2.2 泵装置
这里叙述的是日立ZAXIS130W型轮式挖掘机配置的液压泵装置。
2.2.1 概述
泵装置包括主泵Ⅰ和主泵Ⅱ、先导泵2和转向泵4，如图2-22所示。主泵为变量斜盘式串联柱塞双泵，向主油路提供高压液压油。先导泵2和转向泵4为齿轮泵。提供给泵输油压力传感器6和8、泵控制压力传感器5和7与N传感器（发动机转速传感器）1，以控制泵和阀的操作。
图2-22 泵装置
1—N传感器（发动机转速传感器）；2—先导泵；3—扭矩控制电磁阀；4—转向泵；5—主泵Ⅱ控制压力传感器；6—主泵Ⅱ输油压力传感器；7—主泵Ⅰ控制压力传感器；8—主泵Ⅰ输油压力传感器；9—主泵Ⅰ；10—主泵Ⅱ
2.2.2 主泵
主泵为斜盘式双轴柱塞泵。主轴1与齿轮6连接。主轴1上安装同一类型的两个泵。主轴1通过花键连接到缸体5，柱塞4装入缸体5，如图2-23所示。
图2-23 主泵结构
1—主轴；2—斜盘；3—滑靴板；4—柱塞；5—缸体；6—齿轮
发动机的旋转通过联轴器传递到主轴1。由于主轴1旋转，所以柱塞4与缸体5一起旋转。柱塞4沿滑靴板3的表面滑动，因此，当斜盘2与柱塞4呈一定角度时，柱塞4在缸体5的孔中作往复运动。柱塞4的往复运动起到吸入和排出液压油的作用。
流量增加与减小的操作如下。通过改变斜盘角度而改变柱塞的行程，可以使泵的流量发生变化。伺服柱塞通过调节器的压力油进行移动。由于斜盘连接到伺服柱塞，所以斜盘角度会根据伺服柱塞的移动而改变，使泵的流量发生变化，如图2-24所示。
图2-24 变量机构
1—伺服柱塞；2—主轴；3—配流盘；4—缸体；5—柱塞；6—斜盘
2.2.3 调节器
（1）调节器的结构
调节器根据各种指令信号压力控制主泵流量，所以泵的驱动功率不会超过发动机功率。泵Ⅰ和泵Ⅱ各装备有一个调节器，如图2-25所示。
图2-25 调节器结构
1—止动器；3—先导柱塞；5，15—连杆；7—销；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；19—伺服柱塞；22—补偿柱塞
调节器的主要零件包括连杆5、先导柱塞3、销7、反馈杆9、连杆15、补偿柱塞22、阀套12、阀柱13和止动器1。
（2）连杆机构
先导柱塞3的运动通过销4传递到连杆5，使连杆5沿着固定在支撑螺塞中的销7旋转。补偿杆21的运动通过销20传递到连杆15，使连杆15沿着固定在壳体中的销14旋转。销6安装在反馈杆9中，销6的两端插入连杆15和连杆5上的孔中。因此，当连杆15或连杆5旋转时，销6与所旋转的杆的孔相接触，使反馈杆9围绕伺服柱塞上的销10旋转。另外，当伺服柱塞19移动时，反馈杆9通过销10移动。由于连杆15和连杆5此时不移动，所以反馈杆9围绕销6旋转，移动阀柱13，如图2-26所示。
图2-26 连杆机构
3—先导柱塞；4，6，7，10，14，16，20—销；5，15—连杆；9—反馈杆；19—伺服柱塞；21—补偿杆
（3）调节器的功能
调节的原理如图2-27所示，具有以下5种控制功能。
图2-27 调节器原理
p1—泵Ⅰ输油压力；p2—泵Ⅱ输油压力；pi1—泵Ⅰ控制压力（自泵Ⅰ最大流量限制电磁阀）；pi2—泵Ⅱ控制压力（自泵Ⅱ最大流量限制电磁阀）；pic—泵Ⅰ最大流量转换压力（自泵Ⅰ最大流量转换电磁阀）；pf—扭矩控制压力（来自扭矩控制电磁阀）；pG—初级先导压力（来自先导泵）
