K5V变量泵控制原理分析及在泵车上的应用

2022-07-21 10:45陈建华陈有锦
中国工程机械学报 2022年3期
关键词:柱塞泵柱塞泵送

陈建华,陈有锦,阳 勇

(1.湖北交通职业技术学院汽车与航空学院,湖北武汉 430079;2.昆明理工大学机电工程学院,云南昆明 650504;3.北京三一工程机械有限公司维修服务部,北京 102200)

K5V 系列液压泵是川崎重工精机系列产品,以变量柱塞泵为主体,配以精密复杂的变量控制机构,能够实现液压泵的流量控制、压力控制以及功率控制,在变量泵的控制精度、稳定性及节能方面都具有较大的优势,广泛应用于工程机械领域及其他行业[1]。

1 K5V变量泵控制原理

1.1 K5V变量泵结构

K5V 系列液压泵有K5V200SH、K5V140S/DT、K5V112S 等多种类型的产品,现以K5V200SH 变量泵为例介绍泵的结构。K5V200SH 泵为单泵,由泵体、控制器组成,外形如图1 所示。泵体为斜盘式轴向柱塞变量泵,由斜盘、回程盘、配油盘、缸体、传动轴、柱塞、滑履等组成,控制器即伺服变量调节机构由流量调节、压力调节、功率调节、比例电磁阀、变量柱塞、弹簧等组成[2],其结构如图2所示。

图1 K5V200SH液压泵外形图Fig.1 Outline drawing of K5V200SH hydraulic pump

图2 K5V变量柱塞泵结构Fig.2 Structure diagram of K5V variable displacement piston pump

1.2 K5V变量泵控制原理分析

K5V 柱塞泵变量调节机构的控制功能包括电比例排量控制、恒功率控制、压力切断控制等[3],根据变量调节机构的特点和负载变化的影响分析控制原理,如图3 所示。图中:1(A)为接先导油口Psv;2(P)为接蓄能器压力油口;3(DR)为油箱接口;A 油口为变量泵的主油路口;Dr为变量泵泄漏油口;PB为油泵B出口压力。

图3 K5V变量泵控制机构Fig.3 The control mechanism of K5V variable displacement pump

1.2.1 电比例排量控制

电比例排量控制的工作原理:减压阀的出口压力油经Psv 口进入比例电磁阀,比例电磁阀得电后输出二次压力,二次输出压力作用在功率控制阀左端的小柱塞上,使功率控制阀阀芯左移,阀右位工作,变量柱塞左移,使柱塞泵排量增大,变量柱塞大腔液压油经功率控制阀流回油箱[4]。变量柱塞左移带动功率控制阀阀体左移,与阀芯重新对应于中位,泵输出最大排量。

电流增大,二次输出压力增大,泵的排量增大,小柱塞端弹簧设定值不大于2.66 MPa。

1.2.2 恒功率控制

随着工作压力的提高,为了避免泵的功率超过原动机功率发生闷车熄火等现象,这时功率控制阀开始起作用。变量泵输出油进入变量柱塞右腔和功率控制阀左端大柱塞,当压力超过柱塞弹簧设定值时,推动功率控制阀阀芯右移,阀左位工作,液压油通过功率控制阀左位和压力切断阀左位进入变量柱塞左腔,由于柱塞左腔面积较右腔大,压力油推动柱塞右移,变量泵排量开始减少,变量柱塞右移通过反馈杆作用使阀固定在一个新的位置,从而维持泵的功率恒定[5]。大柱塞端弹簧设定值不小于16 MPa。

1.2.3 压力切断控制

在前面的两阶段工作过程中,压力切断阀因左端弹簧力作用处于左位工作,随着工作压力进一步提高,达到溢流阀的设定值时,溢流阀因溢流而实现压力切断,压力切断阀在右端液压力作用下处于右位工作,液压油进入变量柱塞左腔,使柱塞泵排量减少,使系统工作在溢流阀设定值以下,实现恒压控制,避免泵超压损坏[6]。溢流阀的设定值约32 MPa。

3 种控制的优先权依次是压力控制、恒功率控制、流量控制。根据控制电流和外负载变化影响,K5V 变量泵也可以实现电比例排量与恒功率复合控制、电比例排量与压力切断复合控制、压力切断与恒功率复合控制[7]。

