SY335挖掘機液壓主泵排量調(diào)節(jié)原理分析

摘要：三一SY335型挖掘機主泵采用的是KAWASAKI K5V型串聯(lián)式軸向柱塞泵，其排量調(diào)節(jié)機構(gòu)由流量活塞、流量撥桿、功率活塞、功率撥桿、反饋桿、伺服換向閥、伺服活塞等組成。這種形式的主泵調(diào)節(jié)機構(gòu)在三一CX系列、EC系列、JS系列、DH系列品牌挖掘機上都有使用，應(yīng)用廣泛。分析調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，以便為維修人員掌握該液壓系統(tǒng)的工作原理，分析該系列挖掘機液壓系統(tǒng)的故障提供幫助。

關(guān)鍵詞：液壓挖掘機;液壓泵調(diào)節(jié)機構(gòu);流量控制;功率控制

1" "概述

挖掘機工作時，液壓泵負責為執(zhí)行機構(gòu)提供一定流量、壓力的液壓油。泵的調(diào)節(jié)機構(gòu)要能夠根據(jù)負載的變化和操作人員的需求，對輸出流量進行調(diào)節(jié)。液壓泵的輸出功率要與發(fā)動機的輸出功率進行匹配，且時刻不能超過發(fā)動機功率。液壓泵的調(diào)節(jié)機構(gòu)就是為了完成這些功能而設(shè)計的一套機械結(jié)構(gòu)。

2" "液壓調(diào)節(jié)機構(gòu)組成及特點

液壓泵調(diào)節(jié)機構(gòu)零部件組成如圖1所示。功率推桿的一側(cè)為功率活塞，另一側(cè)為2級彈簧。功率撥桿上的銷4插在推桿中間的槽內(nèi)，撥桿上的銷1孔安裝在一個固定在殼體上的銷子上。流量推桿和活塞是一個部件，推桿一端為1級彈簧。流量撥桿上的銷子插在流量推桿上的槽內(nèi)，撥桿上的小孔安裝在一個固定在殼體上的銷子上。反饋桿的一端與伺服換向閥芯通過銷2鉸接，反饋桿上的銷3插在2個撥桿的大孔內(nèi)。反饋桿的另一端與伺服活塞上的銷子插接。伺服換向閥套固定在殼體上。

液壓泵調(diào)節(jié)機構(gòu)運動關(guān)系（功率活塞一側(cè)）如圖2所示。功率活塞推動功率推桿克服右側(cè)彈簧彈力向右移動，推桿帶動撥桿以銷1為中心旋轉(zhuǎn)。流量活塞帶動流量撥桿，以流量撥桿上的小孔為中心旋轉(zhuǎn)。反饋桿上的銷3會隨著兩個大孔的移動而移動，由于孔大銷子細，加上伺服換向閥芯對反饋桿向左的拉力，反饋桿上銷3的位置，由兩個撥桿上的大孔中左側(cè)實際位置更靠右的那個來決定。反饋桿的下端插在伺服活塞的銷5上，所以銷5在反饋桿下端的槽內(nèi)可上下相對滑動。

伺服換向閥閥芯和閥套的結(jié)構(gòu)特點如下：閥套外圍的三個密封面中間有兩個油槽，如圖2所示，左側(cè)的對應(yīng)的是主泵的壓力，右側(cè)的對應(yīng)的是伺服活塞大腔。閥套右側(cè)油槽上開有兩排小孔，左右小孔的間距，剛好與閥芯上右側(cè)活塞的寬度一致。閥芯上兩個活塞中間的空腔，始終與閥套左側(cè)的油道對應(yīng)。

在泵運轉(zhuǎn)過程中，伺服換向閥閥芯受反饋桿的移動影響而移動，但它最終的穩(wěn)定位置（中位），是活塞A將閥套對應(yīng)油道口剛好完全封閉的位置。因為活塞A的左側(cè)為P1，右側(cè)為Dr，只要不是封閉位置，伺服活塞大腔的油就會增加或減少，從而引起伺服活塞移動。伺服活塞的移動方向，經(jīng)過反饋桿傳導給伺服換向閥芯，會使閥芯向關(guān)閉該油道位置移動。

伺服換向閥芯、反饋桿、伺服活塞這三者的工作過程如下：在開始的穩(wěn)定狀態(tài)，由于流量撥桿或功率撥桿的移動，引起反饋桿上銷3位置的變化。銷3位置的變化，引起反饋桿上端帶動伺服換向閥芯移動。閥芯移動后，伺服活塞大腔的油增加或減少，引起伺服活塞的移動。當伺服換向閥芯回到中位后，伺服活塞停止運動，這三者處于穩(wěn)定狀態(tài)。從開始到結(jié)束，伺服換向閥芯的位置沒有變化。相當于反饋桿銷3的位置變化，引起了伺服活塞位置的同向移動。通過以上分析可知，反饋桿的位置不會影響兩個撥桿的位置。

