匹配发动机的液压泵复合式控制特性研究

　　1 引言

　　液压泵是工程机械液压系统的核心动力元件，通常由发动机直接驱动。工程机械工况复杂，负载变化频繁，经常造成发动机熄火等问题^[1]。为此操作人员要调节油门使发动机转速变化，以输出不同扭矩提供给液压泵。而发动机输出扭矩随转速变化的关系是由其外特性决定的，所以如何使泵扭矩与发动机外特性匹配成为解决问题的关键。目前工程机械大多采用DA 极限匹配法^[2]，保证发动机不过载，但它会造成发动机的扭矩利用率低，功率浪费严重。理论上也可以采用专用电子控制器^[3]，使泵理想匹配发动机扭矩变化，但控制算法复杂，可靠性低，应用在工程实际中还不现实。据此本文提出DA 与EP 的复合式控制方案，通过分段应用两种成熟技术实现泵与发动机较好匹配，并对复合式控制动态特性进行研究。

　　2 泵与发动机的特性分析

　　2. 1 液压泵特性分析

　　液压泵的输入扭矩计算可用下式表示:

　　T = P·v·η ( 1)

　　其中T 为发动机扭矩，P 为液压泵的压力，v 为液压泵的排量，η 为效率因子。为便于研究假定泵的压力不变，匹配研究转化为控制排量适应发动机扭矩变化。

　　DA 控制是一种排量转速控制方案，即发动机的转速升高时，液压泵的先导控制压力升高，泵的排量随之增大。对DA 控制进行静态计算表明，泵控制压力与转速的平方成正比^[4]，即泵排量与转速的平方正相关。

　　所谓EP控制，即泵的电比例控制方案。从图1可以看出，液压泵的排量在零点死区外的范围内与电控制信号基本呈线性关系。由此只需将电信号表达成转速的一次线性式，即可实现液压泵排量随转速线性变化。

　　2. 2 发动机特性分析

　　工程机械因为其本身特点，所选用发动机大多为内燃机，且以柴油机为主^[5]。以某型挖掘机用柴油机为例，其工作特性如图2 所示。

　　工程机械发动机实际工作的转速范围是1000r/min ～2000r / min，从它的外特性曲线可以看出其扭矩有一个随转速先升高增加后减小的过程，在部分扭矩范围内存在两个不同转速对应同一扭矩值的情况，但是DA 控制下的液压泵排量变化是一条单调上升曲线。因此，如果转速超过了最大扭矩转速nTm，泵与发动机难以达到理想匹配。为了保证液压泵扭矩始终在发动机外特性之下，发动机不会过载，就必须牺牲较多的扭矩和功率。如果将nTm作为分段点，应用DA和EP两种技术对液压泵排量进行分段控制，将能比较好的解决这个问题。