浅议中鸿FT20A多级功率型装载机

任娜　王金华

摘 要 为解决装载机优先负荷传感转向液压系统存在较大功率损失的问题，青岛中鸿矿业技术有限公司基于该系统的消化理解，并结合实际情况，开发了基于优先负荷传感的多级合流控制系统即多级功率系统，取得了良好的市场反响和较好的经济社会效益。本文从原理分析方面对系统节能和性能特色进行了解读，对后续工程机械节能产品开发有一定的借鉴意义。

关键词 装载机 节能 多级功率

中图分类号：TH243 文献标识码：A

0前言

装载机整机结构比较复杂，转向系统是重要的主要组成部分。转向系统与整机动力系统和传动系统是否能够匹配，与整机的性能存在显著联系。传统的设计方案下，转向系统流量按照怠速即能满足正常的作业使用要求，就造成了高负荷下优先阀压损高，能量利用率低的问题。对其进行优化设计，是解决上述问题的主要途径。

中鸿FT20A多级功率转向系统，原理图如下（见图1）：

其中，P1泵为转向泵，P2泵为辅助泵，P3泵为工作泵。油液流向如下：

（1）方向盘高速转向时（尤其是发动机怠速时），转向泵（P1）和辅助泵（P2）经流量转换阀合流供转向器。

（2）转向器中速转动时，流量转换阀根据转向器P口压力和LS口反馈压力，按需优先满足转向系统流量后，转向泵（P1）和辅助泵（P2）的多余流量合流至工作系统。

（3）不转向时，转向器P口压力和LS口作用在流量转换阀阀芯两端的压差最大，阀芯处在最左端，转向泵（P1）和辅助泵（P2）向工作系统供应流量。

（4）卸荷阀装在合流管路上，设定压力16～16.5Mpa，低于这个压力，可以正常合流，高于这个压力P1和P2泵低压卸荷。

1转向轻便

分析计算：发动机怠速N（r/min）：800， 转向泵流量Q（L/min）： 多级功率合流系统31.5， 双泵合流系统50.5； 开关泵流量Q1（L/min）：多级功率合流系统31.5； 转向器排量q（ml/r）：800。以上按FT20A发动机怠速时转向速度计算。

已知：FT20A转向油缸缸径为 90mm，杆径为 45mm，行程为360mm。

整车由左侧打转向到最右侧所需流量为Q：

Q=[*902+*（902452）]*360=4007887mm3=4.007L

因此FT20A整车从左侧打转向到最右侧需方向盘转数

n==5r

（1）双泵合流FT20A系统：整车从左侧打转向到右侧所需时间t1==0.079min

此时双泵合流ETX955整车方向盘转速为n1==63 r/min

（2）多级功率合流FT20A系统：整车从左侧打转向到右侧所需时间t2=0.064min

此时多级功率合流ETX955整车方向盘转速为

n2==78.6 r/min

因此，相同整车配置情况下发动机怠速时，多级功率合流系统方向盘极限比双泵合流系统高15.6r/min，提升约25%。计算数据与实测值相符。

2节能

設定工况及计算

V型作业模型（见图3）：

此工况针对上述两种液压系统型式，主要差别在于慢转向时多级功率系统能量损失小，对于正常的工作模式下操作不太激烈的驾驶员：

2.1整机参数（2000rpm降转速机型）

发动机转速n1（r/min）： 1500（中度油门）（多级功率合流系统及双泵合流系统）；转向圈数n（r/min）：30（多级功率合流系统及双泵合流系统）；转向泵出口平均压力P（MPa）：7.5（多级功率合流系统及双泵合流系统）；转向泵流量Q（L/min）：59（多级功率合流系统），95（双泵合流系统）；开关泵流量Q1（L/min）：59（多级功率合流系统）；转向器排量q（ml/r）：800（多级功率合流系统及双泵合流系统）。整机参数（2000rpm降转速机型）

备注：平均中度油门1500为估计数值，工作区间转向泵出口压力7.5Mpa数据取自载荷谱。

2.2理论计算

2.2.1多级功率合流系统

当转向圈数为30r/min时，转向实际所需流量Q2：Q2=q*n*0.001=24L/min

此时转向泵功率损失W1：W1=（Q- Q2）*P/60= 4.35（kw）

当转向圈数为50r/min时，转向实际所需流量Q3：Q3=q*n*0.001=40L/min

此时转向泵功率损失W2：W2=（Q- Q3）*P/60= 2.4（kw）

2.2.2双泵合流系统

当转向圈数为30r/min时，转向实际所需流量Q2：Q2=q*n*0.001=24L/min

此时转向泵功率损失W1：W1=（Q- Q2）*P/60= 8.85（kw）

当转向圈数为50r/min时，转向实际所需流量Q3：Q3=q*n*0.001=40L/min

此时转向泵功率损失W2：W2=（Q- Q3）*P/60= 6.9（kw）

2.3对比数据

通过上述计算，功率损失对比如下：转向速度-30r/min：4.35（多级功率合流系统），8.85（双泵合流系统）；转向速度-50r/min：2.4（多级功率合流系统），6.9（双泵合流系统）。备注：多级功率系统功率损失较双泵减少4.5kw

2.4燃油消耗量计算

参考V形作业工况时间存在轻微转向的时间段约为60%：

G=R*W*t

R：燃油消耗量，200g/kw·h

W：功率（kw） t：时间（h） ：油泵机械效率

G=200*4.5*0.6/0.8=675g

换算为体积V=675*0.001/0.85≈0.794（L）

按照常规5t机型一小时耗油量为15升计算其节油率：

省油率=0.794/14≈5.3%

2.5实际试验验证

油耗（升/小时）：14.37（双泵合流系统），13.498（多级功率合流系统）；油耗（升/百吨物料）：4.65（双泵合流系统），4.04（多级功率合流系统）；节能效果（小时油耗节油率）： 比双泵合流↓6.1%（多级功率合流系统）；节能效果（百吨物料节油率）： 比双泵合流↓13.1%（多级功率合流系统）。

备注：两种试验中试验车为同一台车（FT20A加长臂），试验时间间隔不大，相似环境温度及工况相同，与理论计算趋势相符，至于吨物料节油效果明显，下面进一步说明。

3复合工况掘进力大，效率高

复合掘进工况指同时收斗（过载）时向前牵引，这时候多级功率系统（确切的说是等值卸荷阀）将开关泵和转向泵卸荷，相比相同配置的双泵合流系统，有100ml/r的高压油离开工作循环，即约215Nm的扭矩被释放，联合工况点从A转移到B，抑制了发动机调转（见图2）。

通过动力匹配曲线可以简略得出，复合工况下发动机转速可以由1600rpm提高到1960rpm左右，实际牵引力增加了52KN（5t多）（见图4）。

通过上述分析力看出，整机作业于重载工况铲掘或举升突然憋压时，由于多级功率合流系统配置等值卸荷阀，可将多余流量卸载，发动机掉转被抑制，牵引力提高约52KN，对整个作业效率的提高是不言而喻的。

参考文献

[1] 雷天觉.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，1998.