略論液壓系統(tǒng)恒功率控制的作用

唐剛云 余可朕

（都江堰拉法基水泥有限公司， 成都 都江堰 611800）

我公司于2009年購買一臺原裝美國進(jìn)口液壓挖掘機(jī)CAT365C，主要技術(shù)參數(shù)如下：

整機(jī)型號：CAT365C

發(fā)動機(jī)型號：C15

發(fā)動機(jī)功率：323KW

斗容：4m

整機(jī)自重：70T

2017 年大修了發(fā)動機(jī)；2018年，使用18000小時后，出現(xiàn)挖掘機(jī)所有動作緩慢故障：新機(jī)時一個工作循環(huán)（裝料點與卸料點之間夾角90度，裝卸一鏟斗所需時間）僅需18---20S，此時平均需要45S；且感覺動力不足。

這大大降低了該機(jī)的工作效率，使該機(jī)幾乎無法使用；

經(jīng)測試該機(jī)的主泵的壓力低于額定值且液壓系統(tǒng)回油濾芯明顯有銅沫（液壓泵醅流盤材料），結(jié)合該機(jī)已使用18000小時，液壓系統(tǒng)未進(jìn)行任何重大維修，我們提出了外協(xié)計劃，將該機(jī)的主泵，回轉(zhuǎn)泵，，風(fēng)扇泵及風(fēng)扇馬達(dá)這4項主要的液壓元件（均是原裝力士樂的泵及馬達(dá)）進(jìn)行大修；

2018.3.20 成都A公司來人將上述3泵1馬達(dá)從主機(jī)上拆下，在他們公司更換了已損壞的相關(guān)零件：缸體，柱塞及醅流盤等，并上試驗臺調(diào)試；A公司按力士樂的標(biāo)準(zhǔn)泵及馬達(dá)的數(shù)據(jù)，將主泵及回轉(zhuǎn)泵的PQ曲線調(diào)試成如下：

2018.3.30 A公司將上述液壓元件修復(fù)后裝上主機(jī)，經(jīng)試機(jī)，該機(jī)的效率提高了，每個工作循環(huán)平均僅需22S左右，與新機(jī)相近；

但是，同時該機(jī)又出現(xiàn)另外兩個故障：

1.大負(fù)荷時發(fā)動機(jī)自動熄火，明顯感覺發(fā)動機(jī)不能承受這樣大的負(fù)載；

2.回轉(zhuǎn)系統(tǒng)有故障報警，且一旦報警就不能再回轉(zhuǎn)；

我們找了對卡特挖掘機(jī)非常熟悉的B公司來診斷上述故障：首先檢查了發(fā)動機(jī)的增壓器及進(jìn)氣壓力，均正常；最后B公司建議我們將該機(jī)主泵及回轉(zhuǎn)泵的PQ曲線按下述標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試：

為了鑒別這兩家公司的技術(shù)數(shù)據(jù)是否適用于我公司這臺CAT365C挖掘機(jī)，我們使用最原始的方法，將這兩家給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行了以下計算，進(jìn)行比較后有以下發(fā)現(xiàn)：

?

1.根據(jù)B公司數(shù)據(jù)，該機(jī)的主泵從220BAR開始，逐步減小主泵的流量，進(jìn)行恒功率控制，功率約為125KW；

2.根據(jù)B公司數(shù)據(jù)，該機(jī)的回轉(zhuǎn)泵從122BAR開始，逐步減小回轉(zhuǎn)泵的流量，進(jìn)行恒功率控制，功率約為55KW；

3.根據(jù)B公司數(shù)據(jù)，兩個主泵和一個回轉(zhuǎn)泵的最大功率為305KW（125+125+55），未超出該機(jī)發(fā)動機(jī)的額定功率323KW（僅相當(dāng)于發(fā)動機(jī)額定功率的93%）；在這種情況下，即使操作該挖掘機(jī)做復(fù)合動作，主泵和回轉(zhuǎn)泵均工作且處于最大功率狀態(tài)，液壓系統(tǒng)的功率也不會超過發(fā)動機(jī)的額定功率，這樣就不會造成發(fā)動機(jī)掉速甚至熄火；

