工程機械功率傳輸的優化匹配

工程機械    時間:2014-03-12 00:22:26
工程機械功率傳輸的優化匹配簡介
      工程機械一般通過柴油機—取力器—液壓泵—液壓馬達(或液壓缸)—減速器—執行元件進行功率傳輸,其中可調控功率的部件為柴油機、液壓泵和液壓馬達。工程機械……
工程機械功率傳輸的優化匹配正文
  

工程機械一般通過柴油機—取力器—液壓泵—液壓馬達(或液壓缸)—減速器—執行元件進行功率傳輸,其中可調控功率的部件為柴油機、液壓泵和液壓馬達。工程機械在作業過程中負載變化很大,如果其功率傳輸系統匹配不合理,不僅會造成系統發熱、能源浪費和環境污染,還會影響整機性能、作業效率和使用壽命。功率傳輸優化匹配,就是使柴油機輸出功率適應負載變化需要,以實現功率損失最小、污染最少、油耗與雜訊最低和作業效率最高的目的。


1.柴油機的最佳運轉狀態

柴油機的運轉狀態直接影響整機動力性能和經濟性。柴油機的外特性曲線如圖1所示。從圖1可以看出,功率、扭矩和油耗隨轉速變化而變化。功率曲線是一個上升的拋物線,功率隨著轉速的增大而增大;扭矩曲線是一個不對稱的拋物線,在0~n1(n1為最大扭矩點轉速)之間扭矩呈上升趨勢,之後呈下降趨勢;油耗曲線呈凹形曲線,在某一轉速時耗油量最低。柴油機的最佳工作區域一般在最大功率的85%、扭矩較大、油耗較低的區域內。

2.液壓泵和馬達的最佳轉速

液壓泵、液壓馬達同柴油機一樣,有一個最佳的運轉速度區域。在該區域內,其機械效率ηC、容積效率ηV為最佳,發熱量、雜訊最小,使用壽命最長。因此,應使工程機械在液壓泵、液壓馬達的最佳轉速區域內工作,一般最佳轉速為最高轉速的85%左右。


3.功率可調部件的合理匹配

柴油機、液壓泵和液壓馬達為可調控功率部件。當柴油機、液壓泵和液壓馬達的最佳工作轉速確定后,可通過改變取力器、減速器(變速器)的傳速比i來協調它們之間的參數關係,以實現它們之間的合理匹配。如柴油機的最佳轉速為nf為1600 r/min,液壓泵的最佳轉速為nb為2000 r/min,則取力器(或減速機)的速比為兩者比值(0.80),即取力器(或減速機)的速比i為0.80時,柴油機、液壓泵和液壓馬達均處於最佳運轉狀態。


4.功率模塊化控制

工程機械作業時外部負載變化比較大,相應的功率變化也比較大,僅選取一個工況匹配液壓泵和液壓馬達難於滿足實際要求,因此應根據作業工況設置若干個功率模塊。

比如在設置RP1250型攤鋪機功率模塊時,可將其道依茨BF6M1013EC型柴油機最佳轉速點設置為1450 r/min、1600 r/min和1800 r/min,對應功率分別為130 kW、150 kW、170 kW,液壓泵、液壓馬達的對應轉速分別為1800 r/min、2000 r/min和2200 r/min。

攤鋪機在攤鋪瀝青混合料面層時,負載較小,可選用第一模塊,即柴油機轉速為1450 r/min、功率為130 kW,液壓泵與液壓馬達轉速為1800 r/min;在攤鋪瀝青混合料底層時,負載為中等,可選用第二模塊,即柴油機轉速為1600 r/min、功率為150 kW,液壓泵與液壓馬達轉速為2000 r/min;當攤鋪水泥穩定砂礫等路基材料時,負載較大,可選用第三模塊,即柴油機轉速為2000 r/min、功率為170 kW,液壓泵與液壓馬達的轉速為2200 r/min。

功率模塊的選用和控制,可根據工況需要進行人工控制或自動控制。目前一些先進工程機械(如挖掘機)已經廣泛採用功率模塊化控制方式。


5.負載反饋控制

工程機械作業時,其外部負載不斷變化,當選定某一功率模塊后,功率傳輸系統輸出的功率應不斷適應外部負荷變化。近年來工程機械一般採用恆功率負載反饋控制液壓系統,即液壓泵輸出壓力P與其排量q的乘積為定值,以此適應外部負載變化。

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