小松挖掘机液压泵的构造与工作原理

小松 PCZOO 一 6 和 PC220 一 6 型挖掘机液压系统为闭式中心负荷传感系统（ GLSS ) , GLSS 是以控制斜盘式变量柱塞泵斜盘角度的方法来减少功率消耗的节能系统。图 2 一 18 为闭式中心负荷传感系统框图。

GLSS的特点是：装置具有不受负荷影响的精密控制性能，即使在精密控制时

也能实现挖掘机的操纵性能。在复合操作时，具有依照滑阀的开口面积决定流量分配性能的复合操纵性能。通过对变量泵的控制实现节能。

GLSS 由液压泵（两个泵）、操作阀和工作装置用油缸等执行元件构成。 液压泵的构造如图 2 一 19 和图 2 一 20 所示。该泵由 2 个变量斜盘式柱塞泵、 PC 阀、 LS 阀和 EPC 阀组成。

二、液压泵工作原理

液压泵的工作原理是：传输到泵轴的动力，由泵变换成液压能，然后按负荷大小输出液压油。液压泵可依据斜盘的变化改变压力油的输出量。

1 ．泵的工作 ( l ）油缸组与轴共同旋转，滑板滑动在平面 A 上，如图 2 一 21 ( a ）所示。同时，斜盘形成沿圆球面 B 摆动的局面。因此，斜盘的中心线 X 与油缸组轴方向夹角 a 发生变化，该角度称为斜盘角。

( 2 ）斜盘的中心线 X 同油缸组轴线方向不一致，形成斜盘角 a 不为零的状态中，平面 A 同滑靴贴合并相对转动。

通过该动作，柱塞在油缸组的各油缸室内作轴向运动，如图 2 一 21 ( b ）所示，油缸组内的容积 E 、 F 出现容积差。也就是说，当油缸组旋转 E 室的容积缩小时，油就在该过程中被挤出；另一方向， F 室的容积扩大，在该过程中油被吸入。吸入挤出量为 F 与 E 的容积差。

( 3 ）如图 2 一 21 ( c ）所示，在斜盘的中心线 X 与油缸组的轴线方向相一致时（斜盘角 a 为 0 ) ，油缸组内的容积 E 与 F 的差为 0 ，不进行吸油与出油，则泵不起作用。实际上不会形成斜盘角为 O 的状态。

2 ．泵流量的控制

斜盘角α变大后，容量 E 与 F 的差就会变大，流量也会增大。斜盘角 a 由伺服活塞控制。

伺服活塞依据 PC 和 LS 阀的信号压力，作往返直线运动，该直线运动因滑块的作用而传至斜盘，斜盘在支架圆球面上作转动运动。

伺服活塞左右受压面积发生变化，在小径活塞一侧的压力室内，主泵的输出压力为PP，在大径活塞一侧的压力室中， LS 阀的输出压力为 Pen 。依据小径活塞的压力 PP 与大径活塞的压力 Pen 的大小关系及小径活塞与大径活塞的受压面积之比，可对伺服活塞的动作进行控制。

小松挖掘机液压泵的构造与工作原理（二） . LS 阀和 PC 阀的结构与功能

LS 阀的结构如图 2 一 22 所示。 PC 阀的结构如图 2 一 23 所示

( 1 ) LS 阀的功能

LS 阀是感知负荷对输出量进行控制的阀。该阀依据主泵压PP与操作阀出口压力 PLS 的压差 △PLS=PP-PLS （称 LS 压差）控制主泵输出量 Q 。 压差 △ PLS 和输出量 Q 的关系如图 2 一 24 所示。 ( 2 ) PC 阀的功能

PC 阀是在泵输出压PP1 （自己压）、PP2 （另泵压）高时，不管操作阀的行程如何增大，对其进行控制，使其在某一流量（按输出压）以内，泵吸收的功率不要超过发动机的功率。

当作业中负荷增大，泵输出压上升时，阀控制使泵输出量减少；当泵输出压降低时，阀控制使泵输出量增加。在此种情况下， F 、 R 输出压平均值（ PP1＋PP2） / 2 与泵输出量 Q 的关系在不同的 PC 一 EPC电磁阀的电流值参数下的曲线如图 2 一 25 所示。

