2.2　泵裝置

這里敘述的是日立ZAXIS130W型輪式挖掘機配置的液壓泵裝置。

2.2.1　概述

泵裝置包括主泵Ⅰ和主泵Ⅱ、先導泵2和轉向泵4，如圖2-22所示。主泵為變量斜盤式串聯柱塞雙泵，向主油路提供高壓液壓油。先導泵2和轉向泵4為齒輪泵。提供給泵輸油壓力傳感器6和8、泵控制壓力傳感器5和7與N傳感器（發動機轉速傳感器）1，以控制泵和閥的操作。

2.2.2　主泵

主泵為斜盤式雙軸柱塞泵。主軸1與齒輪6連接。主軸1上安裝同一類型的兩個泵。主軸1通過花鍵連接到缸體5，柱塞4裝入缸體5，如圖2-23所示。

發動機的旋轉通過聯軸器傳遞到主軸1。由于主軸1旋轉，所以柱塞4與缸體5一起旋轉。柱塞4沿滑靴板3的表面滑動，因此，當斜盤2與柱塞4呈一定角度時，柱塞4在缸體5的孔中作往復運動。柱塞4的往復運動起到吸入和排出液壓油的作用。

流量增加與減小的操作如下。通過改變斜盤角度而改變柱塞的行程，可以使泵的流量發生變化。伺服柱塞通過調節器的壓力油進行移動。由于斜盤連接到伺服柱塞，所以斜盤角度會根據伺服柱塞的移動而改變，使泵的流量發生變化，如圖2-24所示。

2.2.3　調節器

（1）調節器的結構

調節器根據各種指令信號壓力控制主泵流量，所以泵的驅動功率不會超過發動機功率。泵Ⅰ和泵Ⅱ各裝備有一個調節器，如圖2-25所示。

調節器的主要零件包括連桿5、先導柱塞3、銷7、反饋桿9、連桿15、補償柱塞22、閥套12、閥柱13和止動器1。

（2）連桿機構

先導柱塞3的運動通過銷4傳遞到連桿5，使連桿5沿著固定在支撐螺塞中的銷7旋轉。補償桿21的運動通過銷20傳遞到連桿15，使連桿15沿著固定在殼體中的銷14旋轉。銷6安裝在反饋桿9中，銷6的兩端插入連桿15和連桿5上的孔中。因此，當連桿15或連桿5旋轉時，銷6與所旋轉的桿的孔相接觸，使反饋桿9圍繞伺服柱塞上的銷10旋轉。另外，當伺服柱塞19移動時，反饋桿9通過銷10移動。由于連桿15和連桿5此時不移動，所以反饋桿9圍繞銷6旋轉，移動閥柱13，如圖2-26所示。

（3）調節器的功能

調節的原理如圖2-27所示，具有以下5種控制功能。

①通過泵控制壓力控制　當操作某一操縱桿時，信號控制閥中的泵流量控制閥根據操縱桿的行程調節泵控制壓力p_i。然后，當調節器接受泵控制壓力p_i時，調節器與泵控制壓力p_i成一定比例控制泵流量，泵控制壓力p_i與泵流量Q關系曲線如圖2-28所示。

當操作某一操縱桿時，泵控制壓力p_i增加，因此調節器增加泵的流量。當操縱桿返回到中位時，泵控制壓力p_i下降，使調節器減少泵的流量。

②通過自身或另一泵輸油壓力控制　調節器接受自身的泵輸油壓力p₁和另一泵輸油壓力p₂，作為控制信號壓力。如果兩者的平均壓力增加到超過設定的p-Q曲線，調節器根據從p-Q曲線超出的壓力減少兩泵的流量，因此總的泵輸出功率返回到設定的p-Q曲線內，如圖2-29所示，這樣就防止了發動機過載。

p-Q曲線圖要求共同調節兩泵的操作。因此，兩泵的流量被調節得幾乎相同。因此，盡管高壓側的泵負荷量比低壓側大，但總的泵輸出功率與發動機輸出功率相匹配（總功率控制）。

