1、K3V 系列液壓泵的結構與控制原理李新 1，周志鴻 1，厲峰 2（1 .北京科技大學車輛工程專業；2.山東科技大學測繪科學與工程學院）!"摘 要：以 K3V63DT- 1QOR- HNOV 液壓泵為例介紹 K3V 系列液壓泵的結構及控制變量原理，該液壓泵由主泵、先導泵、泵調節器和轉矩控制電磁閥組成，可實現總功率控制、負流量控制和功率轉換控制的 功能。總功率控制可實現執行機構的輕載高速、重載低速動作，既能保證液壓泵充分利用發動機功率又能防 止發動機過載；負流量控制可最大限度地減小溢流功率損失和系統發熱；利用功率轉換控制功能，在實際工 作中可根據負載情況改變輸入電流大小，調整液壓泵的輸出

2、功率，提高工作效率，節省發動機功率。關鍵詞：液壓泵；負流量控制；功率控制K3V 系列液壓泵以其高功率密度、高效率以及多樣的變量方式廣泛用于液壓挖掘機上，它的變量 方式包括恒功率控制、總功率控制、正負流量控制、功率轉換控制和負荷傳感控制等。本文就某一型號液壓挖掘機所采用的 K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液 壓泵為例來介紹其結構及控制變量的形式，該液壓 泵可實現總功率控制、負流量控制及功率轉換控 制，可以很好地利用發動機功率，滿足用戶的需求， 其液壓原理如圖 1 所示。列柱塞泵）、先導泵（齒輪泵）、泵 1 調節器、泵 2 調節器和轉矩控制電磁閥等組成。主泵用于向各工作 裝置執行機構供油

3、，先導泵用于先導控制油路，泵調節器根據各種指令信號控制主泵排量，以適應發動機功率和操作者的要求，其中轉矩控制電磁閥位 于泵 2 調節器上。泵調節器原理以泵 1 調節器為例，如圖 2 所 示，泵調節器主要由補償柱塞、功率彈簧、功率設定柱塞、伺服閥、反饋桿、伺服柱塞、先導彈簧及先導柱塞組成1。K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵中兩個串聯的柱塞 泵是完全相同的，調節器中補 償柱塞被設計成 3 段直徑不 同的臺階，3 個臺階分別與兩 柱塞泵和轉矩控制電磁閥連 接，這樣當任何一個臺階上所 承受的壓力變化時，都會引起 柱塞泵排量的變化。伺服閥同 時受到負流量控制中先導壓 力的控制，先導壓力

4、pi（1 pi2）的 變化通過先導柱塞、先導彈簧 作用于伺服閥上，伺服閥與伺服柱塞相連，伺服柱塞帶動柱塞泵斜盤的傾斜角度 來改變柱塞泵的排量。泵調節器的反饋桿與伺服柱塞連接并可繞其K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵結構如圖 1 所示，該液壓泵由主泵（斜盤式雙泵串1作者簡介：李新（1986），女，山東聊城人，碩士，研究方向：液壓系統的設計研究。 41 !"!"工程機械第 42 卷 2011 年 12 月HydrostaticsandHydrodynamics連接點轉動。柱塞泵的液壓油經以下 3 路進入泵調節器：一路液壓油通過 AB 進入伺服柱塞小腔，使伺 服柱塞

5、小腔常通高壓，推動斜盤使柱塞泵保持在大排量；一路液壓油通過 CD 進入伺服閥，通過伺服閥的工作位置來改變柱塞泵的排量；一路柱塞泵 1 和 柱塞泵 2 的液壓油分別作用在補償柱塞的臺階 E、F 上，對液壓泵進行功率控制2。的彈簧力使伺服閥芯向右移動，伺服閥左位工作，連接至伺服閥的壓力油 CD 進入伺服柱塞大端，因 為伺服柱塞大、小端直徑不同，存在一個面積差，從 而產生壓力差推動伺服柱塞向右移動，伺服柱塞帶 動柱塞泵的斜盤傾角減小，使柱塞泵向小排量變 化，液壓泵功率也隨之減小，從而防止發動機過載。 在排量減小的同時，伺服柱塞同時帶動反饋桿逆時 針轉動，反饋桿帶動伺服閥芯向左移動令伺服閥關 閉，伺服

