泵與發(fā)動機的功率匹配原理

1、泵與發(fā)動機的功率匹配原理發(fā)動機的輸出功率：=· /9 549 （1）式中：發(fā)動機輸出功率（kw）發(fā)動機轉(zhuǎn)矩（n·m） 發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）泵的輸出功率為： /60 /60 000 （）式中：泵的輸出功率（kw）泵出口壓力（mpa）泵出口流量（l/min）泵的排量（ml/r）泵的轉(zhuǎn)速（r/min）泵與發(fā)動機直接連接，有=。由傳動關(guān)系知，與又滿足：= （3）式中 1泵與發(fā)動機之間的傳動效率，泵與發(fā)動機直接連接時取為1，泵與發(fā)動機通過分動箱相連時取為0.97 2泵自身的效率 ，由于泵一般為變量柱塞泵，當(dāng)泵的排量、轉(zhuǎn)速、壓力變化時，效率也隨之變化，因此，泵的效率值由供應(yīng)商提供。

2、當(dāng)發(fā)動機期望工作在某一最佳工作點時，其輸出轉(zhuǎn)矩為一常值，所以泵與發(fā)動機功率匹配，有關(guān)系式： /2常值 （4）式中：泵的吸收轉(zhuǎn)矩n·m因此，當(dāng)負(fù)載變化時，通過調(diào)節(jié)泵的排量使得泵的輸出轉(zhuǎn)矩不變，就實現(xiàn)了泵與發(fā)動機之間的功率匹配，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為設(shè)定的最佳工作點處的轉(zhuǎn)速。從而得出結(jié)論：當(dāng)發(fā)動機在設(shè)定的最佳工作點運行時，欲實現(xiàn)泵與發(fā)動機匹配，則要求泵具有恒功率特性，圖所示。此主題相關(guān)圖片如下：disablelbcode恒功率泵可采用機械控制或微控器控制，機械控制的恒功率變量是靠不同的彈簧組合來近似實現(xiàn)恒功率的，在其恒功率區(qū)段能實現(xiàn)泵與發(fā)動機的匹配，但是有調(diào)節(jié)不方便、存在誤差等不足。而當(dāng)采取微控

3、器（如控制器）控制時，能實現(xiàn)泵與發(fā)動機的精確匹配，而且調(diào)節(jié)方便。 柴油機最佳工作點的選取圖是發(fā)動機的外特性轉(zhuǎn)矩曲線圖，曲線是發(fā)動機的全負(fù)荷速度特性，斜線、為不同油門位置時的調(diào)速特性。點、分別是對應(yīng)的最大功率輸出點。因為一個油門位置對應(yīng)一個最大功率輸出點，所以最大功率（，）是油門位置的函數(shù)，即：（，）（） （5）所以只要調(diào)節(jié)油門的位置，就可選擇不同的功率模式。發(fā)動機在工作時，其所受的轉(zhuǎn)矩為自變量，轉(zhuǎn)矩的大小取決于后接負(fù)載的大小，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速是因變量，所以：（） 因為發(fā)動機正常工作時，后接負(fù)載往往低于該油門位置時的最大負(fù)載，所以發(fā)動機工作時往往工作在調(diào)速特性階段，而調(diào)速特性段的功率低于該油門位置時

4、的最大功率，因此發(fā)動機在正常工作時其效能往往未能得到充分發(fā)揮。要想得到最大的工作效率，發(fā)動機應(yīng)始終工作在最大功率點。在不同的油門位置下，雖然都可以工作在最大功率點，但是在有些最大功率點（如圖中的、點）抗過載能力很差，容易導(dǎo)致發(fā)動機熄火，所以在不同油門位置下，最大功率點的設(shè)定應(yīng)如圖中的、點，使得在每一個最大功率點都留有一定的過載余量如 ，而不至于導(dǎo)致發(fā)動機熄火， 大小視不同油門位置時的具體工作特性而定，其趨勢如圖中的曲線，因此實際工作時設(shè)定的最大功率點應(yīng)落在 曲線上。此主題相關(guān)圖片如下：DISABLELBCODE 由圖的柴油機外特性曲線可以看出（見圖中曲線）：發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)矩的增加會引起發(fā)動機轉(zhuǎn)速

5、的下降（掉速），當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降至最大轉(zhuǎn)矩點時?熏發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩開始下降，此時發(fā)動機工作不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速急劇下降直至熄火，為了防止發(fā)動機熄火和充分利用發(fā)動機功率，只有及時減小液壓泵的排量，降低發(fā)動機的負(fù)荷。從圖可以看出，只有當(dāng)發(fā)動機工作在（ ， ） r/min區(qū)段時即可兼顧發(fā)動機輸出功率與轉(zhuǎn)矩均在較大且比油耗最小狀態(tài) 泵與發(fā)動機匹配的實現(xiàn)對于全液壓推土機，泵與發(fā)動機匹配的實現(xiàn)，一般采用極限負(fù)荷調(diào)節(jié)法。由圖可以看出，由于變量柱塞泵具有恒功率的特性，所以實現(xiàn)恒功率控制是一種最理想的狀態(tài)。但在實際應(yīng)用中，恒功率控制是非常難以實現(xiàn)的，比較成功的一種辦法是實現(xiàn)發(fā)動機的恒轉(zhuǎn)速控制。采用極限負(fù)荷調(diào)節(jié)法，使發(fā)動機

