多路閥與變量泵恒功率-負流量控制機理研究

秦娟娟 楊小波 竇建明 解 號

（1.蘭州工業(yè)學院，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)變量泵是挖掘機的核心液壓元件，多路閥與變量泵組合實現(xiàn)多種控制方式，有正流量控制、負流量控制、負載敏感控制、恒功率控制、發(fā)動機轉(zhuǎn)速敏感控制等節(jié)流技術(shù)，在工程機械上得到了廣泛應(yīng)用。多路閥、變量泵以及其他液壓元件組成的液壓傳動應(yīng)用在起重機械、土方機械、樁工機械和混凝土機械等設(shè)備中控制執(zhí)行元件的動作，可以實現(xiàn)執(zhí)行元件的單獨動作和復合動作。多路閥同時提出了向變量泵提供流量控制信號，變量泵的排量與旁路回油上負流量控制壓力成負線性關(guān)系，組成多路閥與變量泵負流量—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)對液壓挖掘機系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義，本文分析六通多路閥與變量泵實現(xiàn)恒功率-負流量控制機理，為其恒功率-負流量控制動靜態(tài)特性的研究提供理論依據(jù)和指導。

2 六通多路閥和變量泵的結(jié)構(gòu)及其控制機理

圖1為多路閥與變量泵恒功率-負流量系統(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)流槽移動和閥體相對位置可控制通過閥口流量的大小，通過閥芯的中心結(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)，整個泵裝置是斜盤式軸向柱塞變量雙泵。雙泵由一個電動機驅(qū)動，兩個變量泵串聯(lián)在一起，共用一個閥體。每個變量泵分別由伺服控制閥、負流量控制柱塞、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變量泵的壓力—流量特性曲線圖。圖3中ps為負流量控制壓力，qps為泵在負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)表示泵的負流量控制壓力與泵輸出流量關(guān)系。

兩個變量泵上各裝有一個調(diào)節(jié)器，每個調(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流量控制柱塞等部件組成。變量泵Ⅰ出口的油液壓力同時作用于伺服活塞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，泵在變量中實現(xiàn)恒功率控制。圖3中的ABMN段，當多路閥均處于中位時，變量泵輸出的壓力油液通過開中心結(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?。∕N段）。

圖1 多路閥與變量泵恒功率-負流量系統(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、恒功率控制閥和負流量控制閥共同作用，根據(jù)兩個泵的出口壓力p1和p2疊加自動改變泵的斜盤擺角，在柴油機轉(zhuǎn)速不變時輸入功率為恒功率。當操縱手柄操縱整體式多路閥的某個閥芯移動時，進油閥口面積增大，而回油路的閥口逐漸減小至最終關(guān)閉，在此過程中負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

當變量泵Ⅰ出口壓力P1或變量泵Ⅱ出口壓力P2降低時，作用在恒功率控制柱塞6（7）的柱塞臺階和環(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，泵出口的壓力油進入小腔，伺服活塞在小腔液壓力作用下左移，帶動泵斜盤擺角變大，排量變大。當變量泵Ⅰ出口壓力P1或變量泵Ⅱ出口壓力P2降低時，作用在恒功率控制柱塞6（7）的柱塞臺階和環(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，帶動泵斜盤擺角變大，排量變大。

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

3 結(jié)論

通過分析變量泵的負流量控制壓力-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-流量特性得工作機理，為動靜態(tài)特性的研究提供理論依據(jù)和指導。操縱手柄帶動多路閥閥芯移動，手柄的操縱速度決定多路閥閥芯節(jié)流口的開度，進而決定回油路回油量的大小，在變量泵的負流量控制柱塞能夠使通過阻尼孔孔流量產(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，負流量控制壓力ps越大，泵的輸出流量越?。环粗嗳?。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載影響，而維持恒定。