DA控制技术

DA控制技术 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM 曼内斯曼-力士乐 布鲁宁豪斯-海德玛蒂克 1 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM , 作用 行走车辆的驱动经常使用内燃机作为动力，它所输出 的转矩近似与转速无关(见图一)。 而行走机械在爬坡、局部行驶阻力发生变化、加速以及工作机构动作时常常需要一个变化范围很大的牵引力;这样，就希望几乎所有的装机功率都可以转换成行走功率，或工作功率(见图二) 基于上述要求，在内燃机和驱动桥之间就需要一个可以切换的力矩转换装置;由于静液压传动系统具有经济性好，结构小巧，选型方便，机械参数、转矩和转速转换方便等优点，使得它在这个领域得到了广泛的应用。 静液压传动系统由一台变量泵和一台定量马达或一台变量马达组成(采用定量或变量马达由变速比的范围图1 柴油机的扭矩-转速特性曲线 来确定);为了能与不同的工况相匹配，泵的排量以及变量马达的排量可以由操作者手动、或根据给定参数自动调节。 力士乐公司的DA-调节系统可以使操作者的工作简化，通过一个简单的行走控制踏板就可以实现灵活的驾驶和极限载荷的调节;在这里，调节系统调节变量泵和变量马达至理想的工作状态，通过限制液压泵的许用最大转矩来达到保护发动机的目的;它同时也兼 功率分配范围 顾辅助的工作机构，比如:对于装载机，当工作机构工作时，行走泵的功率消耗会进一步减小，只占有其剩余部分。 因此，我们就可以这样调定传动机构的转矩-转速-特性， 图2 恒扭矩时的牵引力特性曲线 使得马达的功率消耗处于一个理想工作范围，例如:处 于最佳油耗工作范围等;其它诸如考虑尾气排放，噪音 等因素的控制形式也可以实现。 2 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM , 泵变量机构的结构和工作原理 变量泵的变量调节与变量马达无关，因此，它们之间不工作会产生相互影响。 压变量机构中有一个变量柱塞7(图3)，它靠弹簧对力 中，与泵的斜盘相连接;前置的方向控制阀用来控制变 量柱塞的动作方向，即控制液流的方向;变量柱塞的位 移，即变量泵的排量取决于控制压力p和变量泵自身3 所需的控制力的大小(见图4)。 控制压力p的大小和与主泵一起旋转的补油泵2(定量3 泵)的转速有关;泵2的流量与转速成比例，液流通过流量 图4 n=2000转时，不同的工作压力和流 节流口3时产生一个压降(p-p)，这样，节流口3前12 量下所需的控制压力的大小 后的压差推动控制阀芯左移，节流口4打开，使控制油 到达变量柱塞的控制腔;控制腔内的油压同时作用在面 积A2上，使阀芯产生关闭节流口4的趋势，因此，p3 的大小不但与控制阀芯前后的压差有关，而且，与泵的 转速有关。 泵的变量柱塞 DA-控制阀 方向控制阀 调整弹簧 控制阀芯 节流孔 踏板 调节预紧力用的阀杆 压力弹簧5 3 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM 控制阀芯的力平衡关系式如下(压力弹簧5的力未计在内): p=6。92，,p + X ， F (bar) 3 f 其中:p:控制压力 (bar) 3 ,p:节流口前后压差 (bar) F:调整弹簧的作用力 ( N ) f X =0。276(40和56的泵) =0。220(90和125的泵) 2Q ,p = 3。84 (bar) 4DB1 其中:D :节流口直径 B1-3 Q = n， V， ,， 10 (l/min.) 1 g2 v :补油泵的流量 Q 补油泵的排量和节流口直径见下表: 2NG D(mm) V(cm) B1g2 40 4(3 8(3 56 5(0 11(4 90 6(5 18(4 125 7(6 26(5 例如:已知:泵的型号为:A4VG。56。DA 3D= , 5。0 mm V=11。4 cm F = 6。5 N ,=0。88 B1g2 fv p= 7 bar(控制起始点所需的最低压力) 3。1 7,0。276*6。57 = 6。