4.按A公司的數(shù)據(jù)，主泵和回轉(zhuǎn)泵的流量隨著壓力上升幾乎沒變（下降很少），因此，主泵和回轉(zhuǎn)泵的輸出功率也隨壓力上升而增大，沒有進(jìn)行恒功率控制，直到最高壓力（320BAR）時，才切斷流量，流量切斷前的輸出功率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)動機(jī)額定功率；

隨著壓力上升，當(dāng)主泵壓力大于230BAR時，回轉(zhuǎn)泵壓力大于130BAR后，兩個主泵與回轉(zhuǎn)泵的功率之和會大于發(fā)動機(jī)的額定功率323KW；特別是當(dāng)主泵壓力達(dá)到300BAR時，僅兩個主泵的功率就達(dá)到352.8KW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)動機(jī)的額定功率323KW，這必然導(dǎo)致發(fā)動機(jī)掉速直至熄火；

2018.6.4 調(diào)試完成，回裝主機(jī)后，經(jīng)過試機(jī)：

1.平均每個工作循環(huán)的時間20S---工作效率恢復(fù)到新機(jī)狀態(tài)；

2.發(fā)動機(jī)不再掉速和熄火；

3.回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的故障代碼消失；

卡特挖掘機(jī)安裝的這套力士樂液壓系統(tǒng)，主泵及回轉(zhuǎn)泵的恒功率控制，是通過液壓主泵上的液壓控制閥（再通過負(fù)載時液壓系統(tǒng)的壓力作為反饋信息）實施的，它能確保做任何最復(fù)雜的復(fù)合動作時即使主泵和回轉(zhuǎn)泵都達(dá)到最大功率，這時主泵和回轉(zhuǎn)泵的功率之和略微小余發(fā)動機(jī)的額定功率，不會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火；

但它也有一個最大缺陷：挖掘機(jī)在做單一動作且大負(fù)荷時，發(fā)動機(jī)功率利用不足；這套控制系統(tǒng)分別限定了主泵及回轉(zhuǎn)泵的最大功率，比如該機(jī)兩個主泵的最大功率被限定在250KW左右，回轉(zhuǎn)泵功率被限定在55KW左右，確保了復(fù)合動作時充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)功率且不熄火，但是，在做單一動作時，發(fā)動機(jī)的功率卻不能充分發(fā)揮：比如該機(jī)在鏟裝物料，鏟斗插入物料起斗時，不需回轉(zhuǎn)，此時只有主泵工作，發(fā)動機(jī)323KW的功率，最多只有250KW能被利用，即只有77.4%被利用；

日立挖掘機(jī)主泵的恒功率控制改變了這一做法，日立挖掘機(jī)主泵的恒功率控制不是通過主泵上的液壓閥來實現(xiàn)，它是通過發(fā)動機(jī)的負(fù)載傳感器感知發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動機(jī)在大負(fù)荷工作時，當(dāng)液壓系統(tǒng)的功率上升到接近發(fā)動機(jī)額定功率時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會下降，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定值（比如100RPM）時，整機(jī)控制電腦給出一個適當(dāng)電流，通過電磁閥去驅(qū)動控制主泵斜盤的油缸，使主泵流量減小，從而使主泵的輸出功率不再上升----通過上述控制方式，同樣達(dá)到恒功率控制的目的：使液壓系統(tǒng)的最大功率，恒定在發(fā)動機(jī)額定功率附近，保證發(fā)動機(jī)功率充分發(fā)揮的同時，又不會造成發(fā)動機(jī)嚴(yán)重掉速甚至熄火；同時，這套恒功率控制系統(tǒng)也能確保在做單一動作且負(fù)載很大時，發(fā)動機(jī)的功率能得到充分發(fā)揮。

結(jié)論

工程機(jī)械（以內(nèi)燃機(jī)作為動力）的液壓系統(tǒng)的最大輸出功率必須恒定在發(fā)動機(jī)額定功率附近且小于發(fā)動機(jī)的額定功率，以確保：

1.發(fā)動機(jī)的額定功率得到充分發(fā)揮；

2.最大負(fù)載時，發(fā)動機(jī)不會嚴(yán)重掉速甚至熄火，確保整機(jī)順暢運行。