挖掘机液压泵及其控制系统（三）（方块挖掘机）

工况控制

㈠作业工况、发动机和液压泵匹配设定

挖掘机是一种多功能的机械，进行的作业内容有挖掘、装载、挖沟、填埋、整修、搬运、破碎和平地等。所遇到的作业对象――土质变化较大，有软性粘土、松沙质土、紧密沙质土，较紧密砂砾混合土，砂砾原石和软岩等。另外使用方式和要求也不同：有时追求最大作业量，要求发挥最大功率，进行强有力地掘削；有时强调燃料经济性，生产率要求不突出，进行一般挖掘和装载工作；有时则重视精度和安全，进行精细工作和微调作业，在窄小的场地进行操作。为了适应不同作业和使用工况，满足人们的使用愿望，就需要进行分工况控制，根据作业工况和使用要求来对发动机和液压泵进行优化设定，控制发动机油门开度和液压泵排量。同时还对阀和液压马达进行设定控制，以适应不同作业工况的需要。

在不同的作业内容、作业对象、使用方式和要求下，发动机的动力设定(油门开度)和液压泵的功率设定是不一样的。因此要求根据需要调节发动机的功率输出(油门开度)，同时对液压泵要进行变功率控制。

一般液压挖掘机有以下三种工况和动力设定模式：

1.H 工况(Heavy Digging Mode 重掘削动力模式)

(High Production Mode 高生产率模式)

采用全功率匹配

2.S 工况 (Saving Power Mode 节能模式)

发动机减小油门，降低输出功率，液压泵也相应降低吸收功率使两者工作在发动机和液压泵联合工作的最高效率处。

发动机和液压泵在发动机万有曲线上匹配如图1所示。从图中可见 S 工况联合工作点在万有特性最低 ge 处附近。

图1各工况发动机和液压泵匹配情况

3.L 工况(Light Mode 轻载模式)或微动工况(精细作业模式 Fine Control Mode)

发动机油门关得较小，液压泵的功率设定也较低，其匹配情况如图1所示。使作业装置动作较慢适宜于精细作业。

工况控制是发动机和液压泵联合控制，其控制系统如简图2所示。

图2工况控制系统

通过工况控制开关选择动力模式，输入控制器，经处理后控制器对电液比例压力阀输出控制电流，不同模式输出不同控制电流值，通过电液比例压力阀变为不同控制液压，经液压泵排量控制机构，得各动力模式液压泵控制特性如图3所示。

图3各动力模式液压泵控制特性

与此同时，按照所选择的模式，控制器对控制油门开度的步进马达输出相应的电信号，按模式要求控制发动机转速(油门开度)。

从图3液压泵控制特性可知，S 和 L 液压泵的最大流量因发动机转速而相应下降，有些挖掘机 L 工况通过减小液压泵最大排量进一步使 L 工况液压泵最大流量降低。恒功率曲线段由于发动机转速的降低，S 和 L 工况恒功率曲线都有与发动机转速有关的相应下降。一般在 H 工况有转速感应控制使发动机保持在最大功率点工作；S 工况也可有转速感应控制使发动机保持在油耗较低的经济转速工况；L 工况一般不需转速感应控制。

㈡工况控制

发动机油门开度采用点操纵，可以司机手动操纵，也可以微机控制自动操纵。油门驱动采用步进马达直流电机或比例电磁铁。

1.发动机油门手操纵

一般采用旋钮或杠杆操纵的电信号器来设定油门开度，输入控制器发出电信号驱动步进马达来操纵油门开度，由油门开度传感器检出油门开度反馈输入控制器实现位置反馈控制，手油门操纵控制系统方块图如图4所示。

图4手油门控制系统方块图

为了使旋钮转角、油门开度转角和发动机转速三者相对应，需要正确标定。

2.工况控制

由工况的模式开关自动设定油门开度和液压泵的功率。图5为工况控制系统方块图。

图5工况控制系统方块图

五.变补偿油压控制(△P－shifting 控制)

闭中心负载敏感压力补偿系统去液压元件的流量为：

Q = K ⋅ ∆P

流量调节控制可通过两个方法：

1.改变阀杆的开口量(节流程度)，反映在 K 值上

2.也可通过改变补偿油压△P 来改变去液压作用元件的供油量阀杆行程一定 K＝常数流量 Q 随△P 的变化如图6所示。

图6阀杆行程一定流量 Q 随△P 变化曲线

目前挖掘机闭中心负载敏感压力补偿系统有的是定△P 系统(例如力士乐 LRS 系统如图7所示)，定△P 的压力补偿阀可以调整弹簧来改变补偿压差。

有的采用变△P 系统(例如力士乐 LE2S 系统，如图8所示) ，变△P 系统可以采用电液比例控制(电液比例阀)也可以采用手动操纵。电液比例控制补偿压差△PLS随电液比例阀的电流 I 而变化如图 28 所示。随着 I 增加补偿压差下降，图中还表示调整弹簧力可改变△PLS。

在不同的△PLS 下，流量随阀杆行程的变化曲线是不一样的。△PLS下降流量减小，流量随阀杆行程增加而增加的曲线斜率降低，低△PLS 适用精细操纵。不同的流量需要(供应)可采用不同的△P。

图7A11VLO190LRS 控制系统

图8A11VO LE2S 控制系统

1.带恒功率控制器基本泵

2.LE2S2 控制器

①变功率控制阀

②功率设定调整弹簧

③变功率比例电磁阀

④调节响应时间的单向节流阀

⑤变补偿压力控制阀

⑥补偿压力设定调整弹簧

⑦变补偿压力比例电磁铁

六自动怠速控制

挖掘机在作业过程中，经常需短暂停止操作，处于待命状态，例如等待自卸汽车的来到或进行某些准备工作等等。此时发动机在空转，能量是白白浪费的，因此希望发动机转速能自动下降，处于低怠速运转状态，以减少燃料消耗量和降低噪声，同时对延长发动机使用寿命有好处。当需要进行工作时，只要一操纵操纵阀的阀杆，发动机转速就立即自动复原，进入工作状态。

操纵阀中位后 4～6 秒，发动机油门自动转至低怠速位置(不管动力选择开关和手油门所处位置，不通过人工操纵通过电气或电子自动操纵叫自动怠速控制。

㈠自动怠速信号检出装置的基本组成：由以下三部分组成

1.自动怠速信号检出装置：检出暂停工作讯号；

2.控制器：接到自动怠速信号，为了避免短暂操纵杆回中位就引起自动怠速，通过控制器延迟 4～10 秒钟后(可调节延迟时间)，才发出控制信号自动怠速才起作用；起先控制器用电控制采用时间继电器等，现都采用微机控制使控制精确和灵活。

3.执行机构：驱动操纵发动机油门。

㈡自动怠速信号检出装置有以下几种方式

1.感应开关方式：在工作装置操纵手柄和行驶操纵踏板上装有感应开关，当手离开操纵手柄和脚离开脚踏板时，将自动怠速信号输给控制器。

2.接近开关控制方式：通过接近开关检出操纵阀阀杆是否在中位，当各操纵阀杆都处于中位时发出自动怠速信号。

3.先导油压开关控制方式：

当操纵阀采用先导油压操纵时，可以采用先导油压开关来检出操纵阀杆是否处于中位，采用”1””2”方式，一般需每个操纵阀杆上都设检出装置比较麻烦，最初挖掘机采用手操纵时采用，现挖掘机一般都采用液压先导操纵，采用先导油压开关方式较好。因此目前大多采用此方式。

㈢执行机构：有以下方式

1.电磁阀加气动缸