③通過來自扭矩控制電磁閥的先導壓力控制　挖掘機主控制器（MC）根據發動機目標轉速輸入信號、至扭矩控制電磁閥的實際轉速信息信號和輸出功率信號進行操作。

根據來自MC的信號，扭矩控制電磁閥向調節器輸送扭矩控制先導壓力p_ps。接收到先導壓力p_ps后，調節器減少泵的流量（速度傳感控制：在慢速下增加扭矩）。如圖2-30所示為扭矩電磁閥控制泵p-Q曲線。

④通過來自流量限制電磁閥的先導壓力控制　當來自工作模式開關和壓力傳感器或附件模式開關的信號到達MC（主控制器）時，MC向泵最大流量限制電磁閥發送一個信號。根據該信號，泵最大流量限制電磁閥降低泵控制壓力p_i，限制泵的最大流量（泵流量限制控制）。如圖2-31所示為流量限制電磁閥控制泵的輸出曲線。

⑤通過最大流量轉換電磁閥（僅泵Ⅰ側）控制　當來自發動機控制模式開關、行走模式開關、制動開關、行走先導壓力和N傳感器（行走）的信號到達MC時，MC判斷出機器一定在行走。然后，MC向泵Ⅰ最大流量轉換電磁閥發送信號。根據該信號，泵Ⅰ最大流量轉換電磁閥降低泵Ⅰ最大流量轉換壓力p_ic，因此泵Ⅰ最大流量增加（行走泵Ⅰ最大流量轉換控制），如圖2-32所示。

最小流量信號優先控制當兩個以上控制信號同時發送到調節器時，調節器由最小流量信號控制。較小斜盤角度、較小（流量）信號優先控制。

（4）調節器的操作

盡管泵Ⅰ調節器與泵Ⅱ調節器稍有不同，但除最大流量轉換控制部分之外，操作原理相同。因此，僅利用泵Ⅰ調節器闡述調節器的操作，如圖2-33所示。

①通過泵控制壓力控制　泵控制壓力控制具有兩種功能：流量增加和減少功能。在選擇器閥中轉換成壓力p_i之后，與操縱桿行程成比例的二級先導壓力進入泵的調節器。因此，泵調節器得知操縱桿的狀態，從而使調節器控制泵的斜盤角度。

a.流量增加操作。當操作某一操縱桿時，流量控制壓力p_i作用到柱塞2上。由于壓力p_i增加，柱塞2和先導柱塞3向右移動，直到壓力p_i與先導彈簧8的彈簧力平衡為止，如圖2-34所示。

先導柱塞3通過銷4移動連桿5。連桿5圍繞銷7（固定在支撐螺塞中）逆時針旋轉。

由于安裝在反饋桿9中的銷6插入連桿5的孔中，反饋桿9通過連桿5圍繞銷10逆時針旋轉，使閥柱13向左移動。

當閥柱13移動時，伺服柱塞19的大腔通過閥柱13連接到液壓油箱。由于泵輸油壓力p進入小腔，伺服柱塞19向左移動。

根據伺服柱塞19的移動，泵斜盤角度增加，使泵流量增加。

由于伺服柱塞19移動，反饋桿9通過銷10移動。由于先導柱塞3和連桿5不移動，反饋桿9圍繞銷6做順時針旋轉，將閥柱13推向右側。當閥柱13和閥套12上的槽口完全關閉時，伺服柱塞19的大腔不與液壓油箱相連接，伺服柱塞19停止移動。

因此，泵流量隨著操縱桿的行程而增加（壓力p_i增加）。

b.流量減小操作。當操縱桿返回中位且流量控制壓力p_i減小時，先導柱塞3向左移動，直到先導柱塞3與彈簧8相平衡，如圖2-35所示。

先導柱塞3通過銷4移動連桿5。連桿5圍繞銷7（固定在支撐螺塞中）順時針旋轉。

由于安裝在反饋桿9中的銷6插入連桿5的孔中，反饋桿9通過連桿5圍繞銷10順時針旋轉，使閥柱13向右移動。

當閥柱13移動時，泵輸油壓力p通過閥柱13進入伺服柱塞19的大腔中。盡管相同的油壓p進入小腔，但由于伺服柱塞端部的壓力接收面積不同，伺服柱塞19向右移動。

根據伺服柱塞19的移動，泵斜盤角度減小，使泵流量減少。

由于伺服柱塞19移動，反饋桿9通過銷10移動。由于先導柱塞3和連桿5不移動，反饋桿9圍繞銷6作逆時針旋轉，將閥柱13推向左側。當閥柱13和閥套12上的槽口完全關閉時，泵輸油壓力p不進入伺服柱塞19的大腔，因此伺服柱塞19停止移動。

