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泵与发动机的功率匹配原理
发动机的输出功率：
ｎｅ
=
ｍｅ
·
ｎｅ
/9 549
（
1
）
式中：ｎｅ
——
发动机输出功率（
kw
）
ｍｅ
——
发动机转矩（
n·
m
）
ｎｅ
——
发动机转速（
r/min
）
泵的输出功率为：
ｎｂ＝
ｐｂｑｂ
/60
＝
ｐｂｑｂｎｂ
/60 000
（２）
式中：ｎｂ
< br>——
泵的输出功率（
kw
）
ｐｂ
——
泵出口
压力（
mpa
）
ｑｂ
——
泵出口流量（
l/min
）
ｑｂ
——
泵的排量（
ml/r
）
ｎｂ
——
泵的转速（
r/min
）
泵与
发动机直接连接，有ｎｂ
=
ｎｅ。
由传动关系知，ｎｂ与ｎｅ又满足：
ｎｂ
=
ｎｅ
η
１
η
２
（
3
）
式中
η 1——
泵与发动机之间的传动
效率，泵与发动机直接
连接时取为
1
，
泵与发动机通过分动箱相连时取为
0.97
η
2——
泵自身的效率
，由于泵一般为
变量柱塞泵，当泵的
排量、转速、压力变化时，效率也随之变化，因此，泵的效
率值由供应商提供。
当发动机期望工作在某一最佳工作点时，其输出转矩为一常
值，所以泵与发动机功率匹配，有关系式：
ｍｂ＝
ｐｂ
ｑｂ
/2π
＝常值
（
4
）
式中：ｍｂ
——
泵的吸收转矩
n·
m
因此，当负载ｐｂ变化时，通过调节泵
的排量ｑｂ使得泵的
输出转矩不变，就实现了泵与发动机之间的功率匹配，发动
机的转速为设定的最佳工作点处的转速。从而得出结论：当
发动机在设定
的最佳工作点运行时，欲实现泵与发动机匹
配，则要求泵具有恒功率特性，图１所示。<
/p>
此主题相关图片如下：
[disablelbcode]
恒功率泵可采用机械控制或
微控器控制，机械控制的恒
功率变量是靠不同的弹簧组合来近似实现恒功率的，在其恒<
/p>
功率区段能实现泵与发动机的匹配，但是有调节不方便、存
在误差
等不足。而当采取微控器（如ＭＣ控制器）控制时，
能实现泵与发动机的精确匹配，而且
调节方便。
２
柴油机最佳工作点的选取
图２是发动
机的外特性转矩曲线图，曲线ＡＢＣＤ是发动机
的全负荷速度特性，斜线ＡＨ、ＢＩ、Ｃ
Ｊ、ＤＫ为不同油
门位置时的调速特性。点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分
别是对应的最大
功率输出点。因为一个油门位置Ｘ对应一个最大功率输出
点，
所以最大功率Ｎｍａｘ
（Ｍ，
ｎ）
是油门位置ｘ的函数，
即：
Ｎｍａｘ（Ｍ，ｎ）＝ｆ１（ｘ）
（
5
）
所以只要调节油门的位置，就可选择不同的功率模式。发动
机在工作
时，其所受的转矩为自变量，转矩的大小取决于后
接负载的大小，而发动机转速是因变量
，所以：
ｎ＝ｆ２（Ｍ）
６
因为发动机正常工作时，后接负载
往往低于该油门位置时的
最大负载，所以发动机工作时往往工作在调速特性阶段，而
调速特性段的功率低于该油门位置时的最大功率，因此发动
机在正常
工作时其效能往往未能得到充分发挥。要想得到最
大的工作效率，发动机应始终工作在最
大功率点。
在不同的油门位置下，虽然都可以工作在最大功率
点，但是
在有些最大功率点（如图２中的Ｂ、Ｃ、Ｄ点）抗过载能力
很差，容易导致发动机熄火，所以在不同油门位置下，最大
功率点的设定应如图２中
的Ａ、Ｅ、Ｆ、Ｇ点，使得在每一
个最大功率点都留有一定的过载余量如
δ
Ｍ＝ＭＤ－ＭＧ，
而不至于导致发动机熄火，
δ
Ｍ大小视不同油门位置时的具
体工作特
性而定，其趋势如图２中的ＡＥＦＧ曲线，因此实
际工作时设定的最大功率点应落在
ＡＥＦＧ曲线上。
此主题相关图片如下：
[DIS
ABLELBCODE]
由图３的ＮＴ８５５－Ｃ２８０ＢＣⅢ柴油机外特性曲线
可以看
出（见图３中曲线２）
：发动机飞轮转矩的增加会引
起发动机转
速的下降（掉速）
，当发动机转速下降至最大转
矩点时
?
熏发动机输出转矩开始下降，此时发动机工作不稳
定，转速急剧下降直至熄火，为了防止发动机熄火和充分利
用发动机功率，只有及时
减小液压泵的排量，降低发动机的
负荷。从图３可以看出，只有当发动机工作在（１
６００，
１
９００）
r/min
区段时即可兼顾发动机输出功率与转矩
均在较大且比油耗最小状态
３
泵与发动机匹配的实现
对于全液压推
土机，泵与发动机匹配的实现，一般采用极限
负荷调节法。由图１可以看出，由于变量柱
塞泵具有恒功率
的特性，所以实现恒功率控制是一种最理想的
状态。但在实
际应用中，恒功率控制是非常难以实现的，比较成功的一种
办法是实现发动机的恒转速控制。采用极限负荷调节法，使
发动机工作在最佳转
速范围内。
如图４，发动机９和变量泵４刚性联接在一起，变
量泵４输
出的高压油液经高压油管７使行走马达８旋转输出动力，输
出的动力经减速后传给履带６。操作油门操纵杆１０，会同
时拉动油门位置传感器１
１产生电信号传给ＭＣ微控器５，
所有信号可以通过仪表板１显示出来
< br>
此主题相关图片如下：
1.
仪表板
2.
转速传感器
3.
行驶手柄
4.
变量泵
微控器
6.
履带
7.
高压油管
8.
行走马达
9.
发动机
10.
油门杆
11.
油门位置传感器
当机器在铲掘工况时遇到大负荷，行走马达８的负载转
矩增加；在行走闭式系统的流量、马达转速不变的情况下，
马达的排量
也会保持不变。但由于负荷的增加，高压油管７
内的压力就会
升高。这样使得变量泵４的负载转矩增加，由
于发动机９和变量泵４直接连接在一起，泵
的负载增加导致
发动机飞轮转矩增加。在负载的作用下，发动机转速下降。
此时，ＭＣ微控器５根据由转速传感器２传来的信号，计算
出此时实际转速与对应油门开度下的设定转速的差值
Δ
ｎ，
经数据处理和ＰＩＤ运算后，调节变量泵４的比例阀电流，
以减小变量泵４的排量而使其吸入转矩减小，由于负载的减
轻，发动机转速回升；反之亦
然。这样使发动机９工作在最
佳转速范围内。
图５为极限负荷调节过程的原理图。
此主题相关图片如下：
４
马达与泵的匹配
从理论上讲，马达与泵并无特殊的匹配关系。但是在推土机