6、柱塞大腔進油的通道關閉，調節完成，柱塞 泵停止變量3。當柱塞泵壓力 p1 或 p2 下降時，即工作負載減 小時，功率彈簧的彈簧力推動補償柱塞向左移動， 同時帶動伺服閥芯向左移動，伺服閥右位工作，伺 服柱塞大端通油箱，壓力減小，伺服柱塞向左移動， 帶動柱塞泵的斜盤傾角增大，使柱塞泵排量增大， 加快作業速度。伺服柱塞同時帶動反饋桿順時針轉 動，反饋桿帶動伺服閥芯向右移動令伺服閥關閉， 調節完成，柱塞泵停止變量。在雙泵串聯系統中，泵調節器是根據兩泵負載 壓力之和（p1+p2），控制斜盤傾角使兩泵的排量 q 保 持一致，總功率控制表達式如下5：泵調節器的控制功能泵調節器具有總功率控制、負流量控制和功率

7、 轉換控制功能，下面以泵 1 調節器為例分別介紹。2.1總功率控制 當發動機轉速一定時，液壓泵的功率也是恒定的。當自身泵的輸出壓力 p1 或對偶泵的輸出壓力 p2 升高時，泵調節器自動調節使斜盤傾角減小，即減小 泵的排量，使液壓泵的功率保持在一定的范圍之內。當挖掘機的工作負荷較小，液壓泵的功率不超 過發動機的輸出功率時，柱塞泵以最大排量工作，保 證小負荷快速作業；當液壓泵的功率欲超過發動機 的輸出功率時，為了不使發動機過載，一定要調節柱塞泵的排量使之減小，其調節原理如圖 3 所示。功率控制是由補償柱塞完成的，在補償柱塞 E/F 臺階圓環面積上，作用著柱塞泵的壓力 p1 和 p2。 隨著兩泵出口

8、負載的增大，作用在補償柱塞上的壓 力之和（ p1+p2）達到設定變量壓力后，克服功率彈簧2轉矩 T= p1·q + p2·q = p1+p2）·q （1）222所以不論兩泵的負載壓力 p1、p2 如何變化，都能使兩泵的總功率保持恒定。通過總功率控制，可實現 42 圖 5 負流量控制原理圖工程機械第 42 卷 2011 年 12 月Hydrostatics and Hydrodynamics執行機構的輕載高速、重載低速動作，既能保證液壓泵充分利用發動機輸出功率又能防止發動機過載。 但由于泵調節器同時調節兩泵排量，使兩泵輸出流 量相同，當液壓挖掘機做單一動作時，其中一

9、個泵就 會輸出多余的流量，因此將總功率控制與負流量控 制聯合起來可以減小總功率控制的弊端5。2.2負流量控制K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓泵帶有負流量 控制功能。如圖 4 所示，當挖掘機處于非工作狀態時，多路閥中位卸荷回油，液壓泵輸出的液壓油全部通過多路閥底部的負流量控制閥中節流閥回油箱， 故在節流閥前端會產生一個先導壓力 pi（1 pi2）反饋 到泵調節器上。先導壓力作用于先導柱塞上，先導 柱塞克服先導彈簧的彈力推動伺服閥芯向右移動， 伺服閥左位工作，伺服柱塞大腔進油，伺服柱塞向 右移動，帶動柱塞泵的斜盤傾角減小，柱塞泵的排 量也隨之減小，實現液壓泵卸荷3。一旦操縱液壓挖掘機