泵调整器读出发动机实际转数，负荷增大时转数就会降低，使泵的输出量减少。该调整器拥有使转数恢复的功能，也就是说，当负荷增大时，调整器就会向 PC 一 EPC 阀发出指令，使 PC 一 EPC 电磁阀的控制电流增大，减少泵的斜盘角。

（3 ) LS 阀工作原理

① 操作阀处于中心位置时， LS 阀用 3 方向变换阀在弹簧室 B 引入操作阀入口压力 PLS ( LS 压），在空心轴的 H 端引入主泵输出压PP。 PLS 的力、弹簧力与主泵输出压力大小，共同决定滑阀的位置。

发动机启动前，伺服活塞被推向右方，如图 2 一 26 所示。

发动机启动时，如果操作杆处于（中立）位置， LS 压 PLS 为 OMPa 。此时，滑阀推向左方，使 C 口与 D 口相通。泵压 PP 从 K 口进入大径活塞一侧，在小径活塞 J 口也流入了泵输出压力油，活塞朝着使斜盘角最小的方向移动。

② 向泵输出量增大的方向动作。主泵压 PP 与 LS 压 PLS 的差 △PLS变小（例如操作阀开口面积变大、泵压 PP 降低）时， LS 压 PLS 与弹簧的力形成合力，将滑阀推向右方。

如图 2 一 27 所示，依靠滑阀的移动，通过 D 口、 E 口与 PC 阀连接。这时， PC 阀与排泄口相接，线路 D 一 K 成为排泄压PT通道。

因此，伺服活塞大经活塞方面的压力变成排泄压PT。在小径活塞J口，泵压PP进入。因此将伺服活塞推向右侧，使斜盘向输出最大的方向移动。

③ 向泵输出量小的方向动作。如图 2 一 28 所示，当伺服活塞向左移动（输出量小的方向） , LS 压差△PLS 变大（例如操作阀开口面积变小，泵压PP增加）时，依靠泵压PP的力将滑阀推向左方。依靠滑阀的移动，主泵压PP从 C 孔流向 D 孔，从 K 孔进入大径活塞。

径活塞 J 孔也有主泵压 PP 进入，但由于伺服活塞的大径活塞与小径活塞的面积差，将伺服活塞推向左侧。其结果，出现活塞向使斜盘角变小的方向移动。

④ 伺服活塞平衡。设大径活塞受压面积为 Al ，小径活塞的受压面积为AO ，流进大径活塞的压力为 Pen ，使 LS 阀的主泵压 PP 、 LS 压 PLS 与弹簧力 Z 的合力平衡，形成 AoxPP=AlxPen 的关系。伺服活塞在该位置停止，使斜盘角保持不变。

此时，活塞两端的受压面积的关系是：Ao : Al 二 1 : 2 。 平衡时，加在活塞两端的压力是：PP : Pen ≈ 2 : 1 。

滑阀的平衡停止位置要按PP－PLS = 2.2MPa 时所确定的弹簧力进行调整。

小松挖掘机液压泵的构造与工作原理（三）

( 4 ) PC 阀工作原理

① 泵控制器正常。在执行元件的负荷小、泵压 PPI 和ＰＰ2 低时， PC 一 EPC 电磁阀启动。在 PC 一 EPC 电磁阀中，从泵控制器传来的指令电流向 PC 一 EPC 阀提供动作信号，电磁阀接受该信号，从而改变推动活塞的力。 如图 2 一 29 ( a ）所示，推动该活塞的力、泵压ＰＰ1 （自己压）、ＰＰ2 （另泵压）与反向的两个弹簧的弹簧预紧力组成的推动滑阀的合力，在平衡位置使滑阀停止。从 PC 阀输出的压力( C 孔的压力）不同，滑阀的位置就不同。

令电流 X 的大小取决于作业内容（操纵杆操作）、作业方式的选择、发动机转数设定值以及实际转数。

另泵压是指相对端的压力，如果是 F 泵的另泵压，则为 R 泵压力；如果是 R 泵的另泵压，则为 F 泵压力。

依靠伺服活塞的移动，连接在滑块上的活塞进行左右移动。当活塞向左移动时，先是弹簧 6 被压缩，压缩终了，弹簧 6 被固定。之后，只有弹簧 4 被压缩。也就是说，活塞依据前面的弹簧和后面的弹簧伸缩，弹簧的压缩力出现变化。