6、工作在最佳轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。如圖，發(fā)動機和變量泵剛性聯(lián)接在一起，變量泵輸出的高壓油液經(jīng)高壓油管使行走馬達旋轉(zhuǎn)輸出動力，輸出的動力經(jīng)減速后傳給履帶。操作油門操縱桿，會同時拉動油門位置傳感器產(chǎn)生電信號傳給微控器，所有信號可以通過儀表板顯示出來此主題相關(guān)圖片如下：1.儀表板 2.轉(zhuǎn)速傳感器 3.行駛手柄 4.變量泵 5.MC微控器 6.履帶 7.高壓油管 8.行走馬達 9.發(fā)動機 10.油門桿 11.油門位置傳感器 當(dāng)機器在鏟掘工況時遇到大負(fù)荷，行走馬達的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加；在行走閉式系統(tǒng)的流量、馬達轉(zhuǎn)速不變的情況下，馬達的排量也會保持不變。但由于負(fù)荷的增加，高壓油管內(nèi)的壓力就會升高。這樣使得變量泵的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增

7、加，由于發(fā)動機和變量泵直接連接在一起，泵的負(fù)載增加導(dǎo)致發(fā)動機飛輪轉(zhuǎn)矩增加。在負(fù)載的作用下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降。此時，微控器根據(jù)由轉(zhuǎn)速傳感器傳來的信號，計算出此時實際轉(zhuǎn)速與對應(yīng)油門開度下的設(shè)定轉(zhuǎn)速的差值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理和運算后，調(diào)節(jié)變量泵的比例閥電流，以減小變量泵的排量而使其吸入轉(zhuǎn)矩減小，由于負(fù)載的減輕，發(fā)動機轉(zhuǎn)速回升；反之亦然。這樣使發(fā)動機工作在最佳轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。圖為極限負(fù)荷調(diào)節(jié)過程的原理圖。 此主題相關(guān)圖片如下： 馬達與泵的匹配從理論上講，馬達與泵并無特殊的匹配關(guān)系。但是在推土機的實際設(shè)計過程中，馬達與泵有排量上的匹配關(guān)系，根據(jù)匹配經(jīng)驗，一般馬達的排量應(yīng)為泵排量的1.62.2倍，否則，會出現(xiàn)行走系統(tǒng)壓

8、力過高、行駛速度波動過大、馬達轉(zhuǎn)速過高、發(fā)動機出現(xiàn)掉速和作業(yè)效率低等故障。一般來說，馬達排量越大越好，但馬達排量越大，會使制造成本過高。馬達排量和推土機發(fā)動機的飛輪功率也有一個匹配關(guān)系。當(dāng)發(fā)動機的飛輪功率用馬力表示時，馬達排量為飛輪功率的0.81.1倍合適。全液壓推土機的匹配計算時，應(yīng)考慮充分利用液壓泵和馬達的的效率，影響馬達效率的因素有轉(zhuǎn)速、壓力和排量，這個方面必須綜合考慮。根據(jù)、和三大著名液壓元件廠商提供的資料，變量柱塞泵和馬達有以下特點：（）泵的工作高效區(qū)。假設(shè)行走泵工作的額定壓力為，額定轉(zhuǎn)速為，最大排量為，當(dāng)行走閉式系統(tǒng)工作壓力在0.20.85 、泵工作轉(zhuǎn)速在0.30.85 、泵的排量

9、在0.701.0 變化時，泵的效率變化不明顯，此范圍內(nèi)泵的總效率可達以上。（）馬達工作高效區(qū)。馬達的高效區(qū)同泵的高效區(qū)有相似性，假設(shè)馬達工作額定壓力為，額定轉(zhuǎn)速為，最大排量為，當(dāng)行走閉式系統(tǒng)工作壓力在0.40.85 、馬達工作轉(zhuǎn)速在0.10.45 、馬達排量在0.801.0 變化時，效率變化不明顯，此范圍內(nèi)馬達的總效率可達以上。根據(jù)上述特點，在進行總體匹配時，要將推土機的切土和運土工況匹配在上述區(qū)域，在高速返回工況，也要盡量匹配在高效區(qū)。 傳動系統(tǒng)速比的選擇傳動系統(tǒng)速比是全液壓推土機匹配中一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，它對推土機的作業(yè)效率和可靠性有很大影響。傳動系統(tǒng)的速比與主機總體設(shè)計時所需的最大牽引力