2 K5V系列泵的应用

K5V 系列变量泵广泛应用于混凝土泵车上,在泵车的使用过程中,有时会出现泵的排量、压力不在正常的工作范围之内,需要进行必要的调整或应急处理,才能保证泵车正常工作。

2.1 故障现象

1台臂架式泵车,主油泵为川崎K5V变量泵,由柴油发动机驱动,在泵车工作的时候,泵送混凝土时不出料,正泵、反泵、空泵时动作较慢,换向压力正常,泵在最大排量时打泵的次数比规定的工艺次数少2~3次。

2.2 故障原因分析

根据泵车泵送较慢和堵管的故障现象,从机械、电气、液压3 个方面进行检查和分析。先分析机械方面的原因,泵送较慢或堵管需要检查泵送系统元件的工作状况,仔细检查眼镜板与切割环间隙,发现间隙正常,密封性能良好,无漏浆可能,无较严重磨损痕迹;摆动缸接头连接牢固,无松旷现象,摆动无冲击;砼输送管无维修更换记录,砼内径相同无台肩光滑均匀,管内无结料现象,混凝土坍落度正常,驾驶操作合理,因此,不会造成堵管现象。

分析电气、液压方面的原因,泵送混凝土时不出料,其主要原因是泵送压力不足,泵送速度较慢,与泵的排量有关,两者均与电比例阀相关。根据K5V变量泵控制机构原理图3分析,影响泵送压力和排量的因素如下:①减压阀输出压力即Psv口压力;②电比例阀电压及电流参数;③主油泵压力切断值;④功率控制阀设置;⑤主溢流阀设定值等[8]。

2.3 故障诊断思路及排除方法

查泵车中K5V 变量泵技术标准:Psv 口压力4.8~5.0 MPa,测压口口压力0.66~2.66 MPa;比例电磁阀电流333~686 mA,电压15 V;压力切断阀压力值(31.5±0.5)MPa;根据技术标准,运用专用检测工具对相关元件进行检测,对不合理的数据进行适当的调整或更换元件。

2.3.1 排量的调整

最大排量时打泵次数少与减压阀出口压力低或电比例阀电压低有关,进行以下检测:

(1)减压阀出口压力检测。在发动机转速升至(1 750±100)r/min时,用6 MPa压力表和测压管连接检测减压阀出口压力,如果压力异常,调整图4中压力螺杆使压力值在4.8~5.0 MPa。

图4 减压阀外形及各接口Fig.4 Outline and interfaces of pressure reducing valve

(2)电比例阀的检测。在测压口接上压力表,调整电比例阀尾部螺钉,在泵的排量达到70%左右时,测压口压力为2.0~2.2 MPa,在最大排量时压力为2.55~3.20 MPa,然后锁紧螺钉。

2.3.2 功率控制阀的调整

当压力比较小,泵送困难时,应调整泵的功率控制阀:先将主泵上压力切断阀调整螺杆锁死,调整换向溢流和搅拌溢流压力到相应值,并关闭搅拌马达进油球阀。

(1)在发动机转速升至(1 750±100)r/min时点动憋压,调整主溢流压力到约21 MPa,先松开大锁紧螺母,调节大螺杆,使发动机转速掉速(150±10)r/min,然后锁紧大螺母。

(2)继续点动憋压,调整主溢流压力约27 MPa,松开小锁紧螺母,调节小螺杆,使发动机转速掉速(150±10)r/min,然后再锁紧小螺母。

(3)功率调整完毕后,再调节主溢流阀压力约35 MPa。

(4)主溢流阀压力调整完毕后,再调节切断压力螺杆使主泵切断压力约32 MPa。

3 结语

K5V 变量柱塞泵集电比例排量控制、恒功率控制、压力切断控制于一体,其电比例排量控制特点如下:电流增大,二次输出压力增大,泵的排量增大;恒功率控制的作用是保持泵的输出功率接近于发动机的输出功率,使发动机工作效率最大化和运行稳定;压力切断控制的作用是使变量泵工作在安全的压力之下,防止泵超压损坏。K5V 变量泵具备控制精准、运行稳定、高效节能的优点,在混凝土泵车的运用中需要结合具体的工作需求对泵的控制机构进行适当调整。

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