因此，泵流量隨著操縱桿的行程而減少（壓力p_i下降）。

②通過自身或另一泵輸油壓力控制　通過自身輸油壓力和另一泵輸油壓力實現的泵控制，具有以下兩種功能：

a.流量減少（防過載）功能。當泵輸油壓力（自身輸油壓力p₁和另一泵輸油壓力p₂）增加時，補償柱塞22向右移動補償桿21，直到泵輸油壓力與外彈簧17的彈力和內彈簧18的彈力相平衡，如圖2-36所示。

補償桿21通過銷20移動連桿15。連桿15圍繞銷14（固定在殼體中）逆時針旋轉。

由于安裝在反饋桿9中的銷6插入連桿15的孔中，反饋桿9通過連桿15圍繞銷10順時針旋轉，使閥柱13向右移動。

當閥柱13移動時，泵輸油壓力p通過閥柱13進入伺服柱塞19的大腔中。盡管相同的油壓p進入小腔，但由于伺服柱塞19端部的壓力接收面積不同，伺服柱塞19向右移動。

由于伺服柱塞19的移動，泵斜盤角度減小，使泵流量減少。

由于伺服柱塞19移動，反饋桿9通過銷10移動。由于補償桿21和連桿15不移動，反饋桿9圍繞銷6作逆時針旋轉，將閥柱13推向左側。當閥柱13和閥套12上的槽口關閉時。油壓完全不能進入伺服柱塞19，使伺服柱塞19停止移動。

因此泵流量從Q₁減少到Q₂，降低泵的負荷。

b.流量增加（流量恢復）功能。當泵輸油壓力（自身輸油壓p₁力和另一泵輸油壓力p₂）下降時，補償柱塞22和補償桿21向左移動，直到泵輸油壓力與外彈簧17的彈力和內彈簧18的彈力相平衡，如圖2-37所示。

補償桿21通過銷20移動連桿15。連桿15圍繞銷14（固定在殼體中）順時針旋轉。

由于安裝在反饋桿9中的銷6插入連桿15的孔中，反饋桿9通過連桿15圍繞銷10逆時針旋轉，使閥柱13向左移動。

當閥柱13移動時，伺服柱塞19的大腔通過閥柱13連接到液壓油箱。由于泵輸油壓力p進入小腔，伺服柱塞19向左移動。

根據伺服柱塞19的移動，泵斜盤角度增加，使泵流量增加。

由于伺服柱塞19移動，反饋桿9通過銷10移動。由于補償桿21和連桿15不移動，反饋桿9圍繞銷6作順時針旋轉，將閥柱13推向右側。當閥柱13和閥套12上的槽口完全關閉時，伺服柱塞19的大腔不與液壓油箱相連接，伺服柱塞19停止移動。

因此，泵流量增加。

③通過來自扭矩控制電磁閥的先導壓力控制　當從扭矩控制電磁閥提供扭矩控制壓力p_f時，泵流量減少。

扭矩控制壓力p_f作用在銷23的端面。于是，補償柱塞22和補償桿21向右移動，直到與外彈簧17和內彈簧18相平衡，如圖2-38所示。

④通過來自泵Ⅱ最大流量限制電磁閥的先導壓力控制　通過來自泵Ⅱ最大流量限制電磁閥的先導壓力控制的目的是限制泵輸出的最大流量。

通過來自MC（主控制器）的信號，泵控制壓力p_i油路中的泵Ⅱ最大流量控制電磁閥起作用。

泵Ⅱ最大流量控制電磁閥起減壓閥的作用，限制泵控制壓力p_i。

當操作某一操縱桿時，流量控制壓力p_i作用到先導柱塞3上。由于壓力p_i增加，柱塞2和先導柱塞3向右移動，直到壓力p_i與先導彈簧8的彈簧力平衡為止，如圖2-39所示。

