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工程机械功率传输的优化匹配

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-10-25  来源:中国挖掘机信息网  浏览次数:1260
核心提示:工程机械一般通过柴油机—取力器—液压泵—液压马达(或液压缸)—减速器—执行元件进行功率传输,其中可调控功率的部件为柴油机、液压泵和液压马达。工程机械在作业过程中负载变化很大,如果其功率传输系统匹配不合理,不仅会造成系统发热、能源浪费和环境污染,还会影响整机性能、作业效率和使用寿命。功率传输优化匹配,就是使柴油机输出功率适应负载变化需要,以实现功率损失最小、污染最少、油耗与噪声最低和作业效率最高的目的。

工程机械功率传输的优化匹配
 

  工程机械一般通过柴油机—取力器—液压泵—液压马达(或液压缸)—减速器—执行元件进行功率传输,其中可调控功率的部件为柴油机、液压泵和液压马达。工程机械在作业过程中负载变化很大,如果其功率传输系统匹配不合理,不仅会造成系统发热、能源浪费和环境污染,还会影响整机性能、作业效率和使用寿命。功率传输优化匹配,就是使柴油机输出功率适应负载变化需要,以实现功率损失最小、污染最少、油耗与噪声最低和作业效率最高的目的。

  1.柴油机的最佳运转状态

  柴油机的运转状态直接影响整机动力性能和经济性。柴油机的外特性曲线如图1所示。从图1可以看出,功率、扭矩和油耗随转速变化而变化。功率曲线是一个上升的抛物线,功率随着转速的增大而增大;扭矩曲线是一个不对称的抛物线,在0~n1(n1为最大扭矩点转速)之间扭矩呈上升趋势,之后呈下降趋势;油耗曲线呈凹形曲线,在某一转速时耗油量最低。柴油机的最佳工作区域一般在最大功率的85%、扭矩较大、油耗较低的区域内。

  2.液压泵和马达的最佳转速

  液压泵、液压马达同柴油机一样,有一个最佳的运转速度区域。在该区域内,其机械效率ηC、容积效率ηV为最佳,发热量、噪声最小,使用寿命最长。因此,应使工程机械在液压泵、液压马达的最佳转速区域内工作,一般最佳转速为最高转速的85%左右。

  3.功率可调部件的合理匹配

  柴油机、液压泵和液压马达为可调控功率部件。当柴油机、液压泵和液压马达的最佳工作转速确定后,可通过改变取力器、减速器(变速器)的传速比i来协调它们之间的参数关系,以实现它们之间的合理匹配。如柴油机的最佳转速为nf为1600 r/min,液压泵的最佳转速为nb为2000 r/min,则取力器(或减速机)的速比为两者比值(0.80),即取力器(或减速机)的速比i为0.80时,柴油机、液压泵和液压马达均处于最佳运转状态。

  4.功率模块化控制

  工程机械作业时外部负载变化比较大,相应的功率变化也比较大,仅选取一个工况匹配液压泵和液压马达难于满足实际要求,因此应根据作业工况设置若干个功率模块。

  比如在设置RP1250型摊铺机功率模块时,可将其道依茨BF6M1013EC型柴油机最佳转速点设置为1450 r/min、1600 r/min和1800 r/min,对应功率分别为130 kW、150 kW、170 kW,液压泵、液压马达的对应转速分别为1800 r/min、2000 r/min和2200 r/min。

  摊铺机在摊铺沥青混合料面层时,负载较小,可选用第一模块,即柴油机转速为1450 r/min、功率为130 kW,液压泵与液压马达转速为1800 r/min;在摊铺沥青混合料底层时,负载为中等,可选用第二模块,即柴油机转速为1600 r/min、功率为150 kW,液压泵与液压马达转速为2000 r/min;当摊铺水泥稳定砂砾等路基材料时,负载较大,可选用第三模块,即柴油机转速为2000 r/min、功率为170 kW,液压泵与液压马达的转速为2200 r/min。

  功率模块的选用和控制,可根据工况需要进行人工控制或自动控制。目前一些先进工程机械(如挖掘机)已经广泛采用功率模块化控制方式。

  5.负载反馈控制

  工程机械作业时,其外部负载不断变化,当选定某一功率模块后,功率传输系统输出的功率应不断适应外部负荷变化。近年来工程机械一般采用恒功率负载反馈控制液压系统,即液压泵输出压力P与其排量q的乘积为定值,以此适应外部负载变化。

  例如,柴油机在最佳转速点运转时,若外部负载增大,液压泵(或马达)的压力P随之提高。此时通过负载传感系统调整液压泵斜盘角度,使液压泵排量q减少,便可使液压泵设定的扭矩M保持不变。

  6.功率智能控制

  随着智能控制技术的发展,功率传输系统的功率控制得到了更好的应用。某一工程机械产品应用电子负载控制器,进行液压泵的恒功率控制的流程如图2所示。通过方式选择开关,选择不同的功率控制模块,如M0、M1、M2等,即可对不同工况的功率等参数进行控制。

  当工况选择M0(重载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出最大功率;当工况选择M1(中载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出最佳功率;当工况选择M2(轻载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出较小功率。

  在柴油机怠速工况时,油门电位器可平滑地将传动系统和液压系统的功率损耗调低。当液压泵出口压力低于设定的最小压力时,压力继电器输出开关信号,该信号一方面反馈给控制器,控制器接到信号后,便发出控制信号将液压泵的排量调到最小。另一方面经延时计延时数秒后,控制器发出选择怠速油门位置的控制信号,使柴油机处于自动怠速状态。