92 * ,p + 0。276 * 6。5 所以 ,p= ,0。7516。92(bar) 3411。04*100。75*5-1,1100 n=(min) Q,,11。04111。4*0。883。84 上述所得的数值为近似值，它受F、D、V和 ,公差带的影响;利用在实验台上fB1g2V-1调节F的大小可以将其调定在 n,50 min 。 f 对应于其它转速的控制压力p可由下式求得: 3 2,,ni,,p,p，3，3。1i,, n,,1 ,1例如:n,1800min时 4 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM 21800,,，，p,7，,18。7bar,, 。318001100,, 通过转动DA-阀的阀杆，使得弹簧5产生一个预紧力，这样，控制阀芯的力平衡方程式将发生如下变化: p,6。92，,p，X，(F,F) 3fv 式中:F即为弹簧5的预紧力。 v 当,p不变，转速不变的情况下，控制压力将较以前减小 X，F，DA-阀的特性曲线v 将基于这个值的大小向较高转速方向平移(见图5)。 控制压力特性曲线最多可以移至n = n时，控制压力p= 0，这时，泵不再提供max3 任何流量，所有的装机功率均用于工作机构;此时所需的预紧力F可以在设定vp=0时由上式求得。 3 , 内燃机和液压系统之间的相互关系 液压系统中的主泵和辅助泵一般来说由内燃机直接驱动或通过中间减速箱间接驱动，因此，辅助泵的流量也就正比于内燃机的转速，根据DA-阀的特性曲线也就会建立起相应的控制压力p(见图5)。 3 主泵会按照图4所示的曲线，由工作压力和控制压力确定它能输出的流量，比如;当工作压力为200 bar时，主泵要想达到全流量输出，控制压力至少应为18 bar， 从DA-阀的特性曲线可以看出，此-1时内燃机的转速应为2000 min，当然， 前提条件是:内燃机有能力提供系统所需 的扭矩(即功率足够)。 如果工作压力上升至300 bar，则主泵的 流量必然降低;图中的曲线2表示的是 DA-阀的压差为2 bar、主泵恒扭矩输入时 的曲线;此时主泵的流量必然由于内燃机 的超载降速而自动回摆至0。67*V，从gmax DA-阀的特性曲线可以看出，为了使泵的 流量达到上述值，内燃机的速度将降低约-1130 min;以便使得控制压力降至16。5 bar;这样，主泵所需要的扭矩正是内燃 机所能产生的扭矩值，通过降低泵的流 量，进而降低了泵本来所需的扭矩，使得和转速、弹簧预紧力F的关系曲线 图5 控制压力p3v传动系统尽量保持在调定的给定转速值-12000 min。 5 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM 图6表示的是内燃机的转速下降与扭矩、工作压 力的关系，控制压力为18 bar，控制压力调节得 越高，内燃机速度降低得越多。 因此，控制压力不应调得过高，满足系统需要即 可;为了保险起见，一般将其调至高于从图表中 查出的控制压力值1 bar左右 。从图6中可以看 出:内燃机速度的降低不但与DA-阀的压差值 有关，而且随着内燃机的输出扭矩、以及泵的R1 规格的不同而变化;DA-阀的压差值也随着其它 工作机构功率消耗的改变而改变，例如:转向 泵，或其它工作机构的液压泵，当工作机构消耗 功率达到总功率的50%时，R从2。5增至5，1 此时，内燃机的速度降低值最大。 所需传动扭矩 NM 内燃机速度的降低总是从所需的最高控制压力开 始，这个数值与调定的给定转速相对应，，并可 以通过改变弹簧的预紧力F来进行调节，它的v 调节与内燃机的调节结合在一起，根据具体要求图6 内燃机转速的下降与工作压力、DA-阀来进行。 的 压差值R的关系。 1如果工作压力降至一个较小的值，则主泵所需的转矩减小，由于转速的升高，控制压力重新回升，泵的排量重新升至一个较大的值;通过上述方式主泵所需的转矩与内燃机的输出扭矩实现了良好的匹配。 , 所能实现的控制功能 , 极限载荷调节 如前所述，可以通过DA-控制阀按照一定的条件来限制发动机的载荷;在这 种情况下，在发动机上装有一个速度控制装置，利用它可以控制发动机的油 门，使之与它所输出的负载相适应，油门最大可调至使发动机不产生黑烟为 止，油门的这个极限位置通过一个喷油泵上的一个行程调节杆来调节，在这 个极限位置发动机达到其最大输出扭矩极限;如果负载再继续升高的话，则 只能通过调节液压泵的扭矩来全面协调;由于这个扭矩值为发动机的最大输 出扭矩，因此将其称之为“极限载荷调节”。 6 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM 由于速度控制装置不能再通过增大油门来平衡扭矩升高所产生矛盾，所以， 发动机的转速下降，控制压力p下降，泵的流量下降，直至泵的扭矩重新3 与发动机的最大输出扭矩相适应为止; 在调节过程中，泵的控制压 力必须在发动机的转速升高 -1以后保持至超过2000 min 恒定，即:只达到一个必要 的允许值，这个目的可以通 过调节DA-阀的阀杆来改变 调节弹簧的预紧力来实现; 结构上使DA-阀杆与发动机 速度调节机构的调节杆通过 一个连杆或拉线相连即可 (见图7)。 精确的调节可现场在车上来 完成。 这时，将车刹住，将DA-阀 上的预紧弹簧的预紧力调至 最大(调至限位)，将发动 机提至最高转速，然后，减 小DA-阀的预紧力，直至发 动机降至负载转速为止;这 时，最高速度工作点就已经 调好了，弹簧预紧的起始点 -1应在大约2000 min左右， 在上述两个工作点之间DA- 阀的阀杆应随着发动机油门 拉杆的位移而随之成比例地动作。 , 理想油耗工作点调节 图8所示为典型的发动机特性曲线，封闭的环行区域表示的是在中等有效缸 压、中等速度情况下的油耗情况，单位为:g/kW.h ,虚线表示的是:发动机 恒功率工况下各工作点的连线;很显然:当输出功率为10 Kw/1时，如果转-1速为2500 min、缸压为5 bar，则油耗为231 g/kW.h ,而在输出同样功率 7 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096 液压技术 TRAINING/培训 在工程机械中的应用 HTM -1，缸压的情况下，如果转速为1900 min 为6。4 bar，则油耗仅为212 g/kW.h, 比上述工况下的油耗低19 g/kW.h(约8% 左右). 利用DA控制系统可以在负载变化的情况 下，从发动机处获取工作所需的功率， 并使发动机处于最佳油耗工作点。 图9为p值的曲线，它表示的是发动机e 在不同的输出功率下的最佳油耗和转速 的 关系，中等的有效缸压p通过油门来e 调节，合适的转速则由DA-阀的阀杆来 转速 调定。 P(kW/1 行程) 油耗(g/Kw.h) 最低油耗曲线 其原理是:油门踏板和喷油泵之间的连 杆推动DA-阀的阀杆，使得图9中所示柴油机的特性曲线 的喷油量和给定转速的关系得以保持， DA-阀在发动机蹩火时，调节变量泵的所 需扭矩，以使调定的给定转速尽量保持 不变。如果将给定转速调定在理想范围 的上限，则当发动机蹩火时，油耗值将 -减小;例如:如果给定转速为1900 min 1，功率为10kW/l，则发动机蹩火时，油 耗曲线会向环行曲线的中部移动;如果 -1给定转速为1600 min，所需功率不变， 则当发动机蹩火时，油耗会增加，这种 情况下，发动机不应配备转速调节器， 只需装有怠速调节器及最终速度调节器 即可。 , 其它控制功能 根据相应的发动机的功率可以按照 上述原理任意优化转矩和转速的关部分功率输出时最小油耗和p-值、转系，总是根据发动机的喷油量确定e 速的关系 它的转矩，进而由负载的匹配、利 用DA-阀保持转速的恒定。 8 Contact person: Mr. Guo Zhenhui 联系人: 郭振会先生 Xi sanqi dong De shengmen wai, Beijing P.R. China 中 国 北 京 德 胜 门 外 西 三 旗 东 Tel: (86-10) 82912229-223 Fax : (86-10) 82918109 电话: (86-10) 82912229-223 传真: (86-10) 82918109 Postal ode : 100096 邮编 : 100096