先導柱塞3通過銷4移動連桿5。連桿5圍繞銷7（固定在支撐螺塞中）逆時針旋轉。

由于安裝在反饋桿9中的銷6插入連桿5的孔中，反饋桿9通過連桿5圍繞銷10逆時針旋轉，使閥柱13向左移動。

當閥柱13移動時，伺服柱塞19的大腔通過閥柱13連接到液壓油箱。由于泵輸油壓力p進入小腔，伺服柱塞19向左移動。

根據伺服柱塞19的移動，泵斜盤角度增加，使泵流量增加。

由于伺服柱塞19移動，反饋桿9通過銷10移動。由于先導柱塞3和連桿5不移動，反饋桿9圍繞銷6作順時針旋轉，將閥柱13推向右側。當閥柱13和閥套12上的槽口完全關閉時，伺服柱塞19的大腔不與液壓油箱相連接，伺服柱塞19停止移動。

因此，泵流量隨著操縱桿的行程而增加（p_i壓力增加）。不過，由于泵最大控制壓力被限制，先導柱塞3的移動量減少。所以，最大流量減少到低于正常值。

⑤通過最大流量轉換電磁閥控制（僅限于泵Ⅰ）　通過最大流量轉換電磁閥實現對泵Ⅰ流量增加的控制功能。

當泵Ⅰ最大流量轉換電磁閥起作用時，作用在止動器1上的泵Ⅰ最大流量轉換壓力p_ic進入液壓油箱，如圖2-40所示。

泵控制壓力p_i向右推動柱塞2。由于泵Ⅰ最大流量轉換壓力p_ic下降至液壓油箱壓力，止動器1向右推動柱塞2。

于是，柱塞2向右推動先導柱塞3，直到壓力p_i與彈簧8的力相平衡。

先導柱塞3通過銷4移動連桿5。連桿5圍繞銷7（固定在支撐螺塞中）逆時針旋轉。

由于安裝在反饋桿9中的銷6插入連桿5的孔中，反饋桿9通過連桿5圍繞銷10逆時針旋轉，使閥柱13向左移動。

當閥柱13移動時，伺服柱塞19的大腔通過閥柱13連接到液壓油箱。由于泵輸油壓力p進入小腔，伺服柱塞19向左移動。

根據伺服柱塞19的移動，泵斜盤角度增加，使泵流量增加。

由于伺服柱塞19移動，反饋桿9通過銷10移動。由于先導柱塞3和連桿5不移動，反饋桿9圍繞銷6作順時針旋轉，將閥柱13推向右側。當閥柱13和閥套12上的槽口完全關閉時，伺服柱塞19的大腔不與液壓油箱相連接，伺服柱塞19停止移動。

由于止動器1向右移動，先導柱塞3比一般情況下向右移動得更多，使泵Ⅰ最大流量增加。

⑥較小斜盤角度、較小（流量）信號優先控制　當泵流量增加和減少信號同時到達時，該調節器動作，使流量減少信號優先。

由泵控制壓力提供的泵排量角度控制信號和來自扭矩控制電磁閥的先導壓力通過連桿15和連桿5上的孔以及銷6傳遞到反饋桿9和閥柱13，如圖2-41所示。同時可參考通過泵控制壓力控制和通過來自扭矩控制電磁閥的先導壓力控制。

銷6與連桿15或連桿5上的流量減少側的孔相接觸，使流量和功率減少控制優先。

2.2.4　扭矩控制電磁閥

扭矩控制電磁閥位于泵Ⅱ調節器上。扭矩控制電磁閥向泵Ⅰ和泵Ⅱ調節器提供扭矩控制壓力p_ps，以減小泵的流量。

中位時，油口T通過閥柱上的槽口連接到輸出油口。來自油口P的壓力油被閥柱完全堵塞，如圖2-42所示。

當電流從MC流向電磁線圈時，該電磁線圈被勵磁，推動彈簧1。

輸出油口通過閥柱上的槽口連接到油口P。于是，壓力油從油口P進入輸出油口。

彈簧腔通過閥柱中的油道開啟至油口T。由于左側閥柱階式法蘭直徑大于右側閥柱階式法蘭直徑，所以閥柱返回到左側。