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全功率控制

作者: 陈师傅

发布时间: 2019-12-19 14:00:42

三.全功率控制
㈠恒转矩控制的不足 
这种恒转矩控制系统,随着负荷变动,变量泵自动改变排量,具有响应快的优点,但存在以下不足之处:
(1)泵控制特性(即 P-Q 特性)一般还是由液压和弹簧作用来实现的,不能得到理想的恒功率曲线,而是用折线来近似等功率曲线,存在误差,如图 10 所示。

(2)考虑到由于大气状态(气压、气温和湿度)变化,采用较差燃油和使用过程中发动机性 能恶化等原因,都会使得发动机功率有所下降,因此在设定液压泵总吸收功率时要有一定的 余量,一般按发动机额定功率 90%来设定,其泵控制特性的设定如图 10 所示。
液压泵吸收功率是随着发动机转速的变化而改变,其 p-Q 特性随转速 n 的变化如图 11 所示。
发动机和液压泵的转矩匹配情况如图 12 所示,从图中可以明显看出这种转矩控制系统 不能充分利用发动机功率;当发动机性能曲线稍有降低时,发动机转速下降幅度大,液压泵 的吸收功率将会有大幅度下降。压力感应实际上是恒转矩变量系统,而功率与转速有关,难 以达到恒功率控制的要求。
㈡转速感应控制(全功率控制) 

为了克服转矩控制系统的缺点,挖掘机上除了采用压力感应控制外还采用了转速感应控
制(ESS-Engine Speed Sensing 发动机转速感应系统)。 目前挖掘机上转速感应控制有以下两种方式:
(1) 采用电液比例减压阀方式
这种转速感应控制系统组成如图 13(a)所示。 
该系统由泵倾斜盘控制机构、电液比例减压阀、控制器、转速传感器和油门开度传感器
等组成。由油门开度传感器检出发动机油门开度,输入控制器,由微处理机计算出此油门开 度下,发动机最大功率的转速 n R ,并以此转速作为控制目标。当泵吸收功率过大使发动机转速低于目标转速时,控制器发出控制信号,通过电液比例减压阀,使泵吸收功率降低,减 小发动机负荷,使发动机转速上升。当泵吸收功率过小时使发动机转速高于目标转速时,控 制器发出控制信号,通过电液比例减压阀,使泵吸收功率增加,增加发动机负荷,使发动机 转速下降,发动机始终保持最大功率转速 n R 处工作,如图 14 所示。
一般采用脉宽调制方式来控制电液比例减压阀,控制器向电液比例减压阀输出控制液 压,电液比例减压阀特性如图 15 所示。随着输入控制电流 I 的增加,输出控制液压增加。 通过电液比例减压阀控制的液压泵特性曲线如图 16 所示。实现变功率控制。
为了充分利用发动机功率,转速感应控制系统发动机和液压泵的匹配采取超马力设定, 即液压泵最大吸收功率超过发动机最大额定功率,因为有转速感应控制,可以把液压泵功率 拉回至发动机的额定功率,充分吸收发动机全功率,而且发动机不会过载。一般还将液压泵 最大负荷力矩(电液比例减压阀电流最小时)设定低于发动机最大力矩,以保证电液比例减压 阀失效时,发动机也不会熄火。其匹配情况如图 17 所示,图 17 为泵 p-Q 特性上,液压泵 与发动机功率匹配情况。其控制系统方块图如图 18 所示,在此图中也表示了整个控制系统 的组成。油门开度传感器检出发动机油门开度,通过 A/D 变换输入计算机,通过内存查表 求得控制的目标转速。转速传感器检出旋转脉冲,通过 F/D 变换将脉冲量变为数字量,求得发动机实际转速,与目标转速进行比较得到转速差△ne,通过微机 PID 运算,以脉宽调制 方式输出,经功率放大输入电液比例减压阀,对液压泵进行控制调节。
当转速感应控制系统出现故障时,可以通过后备开关将此系统切断,同时将电液比例减 压阀通过电阻和电源相连接,使得能以一定的电流通过电液比例减压阀,转速感应控制功能 消除。液压泵吸收功率设定和压力感应控制一样,一般按发动机额定功率 90%来设定,为 此要正确选择电阻值,使得通过电液比例减压阀的电流值产生液压泵 90%设定的控制液压。
(2)采用高速电磁阀方式 
这种转速感应控制系统的组成如图 19 所示。 
这种转速感应控制系统的液压泵排量控制是电子化的,完全由 软件来确定,液压泵变量控制特性 可以任意设定,而且控制系统的响 应也可变化,按照需要来设定。
液压泵的排量由伺服活塞 7 的位置来确定,伺服活塞两端液压 作用 b 面积不相等,其小端一直与 控制泵压力油相通,其大端通过高 速电磁阀 6 可与控制泵相通或断 
开,大端又可通过高速电磁阀 5 与回油相通或切断。当两高速电磁 阀都处于关闭状态,伺服活塞固定 液压泵排量不变;高速电磁阀 5 闭、高速电磁阀 6 开,液压泵排量 增加;反之液压泵排量减少,两高 速电磁阀的开闭通过控制器中微 机来控制的,微机根据油门开度传 感器、压力传感器和转速传感器等信号,根据控制软件确定液压泵排量,输出控制电信号来操纵高速电磁阀,改变液压泵倾斜盘转角,又通过液压泵倾斜盘角度传感器,进行反馈控制。
 

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