A4VSO变量泵与工程机械节能技术研究

　　随着全球能源紧缺问题的日趋严重,大型工程机械的节能问题也越来越受到人们的重视。目前,欧美、澳大利亚等国家对进口到本国的工程机械在排放指标、节能环保和可靠性等方面提出了严格要求,因此,我国的工程机械要出口到这些国家,必须从以上方面全面提升产品性能。

　　经过多年的发展,我国的工程机械产品在设计上也体现了节能要求,但这些措施大都采用定量泵配合换向阀中位机能来实现(如图1所示),形式较单一,而且节能不够彻底。

　　图1中,定差减压阀3的作用是控制换向阀4进出油口的压差,使其近似为一常数,这样通过换向阀的流量只与换向阀的开口大小有关,而不受负载影响,当手动换向阀处于中位时,定差减压阀由于出口压力为零,开口处于最大状态,基本上不起减压作用,从而把泵的出口和油箱连通,使液压泵卸载,但当换向阀处于工作位置时,由于减压阀和换向阀的节流作用,定量泵输出的流量不会全部通过换向阀进入液压缸,必然有一部分通过溢流阀回油箱,此时,由于溢流阀一直打开,液压泵出口压力始终为系统最高压力,加之该泵为定量泵,在输入转速不变的情况下,其流量也近似不变,理论上可认为此时的液压泵为一恒功率输出单元,其工作特点有:

　　(1)换向阀处于中位时,液压泵卸载,但当换向阀处于工作位置时,液压泵始终以最大功率输出,未能做到泵的输出功率与负载相适应;

　　(2)换向阀处于工作位置时,液压泵出口压力始终为系统最高压力,未做到与负载压力相适应;

　　(3)虽然采取了流量稳定措施,可避免执行机构速度受负载影响,但未做到液压泵输出流量与负载所需流量相适应;

　　(4)无用功率包括溢流损失,定差减压阀损失和换向阀节流损失;

　　(5)该系统负载速度越快(换向阀开口越大),系统损失功率越小,效率越高。相反负载速度越低,系统损失功率越大,效率越低。其有用功率和无用功率(损失功率)与负载速度之间的关系如图2所示。因此,这种系统虽然采取了节能措施,但效果及性能仍不够理想。目前,欧美国家工程机械大都采用变量泵和负载敏感技术,使液压泵输出的功率与负载所需功率相适应,并达到完美结合,其中以A4VSO系列泵的应用尤为典型。

　　A4VSO系列液压泵为某公司生产的负载敏感型斜盘式轴向变量柱塞泵,可以说这种泵是专为大型工程机械设计生产,该泵泵体上集成了流量控制阀、压力调节阀和负载敏感接口,还预设了多个排障用检测接口,使用维护相当方便。

　　图3所示为其工作和应用原理图。泵未启动时,变量控制柱塞处于最左端,斜盘倾角处于最大位置,变量泵处于最大排量状态。泵启动后,如果换向阀处于中位,液压泵产生的压力立即作用到流量控制阀和压力控制阀阀芯的右端,由于流量控制阀弹簧设定的压力(一般为2.8 MPa)比压力控制阀(一般为28 MPa)低得多,当泵出口压力达到流量控制阀的设定压力(约2.8MPa)时,流量控制阀阀芯左移,处于右位工作状态,泵的出口压力通过流量控制阀和压力控制阀到达变量控制柱塞的左腔,这时变量控制柱塞的左右两腔都作用泵的出口压力,但由于左腔的作用面积比右腔的大,变量控制柱塞会受到向右的液压力,这个液压力克服弹簧力和控制柱塞阻力,使变量控制柱塞右移,斜盘倾角减小,直到泵输出的流量近似为零,使液压泵卸载。