  控制器的核心部件是微处理器,微处理器的主要部件是其芯片,它可以连续存取数据和应用专用程序,其中程序存储器(EPROM)可以根据不同的功能要求,写入不同的软件模块,从而实现不同的控制功能。

  工程机械一般通过柴油机—取力器—液压泵—液压马达(或液压缸)—减速器—执行元件进行功率传输,其中可调控功率的部件为柴油机、液压泵和液压马达。工程机械在作业过程中负载变化很大,如果其功率传输系统匹配不合理,不仅会造成系统发热、能源浪费和环境污染,还会影响整机性能、作业效率和使用寿命。功率传输优化匹配,就是使柴油机输出功率适应负载变化需要,以实现功率损失最小、污染最少、油耗与噪声最低和作业效率最高的目的。

  1.柴油机的最佳运转状态

  柴油机的运转状态直接影响整机动力性能和经济性。柴油机的外特性曲线如图1所示。从图1可以看出,功率、扭矩和油耗随转速变化而变化。功率曲线是一个上升的抛物线,功率随着转速的增大而增大;扭矩曲线是一个不对称的抛物线,在0~n1(n1为最大扭矩点转速)之间扭矩呈上升趋势,之后呈下降趋势;油耗曲线呈凹形曲线,在某一转速时耗油量最低。柴油机的最佳工作区域一般在最大功率的85%、扭矩较大、油耗较低的区域内。

  2.液压泵和马达的最佳转速

  液压泵、液压马达同柴油机一样,有一个最佳的运转速度区域。在该区域内,其机械效率ηC、容积效率ηV为最佳,发热量、噪声最小,使用寿命最长。因此,应使工程机械在液压泵、液压马达的最佳转速区域内工作,一般最佳转速为最高转速的85%左右。

  3.功率可调部件的合理匹配

  柴油机、液压泵和液压马达为可调控功率部件。当柴油机、液压泵和液压马达的最佳工作转速确定后,可通过改变取力器、减速器(变速器)的传速比i来协调它们之间的参数关系,以实现它们之间的合理匹配。如柴油机的最佳转速为nf为1600 r/min,液压泵的最佳转速为nb为2000 r/min,则取力器(或减速机)的速比为两者比值(0.80),即取力器(或减速机)的速比i为0.80时,柴油机、液压泵和液压马达均处于最佳运转状态。

  4.功率模块化控制

  工程机械作业时外部负载变化比较大,相应的功率变化也比较大,仅选取一个工况匹配液压泵和液压马达难于满足实际要求,因此应根据作业工况设置若干个功率模块。

 

  比如在设置RP1250型摊铺机功率模块时,可将其道依茨BF6M1013EC型柴油机最佳转速点设置为1450 r/min、1600 r/min和1800 r/min,对应功率分别为130 kW、150 kW、170 kW,液压泵、液压马达的对应转速分别为1800 r/min、2000 r/min和2200 r/min。

  摊铺机在摊铺沥青混合料面层时,负载较小,可选用第一模块,即柴油机转速为1450 r/min、功率为130 kW,液压泵与液压马达转速为1800 r/min;在摊铺沥青混合料底层时,负载为中等,可选用第二模块,即柴油机转速为1600 r/min、功率为150 kW,液压泵与液压马达转速为2000 r/min;当摊铺水泥稳定砂砾等路基材料时,负载较大,可选用第三模块,即柴油机转速为2000 r/min、功率为170 kW,液压泵与液压马达的转速为2200 r/min。

  功率模块的选用和控制,可根据工况需要进行人工控制或自动控制。目前一些先进工程机械(如挖掘机)已经广泛采用功率模块化控制方式。

  5.负载反馈控制

  工程机械作业时,其外部负载不断变化,当选定某一功率模块后,功率传输系统输出的功率应不断适应外部负荷变化。近年来工程机械一般采用恒功率负载反馈控制液压系统,即液压泵输出压力P与其排量q的乘积为定值,以此适应外部负载变化。

  例如,柴油机在最佳转速点运转时,若外部负载增大,液压泵(或马达)的压力P随之提高。此时通过负载传感系统调整液压泵斜盘角度,使液压泵排量q减少,便可使液压泵设定的扭矩M保持不变。

  6.功率智能控制

  随着智能控制技术的发展,功率传输系统的功率控制得到了更好的应用。某一工程机械产品应用电子负载控制器,进行液压泵的恒功率控制的流程如图2所示。通过方式选择开关,选择不同的功率控制模块,如M0、M1、M2等,即可对不同工况的功率等参数进行控制。

  当工况选择M0(重载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出最大功率;当工况选择M1(中载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出最佳功率;当工况选择M2(轻载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出较小功率。

  在柴油机怠速工况时,油门电位器可平滑地将传动系统和液压系统的功率损耗调低。当液压泵出口压力低于设定的最小压力时,压力继电器输出开关信号,该信号一方面反馈给控制器,控制器接到信号后,便发出控制信号将液压泵的排量调到最小。另一方面经延时计延时数秒后,控制器发出选择怠速油门位置的控制信号,使柴油机处于自动怠速状态。

  控制器的核心部件是微处理器,微处理器的主要部件是其芯片,它可以连续存取数据和应用专用程序,其中程序存储器(EPROM)可以根据不同的功能要求,写入不同的软件模块,从而实现不同的控制功能。(来源:《工程机械与维修》)

 
 
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