Danfoss多功能閥在工程車輛中的應(yīng)用

宋明星　顏景潤　王　哲

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.西華大學(xué)，四川 成都 610039)

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Danfoss多功能閥在工程車輛中的應(yīng)用

宋明星1顏景潤1王哲2

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.西華大學(xué)，四川 成都 610039)

自行走液壓工程車輛行走系統(tǒng)多為結(jié)構(gòu)緊湊的閉式液壓回路，在使用中要面對故障拖車工況；大負載行駛，液壓泵大排量輸出導(dǎo)致柴油機熄火；系統(tǒng)溢流熱量大以致油溫太高等問題.如何解決這些問題一直是液壓閉式系統(tǒng)在工程車輛應(yīng)用與研究領(lǐng)域的重點，本文以Danfoss 90泵的多功能閥在工程車輛中的應(yīng)用為研究對象，從如何解決這些問題來進行說明，為工程車輛行走閉式液壓系統(tǒng)設(shè)計提供一定的參考價值.

工程車輛;閉式回路;多功能閥;拖車;防熄火

0　引　言

目前大型工程車輛行走基本上都采用液壓驅(qū)動，如大噸位自行走液壓載重車、自行走液壓礦車、全路面起重機、大型挖掘機以及大部分筑路機械等等，這類機械中的少部分行走系統(tǒng)采用車載柴油發(fā)電機驅(qū)動電機，實現(xiàn)車輛行走.大部分都采用液壓閉式回路，柴油機驅(qū)動液壓泵，液壓泵驅(qū)動馬達，通過馬達正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)車輛前進或倒退.其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1，液壓原理簡圖為圖2.

圖1工程車輛閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖圖2工程車輛閉式系統(tǒng)液壓原理簡圖

1　工程車輛行走系統(tǒng)常見問題及通常解決措施

正常情況下，工程車輛使用是沒有問題的.但是當(dāng)車輛處在施工現(xiàn)場，其液壓泵或者柴油機出現(xiàn)故障，需要更換場地維修時，由于功率輸出部分限制旋轉(zhuǎn)運動，馬達不能夠旋轉(zhuǎn)，不能夠?qū)崿F(xiàn)短距離拖車功能.同時作為重型機械，車輛自重不言而喻，這時候需要在停車狀態(tài)下將車輛移動到拖運設(shè)備上.一種方法是借助大型起重設(shè)備；另一種方法是將其驅(qū)動橋與減速箱聯(lián)接的傳動軸拆除，這樣做費時費力，給工程車輛維修帶來了很大的不便.所以目前為止，很多液壓自行走工程車輛都在閉式回路之外額外設(shè)計了拖車回路，以避免這一問題，但是增加了管路布置工作量與系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了可靠性.

另外，當(dāng)工程車輛處于滿載或超載行走，或是滿載爬坡工況，難免會出現(xiàn)行走扭矩超過設(shè)計能力的情況.此時車輛行走速度由給定指令控制，例如泵的EP控制，控制模塊一般不具有壓力補償功能，指令不變的情況下，泵排量不變.馬達扭矩增加，閉式回路高壓測壓力上升，高壓溢流工作.尤其上述工況同較強指令信號同時出現(xiàn)，柴油發(fā)動機在額定功率附近工作，甚至超過額定功率，那么柴油機轉(zhuǎn)速下降，甚至發(fā)生憋車熄火是難免的.力士樂A4VG系列閉式泵通過壓力切斷控制模塊，林德等液壓廠商也采取類似措施成功解決了這一問題，當(dāng)行走壓力增大時，切斷模塊可以減弱泵的EP控制效果，進而調(diào)整泵排量，避免發(fā)動機憋車熄火.

再從響應(yīng)上來說，一般工程車輛行走閉式泵的高壓側(cè)溢流響應(yīng)都要超前斜盤伺服控制系統(tǒng)的響應(yīng)，在DA調(diào)整到位以前，高壓側(cè)溢流已經(jīng)損失了相當(dāng)一部分能量，這些導(dǎo)致了系統(tǒng)的發(fā)熱量增加，油溫升高，一定程度上降低了液壓元器件使用壽命.目前普遍采用增加冷卻功率的方法來解決.總體來看，這些研究都是各自獨立，針對性較好，但是缺乏整體性結(jié)合，若要全面解決或改善這些問題，采取上述措施將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，緊湊性差，可靠性降低.

2　Danfoss 90泵與其多功能閥結(jié)構(gòu)及其原理

Danfoss 90系列閉式變量泵結(jié)構(gòu)緊湊，其運用于自行走工程機械車輛，可綜合解決與改善此類問題.圖3為90閉式泵原理圖，圖中灰色部分為其多功能閥模塊.由圖可見，每個90泵包含兩個對稱的多功能閥模塊，每個模塊由1個高壓溢流閥、1個順序閥，1個旁通閥和2個單向補油閥，2個伺服溢流閥組成.

