多路阀与变量泵恒功率-负流量控制机理研究

秦娟娟 杨小波 窦建明 解 号

（1.兰州工业学院，兰州 730050；2.兰州石化设备维修公司，兰州 730060）

1 研究背景

六通多路阀与交叉恒功率双联变量泵是挖掘机的核心液压元件，多路阀与变量泵组合实现多种控制方式，有正流量控制、负流量控制、负载敏感控制、恒功率控制、发动机转速敏感控制等节流技术，在工程机械上得到了广泛应用。多路阀、变量泵以及其他液压元件组成的液压传动应用在起重机械、土方机械、桩工机械和混凝土机械等设备中控制执行元件的动作，可以实现执行元件的单独动作和复合动作。多路阀同时提出了向变量泵提供流量控制信号，变量泵的排量与旁路回油上负流量控制压力成负线性关系，组成多路阀与变量泵负流量—恒功率变量控制液压系统。因此，揭示多路阀与变量泵的内部结构及其主要参数对液压挖掘机系统设计具有重要意义，本文分析六通多路阀与变量泵实现恒功率-负流量控制机理，为其恒功率-负流量控制动静态特性的研究提供理论依据和指导。

2 六通多路阀和变量泵的结构及其控制机理

图1为多路阀与变量泵恒功率-负流量系统原理图，变量泵为恒功率控制泵，六通多路阀阀芯上开有节流槽，节流槽移动和阀体相对位置可控制通过阀口流量的大小，通过阀芯的中心结构可更好地与变量泵中的伺服控制阀相连。变量泵与多路阀组成负流量—恒功率变量控制液压系统。

图2为变量泵的结构，整个泵装置是斜盘式轴向柱塞变量双泵。双泵由一个电动机驱动，两个变量泵串联在一起，共用一个阀体。每个变量泵分别由伺服控制阀、负流量控制柱塞、恒功率控制柱塞、伺服变量活塞等部件组成。

图3为恒功率变量泵中一个变量泵的压力—流量特性曲线图。图3中ps为负流量控制压力，qps为泵在负流量控制阶段的输出流量；pd为泵出口压力，qm为泵在最大排量状态下的输出流量；qpd为泵在恒功率（近似）控制阶段的输出流量；ps–qps曲线(ABGH段)表示泵的负流量控制压力与泵输出流量关系。

两个变量泵上各装有一个调节器，每个调节器由伺服控制阀、伺服变量活塞、恒功率控制柱塞和负流量控制柱塞等部件组成。变量泵Ⅰ出口的油液压力同时作用于伺服活塞3的小腔、伺服阀的P口、恒功率控制柱塞7的台阶和恒功率控制柱塞8的柱塞环形面上。变量泵Ⅱ出口的油液压力同时作用于伺服活塞4的小腔、伺服阀的P口、恒功率控制柱塞8的台阶和变量泵Ⅰ调节器中恒功率控制柱塞7的柱塞环形面上。调节器可控制泵的排量，如图3压力—流量特性曲线中的曲线CDE段，泵在变量中实现恒功率控制。图3中的ABMN段，当多路阀均处于中位时，变量泵输出的压力油液通过开中心结构的多路阀中位和多路阀中位出口处的阻尼孔流回油箱，因回油箱的流量最大，使得油液进入阻尼孔前液阻增大，产生较大的控制压力，控制压力增大作用在伺服变量活塞上使泵的输出流量减小（MN段）。

图1 多路阀与变量泵恒功率-负流量系统原理图

变量泵的交叉恒功率控制由调节器中的伺服控制阀、恒功率控制阀和负流量控制阀共同作用，根据两个泵的出口压力p1和p2叠加自动改变泵的斜盘摆角，在柴油机转速不变时输入功率为恒功率。当操纵手柄操纵整体式多路阀的某个阀芯移动时，进油阀口面积增大，而回油路的阀口逐渐减小至最终关闭，在此过程中负流量阻尼孔前的控制压力ps1、ps2随着回油路阀口的逐渐减小而下降，泵输出的油液流量又由最小增至最大，如图3中的NMBA。

图2 交叉恒功率变量泵

图3 变量泵压力-流量特性曲线

当变量泵Ⅰ出口压力P1或变量泵Ⅱ出口压力P2降低时，作用在恒功率控制柱塞6（7）的柱塞台阶和环形面上的液压力减小，在控制柱塞右端弹簧弹簧力的作用下，伺服控制阀阀芯右移，伺服控制阀切换至右位工作，伺服活塞大腔与回油接通，泵出口的压力油进入小腔，伺服活塞在小腔液压力作用下左移，带动泵斜盘摆角变大，排量变大。当变量泵Ⅰ出口压力P1或变量泵Ⅱ出口压力P2降低时，作用在恒功率控制柱塞6（7）的柱塞台阶和环形面上的液压力增大，克服弹簧弹簧力作用，伺服控制阀阀芯左移，伺服控制阀切换至左位工作，伺服活塞大腔与伺服阀的A口接通，压力油进入大腔，活塞左右两端压力相等，在左端作用面积大的油压下，伺服活塞向右移动，带动泵斜盘摆角变大，排量变大。

负流量控制可减少操作控制阀在中位时泵的流量，泵的流量随司机操作多路阀节流口大小有关，这样改善调速性能，避免了无用能耗。当多路阀位于中位时，负向流量控制压力ps1（ps2）最大，通过作用在负流量控制柱塞大腔，在液压力作用下克服弹簧力推动柱塞向右移动，伺服阀切换至左位工作，压力油液进入伺服阀的P口，经A口流出进入伺服活塞的大腔，在伺服活塞大小面积差的作用力下，推动伺服活塞向右运动，带动泵的斜盘摆角减小，排量变小。

3 结论

通过分析变量泵的负流量控制压力-流量特性、交叉恒功率控制压力-流量特性以及泵最大排量的压力-流量特性得工作机理，为动静态特性的研究提供理论依据和指导。操纵手柄带动多路阀阀芯移动，手柄的操纵速度决定多路阀阀芯节流口的开度，进而决定回油路回油量的大小，在变量泵的负流量控制柱塞能够使通过阻尼孔孔流量产生的控制压力ps调节变量泵的输出流量。多路阀节流口开度越小，负流量控制压力ps越大，泵的输出流量越小；反之亦然。变量泵中的伺服阀芯和恒功率控制柱塞保证泵的输出功率理论上不受负载影响，而维持恒定。