接着，如果输入 PC 一 EPC 电磁阀的指令电流变化，活塞的推力也会发生变化。因此，前弹簧与后弹簧的压缩力是依照 PC 一 EPC 电磁阀指令电流值的变化而变化的。

PC 阀的 C 孔与 LS 阀的 E 孔相连接，在伺服活塞的活塞小径以及 B 孔有自己压ＰＰ1 进入，在 A 孔有另泵压尸尸 2 进入。

泵压 PPI 、PP 2 小时，滑阀处于靠左的位置，如图 2 一 29 ( b ）所示。这时， C 孔与 D 孔相连接，进入 LS 阀门的压力变为排泄压尸 T 。自 J 孔流向大径活塞的压力变成排泄压PT 。因此，伺服活塞向右移动。据此，泵的输出量增大。

伴随着伺服活塞的移动和滑块的作用，活塞向右边移动。前弹簧和后弹簧伸展，弹簧力变弱，滑阀向右移动， C 孔与 D 孔的连接被切断。

泵输出压 B 孔与 C 孔相连接，结果导致 C 孔压力上升，大径活塞的压力上升，伺服活塞向右的移动停止。伺服活塞的停止位置（泵输出量）取决于加在滑阀上的压力 PPI 和PP2 所产生的推力以及 PC 一 EPC 电磁阀所产生的推力与前、后弹簧力的平衡位置。

当执行元件的负荷变大、泵输出压增大时，将滑阀向右推的力变大。滑阀向右移动时， C 孔就会流进主泵压PP1 ，产生使输出量变小的移动，伺服活塞向左移动。这时，前、后两个弹簧向收缩方向移动，将滑阀推回。

当滑阀向左移动时， C 孔与 D 孔的开口进一步增大，结果导致 C 孔的压力下降，伺服活塞向左移动停止。此时，伺服活塞的停止位置处于比泵压PP1 、PP2 低时更靠左的位置。

因为前、后弹簧是二段，泵压平均力（ PPI ＋月 P2 ) / 2 与泵输出流量平均值 Q 的关系如图 2-30 所示。

如果送往 PC 一 EPC磁阀的指令电流 X 进一步增加， PC 一 EPC 电磁阀的左向推力又加上了 PC 一 EPC 电磁阀的压力，推力就成比例平行移动。因此，泵平均压力（ PPI + PPZ ) / 2 与 Q 的关系是：随着 X 的增加，折线左移。

泵控制器异常打开 PC 备用开关。当主泵轻负荷时，泵控制器出现故障，

将 PC 备用开关置于 ON （开）位置。这时可直接从蓄电池获得电源，如果允许电流通过，那么总电流就会过大。因此，必须在中间设置电阻，对流入 PC 一 EPC 电磁阀的电流进行控制。

此时，因电流处在一定限度内，推动活塞的推力成为等量的力。 主泵压 PPI 、PP2 降低时，因 PC 一 EPC 电磁阀的力与泵压合力比弹簧装置的力弱，因此，滑阀在靠左的位置平衡。此时， C 孔与 D 孔的排泄压相通，通过 LS 阀伺服活塞的活塞大径方向也成为排泄压PT 。于是，活塞小径一侧的压力变大，伺服活塞向使输出流量增大的方向移动。

当主泵重负荷时， PC备用开关置于 oN （开）时，被送到 PC 一 EPC 电磁阀的指令电流成为恒量。因此，活塞推动滑阀的推力也是固定的。

主泵压 PPI 、 PP2 增大后，滑阀与主泵轻负荷时相比将向右移动。此时，从 A 孔输出的压力就会流进 C 口，伺服活塞向左方（输出量小）移动，泵会在比轻负荷时更左的位置停止。就是说， PC 备用开关打开时，泵压 PP 与输出量 Q 的关系形成比泵控制器正常时的曲线 ① 更靠左的曲线 ② 。