1 工程机械液压节能技术的研究现状

　　目前国内外工程机械的液压系统节能技术可以归纳为采用变量泵控制、电液比例控制及混合动力等几种方式。在实际应用中，几种节能途径之间各自采用的技术并不是孤立的，它们往往是紧密地结合在一起，互相渗透，形成综合的节能技术。

　　1.1 采用变量泵的控制方式

　　变量泵可以通过调节排量来适应工程机械在作业时的复杂工况要求，采用压力感应控制，有效地利用发动机功率，将节流调速改为容积调速，减少能量损失，由于其具有明显的优点而被广泛使用。变量泵只有排量一个被控对象，在采用不同的制方式时，可以使变量泵具有不同的输出特性。应根据具体的应用场合，选用相适应的变量控制形式，以便获得合适的输出特性[4-5]。变量泵的控制方式多种多样，归类起来主要有排量控制、ls 负载敏感控制和 ludv 控制三种基本控制方式。

　　1.1.1 排量控制

　　排量控制是指对变量泵的排量进行直接控制的控制方式，施加一个控制压力就可以得到一个相应的排量值。排量控制分为正流量控制和负流量控制。正流量控制的目的是为了用容积调速代替定量统中的节流调速，以提高系统效率，并在 20 世纪70—80 年代开始用于液压挖掘机。在正流量控制挖掘机上，通常采用先导式三位六通多路阀，比较典型的一种产品是日立建机生产的 ex400 型液压挖掘机，其泵排量与先导操纵压力成正比，但是在其控制系统中由于梭阀组的存在一直是正流量控制系统中的不足，不但增加了系统的复杂性，而且影响了系统的响应速度。

　　负流量控制系统有助于消除六通多路阀中产生的空流损失和节流损失，是一种负荷传感系统，由日本小松公司在 20 世纪 80 年代初期首先推出并用于其生产的 pc 系列挖掘机上。除小松公司外，世界上其他主要挖掘机生产商如日立建机、卡特彼勒(caterpillar)等都推出了类似的液压系统。其中包括日立建机在 1986 年推出的 ex 系列挖掘机如 ex200、卡特彼勒 cat300 系列挖掘机等，都是应用的负流量控制技术。

　　图 1 为川崎(kawasaki)k3v 系列负流量控制[6，9-10](指流量变化与先导控制压力成反比)的输出特性和控制方式。当先导控制压力 pi增大时，变量控制阀阀芯右移，使泵的排量减小，从而使泵的流量 q 随着 pi的增大成比例地减小。

　　1.1.2 ls 负载敏感控制系统

　　负载敏感控制能使泵的输出压力和流量自动适应负载需求，大幅度提高液压系统效率。将负载敏感控制用于类似挖掘机这样的行走式工程机械，早在 20 世纪 60—70 年代就被提出，但直到 1988年才在欧洲真正用于液压挖掘机。进入 20 世纪 90年代后，日本也开始在这方面加以研究，并推出了一系列相应的挖掘机产品，如小松公司的 pc200-6、日立建机的 ex200-2 等。

　　图 2 所示是 ls 控制的典型实现形式，它通过压力差对泵的排量进行控制，当 δp 与弹簧压力不平衡时，变量控制阀阀芯偏移，使泵排量发生相应变化。

　　图 3 所示是采用 ls 控制变量泵实现 ls 调速系统的基本原理。δp 为节流口前后压力差，δp=pa-pl，其中 pa为泵口压力，pl为负载压力。其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对泵进行控制，从而实现按需供流的同时，使调速节流损失 δp控制在很小的固定值，提高系统的效率[2-11]。但是 ls控制的缺点在于，当阀开度太大，系统要求的流量超过泵的供油能力时，高负载上的执行元件的速度就会降低直至停止，使整机的操作失去协调性。