10、控制手柄使其處于作業狀態，多路閥中至少有一組閥換向處于工作狀態， 此時多路閥中位卸荷油路被切斷，負流量控制閥中 節流閥前的先導壓力直降為零，先導柱塞在先導彈 簧力的作用下向左移動，帶動伺服閥芯也向左移 動，伺服閥右位工作，伺服柱塞大腔通油箱，這時伺 服柱塞在小腔液壓油的作用下向左移動，帶動柱塞 泵的斜盤傾角增大，使柱塞泵的排量增大以滿足工 作要求。隨著先導壓力的變化，液壓泵的流量也隨之變 化，液壓泵的流量隨先導壓力的增大而減小，實現 了負流量控制，其控制原理如圖 5 所示。這樣液壓 泵只需供給執行機構工作所需要的液壓油，避免了 傳統液壓挖掘機靠溢流閥控制溢流的方式，從而最大限度地減小溢流功率損

11、失和系統發熱4。2.3功率轉換控制 43 工程機械第 42 卷 2011 年 12 月Hydrostatics and Hydrodynamics功率轉換控制主要是靠轉矩控制電磁閥來完成的，其內部是電磁比例減壓閥。液壓泵輸出功率 的大小是通過改變進入電磁比例減壓閥的電流大 小來完成的，經過電磁比例減壓閥的功率轉換壓力 pf 作用于補償柱塞的臺階 G 和功率設定柱塞上，如 圖 6 所示。在此說明，功率轉換壓力 pf 從轉矩控制 電磁閥 pz3 口經 pz1 與 pz3 的連接油路作用于功率設 定柱塞上，而作用于補償柱塞臺階 G 上的功率轉換壓力 pf 是經泵調節器內部油路而來的，可參考圖 1。如

12、圖 7 所示4。因此，在實際工作中可根據負載情況改變輸入電流大小，從而改變功率轉換壓力 pf，調整液壓 泵輸出功率的大小，可以提高工作效率，節約發動 機功率5。總結本文主要針對 K3V63DT- 1QOR- HNOV 型液壓 泵的結構及控制原理對 K3V 系列液壓泵的控制方 式進行了分析與研究。此外 K3V 系列液壓泵還具有3補償柱塞所受的向右方向的力是作用于補償柱塞 3 個臺階面積 A1、A2、A3 的液壓力之和，向左方 向的力是功率彈簧力和功率設定柱塞面積 A4 的液 壓力之和，則補償柱塞的受力平衡方程為1：最大流量切斷控制、高壓切斷控制、變功率控制等（2）p1·A1+p2

13、83;A2+p·f A3=k·x0+p·f A4式中：k 彈簧剛度系數；x0彈簧的預壓縮量。功能，正因為其多樣的控制變量方式，K3V 系列液壓泵廣泛地用于液壓挖掘機上，同時它所具有的功 能為以后液壓挖掘機的設計研究提供了一定的依據。如果改變電磁比例減壓閥的功率轉換壓力 pf，就可改變平衡方程的平衡點，使補償柱塞開始移動 時的柱塞泵壓力 p1、p2 發生變化，即液壓泵輸出功 率的設定值發生改變。在正常工作情況下，轉矩控制電磁閥輸出壓力 為零，在補償柱塞的右端僅有功率彈簧的彈力，左 端僅有柱塞泵的壓力 p1 和 p2，防止發動機過載的功 率控制如 2.1 節所述。為實

14、現更高作業速度的要求，可使液壓泵的功 率接近發動機的額定輸出功率，此時電磁比例減壓 閥輸出一定的功率轉換壓力 pf，如圖 6 所示。由于 A4A3，所以隨著功率轉換壓力 pf 的升高，補償柱塞 所受向左方向的力增加，補償柱塞左移，這將會使柱塞泵的排量增大，加快工作速度。同時在防止發 動機過載的功率控制時，柱塞泵的壓力之和（p1+p2） 必須大于正常情況下的壓力才能實現泵排量減小 的調節，泵排量調節原理不變。功率轉換控制原理參考文獻1 吳清珍. 大宇挖掘機液壓泵控制原理與典型故障診斷J. 建筑機械，2003（5）：61- 62.2 吳清珍，陳勇.K3V 型柱塞泵的結構、控制原理及維修J.濟南交通高等專科學校學報，2000（1）：