圖3　90閉式泵系統(tǒng)原理圖

3　多功能閥在閉式回路應(yīng)用及原理分析

首先，多功能閥通過順序閥實現(xiàn)壓力限制來避免系統(tǒng)壓力過高，進而避免車輛憋車熄火.當(dāng)系統(tǒng)壓力到達壓力限定值時(順序閥的設(shè)定壓力)，順序閥迅速開啟進而推動斜盤向中位運動以減小泵排量達到限制系統(tǒng)壓力作用，此功能避免了需求功率過高時泵仍工作在大排量狀態(tài)，其作用相當(dāng)于力士樂的DA控制，實現(xiàn)了閉式泵的壓力補償功能.當(dāng)負載變大時，通過減小泵的排量來降低系統(tǒng)壓力，從而避免了車輛的憋車熄火.壓力限制功能如圖4所示，當(dāng)系統(tǒng)壓力達到壓力限定值時，順序閥(A)開啟，壓力信號通過油道(B)及控制閥芯上的阻尼孔到達伺服缸低壓側(cè).伺服壓力溢流閥(C)限定伺服壓力在合適的范圍之內(nèi).此時順序閥的輸出信號與來自于排量控制模塊的控制信號同時作用于伺服缸活塞兩側(cè)，從而消弱了來自控制模塊的控制信號.泵排量在斜盤復(fù)位力作用下減少，進而保持系統(tǒng)壓力在設(shè)定點.

其次，如圖5為采用90泵的閉式回路原理圖.由圖可見，車輛在出問題后需要在引擎不啟動工況下移動到維修服務(wù)區(qū)或移至平板拖車上，系統(tǒng)中液壓油需要在泵主軸無法旋轉(zhuǎn)或不適宜旋轉(zhuǎn)時旁通液壓泵.此時多功能閥模塊設(shè)置了旁通閥，解決了工程車輛的短距離拖車問題.由圖4可見，通過逆時針旋轉(zhuǎn)兩個多功能閥上的旁通螺母各三圈開啟多功能閥旁通功能.此時A和B口油路相通，以實現(xiàn)液壓油在泵及發(fā)動機不工作的情況下循環(huán)流動.

最后，對于存在瞬間變化負載的情況，高壓溢流閥起作用實現(xiàn)系統(tǒng)過壓保護.順序閥相當(dāng)于高壓溢流閥的先導(dǎo)級溢流閥，高壓溢流閥在系統(tǒng)壓力超過壓力限制等級后起作用.多功能閥的順序閥(順序閥)先開啟，高壓溢流閥后開啟，這種順序開啟設(shè)計，縮小了高壓溢流閥與斜盤伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時差，使系統(tǒng)過壓保護最優(yōu)化，最大限度避免了溢流發(fā)熱問題.

圖4　多功能閥結(jié)構(gòu)原理圖

圖5　90泵閉式回路原理圖

4　結(jié)　語

總之，Dafoss90閉式泵的應(yīng)用，在保持液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊的基礎(chǔ)上，不增加系統(tǒng)復(fù)雜性，并且很大程度上改善了工程車輛的使用性能，同時兼顧了憋車熄火，故障拖車，以及節(jié)能可靠等問題，對各式各樣的工程車輛行走液壓系統(tǒng)設(shè)計具有一定的參考意義.

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Application of Danfoss Multi-Function Valve in Engineering Vehicles

SONG Ming-xing1,YAN Jing-run1,WANG Zhe2

(1.Hebei University of Architecture，Zhangjiakou China 075000;2.Xihua University，Sichuan Chengdu 610039)

The travelling system of the self-propelled hydraulic engineering vehicles is a compact hydraulic closed circuit.In the process of using it,we will face the hauling case caused by the faults, such as,driving with heavy loading,stall of the diesel engine with large displacement output of hydraulic pump,and high oil temperature caused by the big overflow,etc.How to solve these problems has been a focus in the field of application and research of the hydraulic closed system in engineering vehicles.In this paper,the application of multi-function valve of Danfoss 90 pump in engineering vehicles is studied,providing the reference for the design of close hydraulic system of engineering vehicles.

engineering vehicles;hydraulic closed circuit;multi-function valve;hauling;prevention of stalling

2016-02-20

河北建筑工程學(xué)院校級科研基金項目(青年基金項目),(QN201401)

宋明星(1984-)，男，講師，從事流體傳動與控制研究.

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