兩個撥桿的大孔共用一個反饋桿銷子，兩個撥桿在運動過程中會不會互相影響呢？答案是不會。當兩個反饋桿的位置組合處在兩種極限位置時，它們才有可能會互相影響，但實際的設(shè)計尺寸不會出現(xiàn)這種情況。本文以圖1這種正流量控制的撥桿為例說明。

第一種極限位置是當設(shè)備剛啟動時，此時沒有負荷且沒有操作。在圖2中，流量活塞和功率活塞都被彈簧限制位于最左側(cè)，流量撥桿的大孔位于最右側(cè)，功率撥桿的大孔位于最左側(cè)。這時反饋桿銷子會與流量撥桿大孔的左側(cè)接觸，并使泵的排量處于最小。反饋桿銷子則會貼近功率撥桿大孔的右側(cè)。按照功率撥桿大孔的設(shè)計尺寸，雖然此時功率撥桿的大孔處于最左側(cè)，并沒有限制泵的流量，但是孔右側(cè)位置仍不會影響流量撥桿將泵的流量置于最小。另外，在功率控制沒起作用的情況下，如果流量控制需求增大，使流量撥桿處于最左側(cè)，反饋桿銷子隨著流量撥桿向左移動，直到泵的排量達到最大，功率撥桿的大孔的左側(cè)的位置也不會產(chǎn)生影響。

第二種是當負荷很大且操作量很大時。這意味著流量活塞和功率活塞都處于最右側(cè)位置。功率撥桿的大孔位于最右側(cè)（排量最小），流量撥桿的大孔位于最左側(cè)（排量最大）。此時反饋桿的銷子會與功率撥桿大孔的左側(cè)接觸，同時貼近流量撥桿大孔的右側(cè)。以上就是功率撥桿和流量撥桿上設(shè)計兩個大孔的原因。

當功率撥桿的大孔向右移動時，泵的排量減小。當流量撥桿向左移動時，泵的流量增大。由于反饋桿的銷子是與孔的左側(cè)接觸的，哪個孔靠右，銷子就與哪個孔接觸，也就是說擁有對泵流量的控制權(quán)。

3" "系統(tǒng)控制工作原理

3.1" "流量控制工作原理

液壓泵排量調(diào)節(jié)原理如圖3所示。結(jié)合圖2和圖3所示可知，當操作手未操作手柄時，沒有先導壓力，控制器給流量電磁閥的電流為0，流量活塞被彈簧壓力置于最左側(cè)，流量撥桿將伺服換向閥芯向右撥動，P1通過伺服換向閥到達伺服活塞大端，泵的排量減小。

伺服活塞移動后通過反饋機構(gòu)，使伺服換向閥芯相對于閥套的位置回歸中位，將油路關(guān)閉，伺服活塞停止移動，且位于最小排量。如果操作手操作手柄，Pi有信號壓力，會推動流量活塞向右移動一個距離。流量活塞帶動流量撥桿，使伺服換向閥芯從中位開始向左移動，伺服活塞大端的油經(jīng)伺服換向閥芯泄漏至油箱，伺服活塞向泵的排量增大的方向移動。伺服活塞的移動又通過反饋機構(gòu)使伺服換向閥關(guān)閉，最終停止移動。最終泵的排量則隨著流量信號的增大而增大。

從圖3的液壓泵排量調(diào)節(jié)原理看，伺服活塞是與伺服換向閥的閥套連接起來隨動的，而實際上，伺服活塞通過反饋桿與伺服換向閥芯連接起來隨動。由于伺服活塞與伺服換向閥芯的運動方向是相反的，同時考慮伺服換向閥套和閥芯的相對運動，所以在原理圖中，將伺服換向閥套與伺服活塞理解為同向隨動。

3.2" "功率控制工作原理

當主泵工作且負載不大時，功率閥還沒有起作用。當負載增大時，功率活塞會向右移動，推動伺服換向閥芯向右移動。P₁經(jīng)伺服換向閥到伺服活塞大端，使泵的排量減小。負載壓力越大，功率活塞越靠右，泵的流量被限制的越小。

采用反饋桿將伺服變量活塞與流量閥、功率閥連接起來這種方式，在排量調(diào)節(jié)上具有明顯的優(yōu)點。主泵排量受手柄的精確控制，泵的排量、手柄的調(diào)整范圍，兩者在全量程內(nèi)對應(yīng)可控。

4" "結(jié)論

三一SY335型挖掘機主泵采用的是KAWASAKI K5V型串聯(lián)式軸向柱塞泵。這種形式的主泵調(diào)節(jié)機構(gòu)在三一CX系列、EC系列、JS系列、DH系列品牌挖掘機上都有使用，應(yīng)用廣泛。本文分析調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及工作原理，得到以下結(jié)論：采用反饋桿將伺服變量活塞與流量閥、功率閥連接起來這種方式，在排量調(diào)節(jié)上具有明顯的優(yōu)點。主泵排量受手柄的精確控制，泵的排量、手柄的調(diào)整范圍，兩者在全量程內(nèi)對應(yīng)可控。