10、和最大行駛速度有關(guān)。速比的選取首先應(yīng)保證推土機的最大理論牽引力。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，全液壓推土機最大理論牽引力為機重的1.151.30倍較為合適。過小會出現(xiàn)最大牽引效率段的速度過低，影響作業(yè)效率，行走液壓系統(tǒng)的壓力過高，易出現(xiàn)爆管，發(fā)動機易掉速。過大會出現(xiàn)生產(chǎn)成本過大，系統(tǒng)壓力過低，泵和馬達在低壓力下機械效率偏低。其次，速比的選取還應(yīng)考慮最大行駛速度，最大倒車空駛速度一般應(yīng)為1011 km/h，一般不應(yīng)低于9.0 km/h，否則會影響作業(yè)效率。設(shè)計時應(yīng)保證推土機在切土工況時的速度為23 km/h，運土工況的行駛速度為46 km/h。速比的選擇應(yīng)綜合考慮，為降低減速器齒輪的攪油損失，提高馬達和減速器的

11、使用壽命，應(yīng)控制馬達的最高轉(zhuǎn)速在馬達許用轉(zhuǎn)速的0.60.8 之間。 小結(jié)（1）全液壓推土機傳動系統(tǒng)與柴油機匹配時，要將正常工作的工況匹配在最大功率、低油耗區(qū)，并防止柴油機轉(zhuǎn)速波動過大；（2）泵與柴油機匹配時，采用極限負(fù)荷調(diào)節(jié)法，通過MC控制器的PID運算，可以較好地使柴油機工作在最佳轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)；（3）泵與馬達匹配時，一定要注意泵與馬達的排量匹配關(guān)系，并在匹配時，將推土機的切土和運土工況匹配在泵和馬達的高效區(qū)；（4）機械傳動系統(tǒng)的總速比要兼顧最大牽引力和最大行駛速度，不能顧此失彼，否則會影響整機的牽引性能。R-直列多缸排列發(fā)動機V-V型汽缸排列發(fā)動機B-水平對置式排列多缸發(fā)動機WA-汪克爾轉(zhuǎn)子發(fā)

12、動機W-W型汽缸排列發(fā)動機Fi-前置發(fā)動機（縱向）Fq-前置發(fā)動機（橫向）Mi-中置發(fā)動機（縱向）Mq-中置發(fā)動機（橫向）Hi-后置發(fā)動機（縱向）Hq-后置發(fā)動機（橫向）OHV-頂置氣門，側(cè)置凸輪軸OHC-頂置氣門，上置凸輪軸DOHC-頂置氣門，雙上置凸輪軸CVTC-連續(xù)可變氣門正時機構(gòu)VVT-i-氣門正時機構(gòu)VVTL-i-氣門正時機構(gòu)ES-單點噴射汽油發(fā)動機EM-多點噴射汽油發(fā)動機SDi-自然吸氣式超柴油發(fā)動機TDi-Turbo直噴式柴油發(fā)動機ED-缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動機PD-泵噴嘴D-柴油發(fā)動機（共軌）DD-缸內(nèi)直噴式柴油發(fā)動機TA-Turbo（渦輪增壓）SFI-連續(xù)多點燃油噴射發(fā)動機FSI

13、-直噴式汽油發(fā)動機氣門 Valve頂置凸輪軸 Over Head Camshaft（OHC） 頂置雙凸輪軸 Double Over Head Camshaft（DOHC）或稱Twin Camshaft直列四缸 Inline4水平對置發(fā)動機(Boxer Engine)四沖程汽油機(Reciprocating 4Stroke Cycle Engine)柴油機(Diesel Engine)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(Rotary Engine)氣缸體(Cylinder Block)氣缸套(Cylinder Liner)連桿(Connecting Rod)曲軸(Crank Shaft)油底殼(Oil Pan

14、)活塞(Piston)活塞銷(Piston Pin)活塞環(huán)(Piston Ring平衡機構(gòu)(Balancer)氣缸蓋(Cylinder Head)進氣門和排氣門(Intake Valve/Exhaust Valve)氣門座(Valve Seat)氣門彈簧(Valve Spring)氣門鎖塊(Cotter)氣門間隙調(diào)節(jié)墊片(Shim)凸輪軸(Camshaft)搖臂(Rocker Arm)搖桿(Swing Arm)齒形皮帶(Timing Belt)氣門間隙調(diào)節(jié)器(又稱液壓挺桿)(Valve Lash Adjuster)配氣相位(氣門開閉角度)(Valve Timing)可變進氣系統(tǒng)(Variable Induction System)化油器(Carburetor)喉管(Venturi)可變喉管(Variable Venturi)汽油泵(Fuel Pump)慣性增壓(Inertia Change)進氣管(Intake Manifold)節(jié)氣門(Throttle Valve)空氣濾清器(