械主力机种，是建设工程的主要生产工具，因此对挖掘机提出了很高的要求。要求节能低排放、高效率、良好的操纵性和降低对环境的负荷等，要实现这些要求必须对挖掘机进行控制，由于液压控制信息处理能力差，不能光靠液压控制主要要靠电子控制。液压动力由液压泵提供对液压泵的控制是挖掘机的主要控制，不仅仅是对液压泵进行单独控制，而需对泵和发动机进行综合控制使泵和发动机具有良好的匹配性能，因此必须同时提到发动机控制。挖掘机被称为土建机械手，是建设机器人的代表，它的控制内容复杂多样例如：自动角削控制需要采用负责的定位技术（GPS和全球仪定位）等，在这里就不提了。下面介绍目前已广泛采用的控制技术。挖掘机修理是大功率长时间工作的机械。

能量消耗很大，燃料消耗量涉及使用成本和经济性，同时与环境负荷密切有关，排放已成为世界性的重大问题不容忽略。工作装置停止作业各操纵阀处于中位，此时液压泵只需供应很少量液压油冲洗润滑系统使液压泵处于待命状态，一旦系统要求工作即可快速响应。中位时液压泵供应压力只需克服管道阻力和为防止气蚀而设的背压，系统压力不高，但变量泵由于采用恒功率控制流量却很大，因此有不小的能量损失，如图1(a)所示。液压挖掘机需要精细作业微动操纵控制，一般采用通过控制操纵阀开度进行节流调速，将部分油溢流回油，这部分的能量损失如图1(b)所示。掘削时遇硬石块掘不动，为了防止过载损坏机械，液压安全阀打开，压力油通过安全阀溢流回油箱。

其能量损失如图1(c)所示。实际作业时，溢流状态操作很少，节能效果不大有些液压系统没有此节能措施。以上这些在使用中产生的能量损失主要是流量损失，而油压力是完成工作所必须的，因此为减少上述能量损失的节能控制，实际上是按需流量控制，使泵流量按实际需要输出，避免不必要的流量损失。泵输出油通过操纵阀阀杆控制将油分成两部分：一部分去液压缸或液压马达，是有效流量，另一部分通过阀中位回油道回油箱，是浪费流量。要控制这部分浪费油，使它保持在尽可能小的范围内，为此，在操纵阀中位回油道上加一个节流孔，通过节流孔产生压差。将节流口前压力引至泵排量调节机构来控制泵的排量，如图2所示。通过节流孔流量越大，则节流口前先导压力越大。

泵排量越小，先导压力与泵排量呈反比关系，故称为负流量控制。负流量控制调节特性如图3所示。图中第一象限表示操纵阀杆开度S与去回油道流量q之间关系，当阀开度S达一定值Si(<100%)时，流量q为零，q随着S增加而减小，其斜率与液压缸压力pa有关。图中第二象限表示去回油道流量q与液压泵变排量机构先导控制压力pi之间关系。图中第三象限表示先导控制压力pi与油泵流量Qp之间关系，Qp随着pi增加而减小为负流量控制。图中第四象限为操纵阀杆开度S与液压缸流量Qa和泵流量Qp之间关系，当阀开度达到一定值时，q为零、液压泵油全部供给液压缸(Qp=Qa)。图中给出阀开度为S0时相应的q(q0)、pi(p0)、Qp(Qp0)和Qa(Qa0)值。

正流量控制液压泵的倾斜角(排量)随液压泵变量机构先导控制压力上升而增加，故称为正流量控制。正流量控制系统原理如图4所示，泵变排量的先导控制压力采用操纵阀的先导控制阀油压。从图中可见，通过梭形阀检出abab2各先导控制油压中的最高油压pi，输给液压泵变量机构来控制液压泵排量。液压泵和操纵阀的控制特性如图5(a)所示，操纵阀开度和液压泵的流量Qp都随着Pi的增加成比例地增加。图5(b)表示泵流量Qp、去油缸流量Qa和先导控制压力Pi与操纵阀行程S的关系。正流量控制用最高先导控制压力作为检出信号来控制油泵流量，不能全面反映液压作用元件流量需要，不如负流量控制。正流量控制需要一系列梭形阀组成梭阀网络。