恒功率控制(壓力感應控制)

㈠P-q 曲線控制

目前液壓挖掘機都采用恒功率控制，随着油泵壓力提高油泵輸出流量減小，滿足挖掘機高壓小流量低壓大流量的作業要求。PQ＝常數是恒功率曲線，能充分利用發動機功率，防止發動機熄火。可采用小的發動機。所謂恒功率控制，實際上是 Pq＝常數(q 為變量泵的排量)應該說是恒轉矩控制，當發動機轉速不變時是恒功率，發動機轉速改變，功率發生變化。恒轉矩控制對發動機和液壓泵聯合工作很有利，因為對發動機的阻力矩是不變的，可以通過油門控制來改變發動機轉速，從而使液壓泵流量變化，發動機和液壓泵匹配工作情況如圖1所示。

圖1發動機和液壓泵匹配工作

液壓泵的阻力矩為： M ∝ pq

液壓泵的吸收功率： N ∝ pqn

圖3液壓泵 P-Q 特性 圖4不同轉速下的 P-Q 特性

(2)考慮到由于大氣狀态(氣壓、氣溫和濕度)變化，采用較差燃油和使用過程中發動機性能惡化等原因，都會使得發動機功率有所下降，因此在設定液壓泵總吸收功率時要有一定的餘量，一般按發動機額定功率 90%來設定，其泵控制特性的設定如圖3所示。

液壓泵吸收功率是随着發動機轉速的變化而改變，其 p-Q 特性随轉速 n 的變化如圖4所示。

發動機和液壓泵的轉矩匹配情況如圖5所示，從圖中可以明顯看出這種轉矩控制系統不能充分利用發動機功率；當發動機性能曲線稍有降低時，發動機轉速下降幅度大，液壓泵的吸收功率将會有大幅度下降。壓力感應實際上是恒轉矩變量系統，而功率與轉速有關，難以達到恒功率控制的要求。

圖5發動機和泵轉矩匹配

㈡轉速感應控制(全功率控制)

為了克服轉矩控制系統的缺點，挖掘機上除了采用壓力感應控制外還采用了轉速感應控制(ESS-Engine Speed Sensing 發動機轉速感應系統)。目前挖掘機上轉速感應控制有以下兩種方式：

(1) 采用電液比例減壓閥方式

這種轉速感應控制系統組成如圖6(a)所示。

圖6電液比例減壓閥式轉速感應控制系統

該系統由泵傾斜盤控制機構、電液比例減壓閥、控制器、轉速傳感器和油門開度傳感器等組成。由油門開度傳感器檢出發動機油門開度，輸入控制器，由微處理機計算出此油門開度下，發動機最大功率的轉速 n R ，并以此轉速作為控制目标。當泵吸收功率過大使發動機轉速低于目标轉速時，控制器發出控制信号，通過電液比例減壓閥，使泵吸收功率降低，減小發動機負荷，使發動機轉速上升。當泵吸收功率過小時使發動機轉速高于目标轉速時，控制器發出控制信号，通過電液比例減壓閥，使泵吸收功率增加，增加發動機負荷，使發動機轉速下降，發動機始終保持最大功率轉速 n R 處工作，如圖7所示。

圖7發動機控制特性 圖8電液比例減壓閥特性

一般采用脈寬調制方式來控制電液比例減壓閥，控制器向電液比例減壓閥輸出控制液壓，電液比例減壓閥特性如圖8所示。随着輸入控制電流 I 的增加，輸出控制液壓增加。通過電液比例減壓閥控制的液壓泵特性曲線如圖9所示。實現變功率控制。

為了充分利用發動機功率，轉速感應控制系統發動機和液壓泵的匹配采取超馬力設定，即液壓泵最大吸收功率超過發動機最大額定功率，因為有轉速感應控制，可以把液壓泵功率拉回至發動機的額定功率，充分吸收發動機全功率，而且發動機不會過載。一般還将液壓泵最大負荷力矩(電液比例減壓閥電流最小時)設定低于發動機最大力矩，以保證電液比例減壓閥失效時，發動機也不會熄火。其匹配情況如圖10所示，圖10為泵 p-Q 特性上，液壓泵與發動機功率匹配情況。其控制系統方塊圖如圖11所示，在此圖中也表示了整個控制系統的組成。油門開度傳感器檢出發動機油門開度，通過 A/D 變換輸入計算機，通過内存查表求得控制的目标轉速。轉速傳感器檢出旋轉脈沖，通過 F/D 變換将脈沖量變為數字量，求得發動機實際轉速，與目标轉速進行比較得到轉速差△ne，通過微機 PID 運算，以脈寬調制方式輸出，經功率放大輸入電液比例減壓閥，對液壓泵進行控制調節。

圖10轉速感應控制發動機和泵的匹配 圖11轉速感應 PID 控制系統

當轉速感應控制系統出現故障時，可以通過後備開關将此系統切斷，同時将電液比例減壓閥通過電阻和電源相連接，使得能以一定的電流通過電液比例減壓閥，轉速感應控制功能消除。液壓泵吸收功率設定和壓力感應控制一樣，一般按發動機額定功率 90%來設定，為此要正确選擇電阻值，使得通過電液比例減壓閥的電流值産生液壓泵 90%設定的控制液壓。

(2)采用高速電磁閥方式

這種轉速感應控制系統的組成如圖12所示。

這種轉速感應控制系統的液壓泵排量控制是電子化的，完全由軟件來确定，液壓泵變量控制特性可以任意設定，而且控制系統的響應也可變化，按照需要來設定。液壓泵的排量由伺服活塞 7的位置來确定，伺服活塞兩端液壓作用 b 面積不相等，其小端一直與控制泵壓力油相通，其大端通過高速電磁閥 6 可與控制泵相通或斷開，大端又可通過高速電磁閥 5與回油相通或切斷。當兩高速電磁閥都處于關閉狀态，伺服活塞固定液壓泵排量不變；高速電磁閥 5閉、高速電磁閥 6 開，液壓泵排量增加；反之液壓泵排量減少，兩高速電磁閥的開閉通過控制器中微機來控制的，微機根據油門開度傳感器、壓力傳感器和轉速傳感器等信号，根據控制軟件确定液壓泵排量，輸出控制電信号來操縱高速電磁閥，改變液壓泵傾斜盤轉角，又通過液壓泵傾斜盤角度傳感器，進行反饋控制。

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