①通过泵控制压力控制 当操作某一操纵杆时，信号控制阀中的泵流量控制阀根据操纵杆的行程调节泵控制压力pi。然后，当调节器接受泵控制压力pi时，调节器与泵控制压力pi成一定比例控制泵流量，泵控制压力pi与泵流量Q关系曲线如图2-28所示。
图2-28 控制压力pi与泵流量控制关系曲线
当操作某一操纵杆时，泵控制压力pi增加，因此调节器增加泵的流量。当操纵杆返回到中位时，泵控制压力pi下降，使调节器减少泵的流量。
②通过自身或另一泵输油压力控制 调节器接受自身的泵输油压力p1和另一泵输油压力p2，作为控制信号压力。如果两者的平均压力增加到超过设定的p-Q曲线，调节器根据从p-Q曲线超出的压力减少两泵的流量，因此总的泵输出功率返回到设定的p-Q曲线内，如图2-29所示，这样就防止了发动机过载。
图2-29 泵p-Q（功率）曲线
p-Q曲线图要求共同调节两泵的操作。因此，两泵的流量被调节得几乎相同。因此，尽管高压侧的泵负荷量比低压侧大，但总的泵输出功率与发动机输出功率相匹配（总功率控制）。
③通过来自扭矩控制电磁阀的先导压力控制 挖掘机主控制器（MC）根据发动机目标转速输入信号、至扭矩控制电磁阀的实际转速信息信号和输出功率信号进行操作。
根据来自MC的信号，扭矩控制电磁阀向调节器输送扭矩控制先导压力pps。接收到先导压力pps后，调节器减少泵的流量（速度传感控制：在慢速下增加扭矩）。如图2-30所示为扭矩电磁阀控制泵p-Q曲线。
图2-30 扭矩电磁阀控制泵p-Q曲线
④通过来自流量限制电磁阀的先导压力控制 当来自工作模式开关和压力传感器或附件模式开关的信号到达MC（主控制器）时，MC向泵最大流量限制电磁阀发送一个信号。根据该信号，泵最大流量限制电磁阀降低泵控制压力pi，限制泵的最大流量（泵流量限制控制）。如图2-31所示为流量限制电磁阀控制泵的输出曲线。
图2-31 流量限制电磁阀对泵的输出控制
⑤通过最大流量转换电磁阀（仅泵Ⅰ侧）控制 当来自发动机控制模式开关、行走模式开关、制动开关、行走先导压力和N传感器（行走）的信号到达MC时，MC判断出机器一定在行走。然后，MC向泵Ⅰ最大流量转换电磁阀发送信号。根据该信号，泵Ⅰ最大流量转换电磁阀降低泵Ⅰ最大流量转换压力pic，因此泵Ⅰ最大流量增加（行走泵Ⅰ最大流量转换控制），如图2-32所示。
图2-32 最大流量转换电磁阀控制泵的输出
最小流量信号优先控制当两个以上控制信号同时发送到调节器时，调节器由最小流量信号控制。较小斜盘角度、较小（流量）信号优先控制。
（4）调节器的操作
尽管泵Ⅰ调节器与泵Ⅱ调节器稍有不同，但除最大流量转换控制部分之外，操作原理相同。因此，仅利用泵Ⅰ调节器阐述调节器的操作，如图2-33所示。
图2-33 泵Ⅰ调节器原理
1—止动器；3—先导柱塞；5，15—连杆；7，10—销；8—先导弹簧；9—反馈杆；11—回位弹簧；12—阀套；13—阀柱；18—内弹簧；19—伺服柱；22—补偿柱塞；p1—泵Ⅰ输油压力；pi1—泵Ⅰ控制压力（来自泵Ⅰ最大流量限制电磁阀）；pic—泵Ⅰ最大流量转换压力（来自泵Ⅰ最大流量转换电磁阀）；pf—扭矩控制压力（来自扭矩控制电磁阀）；p2—泵Ⅱ输油压力
①通过泵控制压力控制 泵控制压力控制具有两种功能：流量增加和减少功能。在选择器阀中转换成压力pi之后，与操纵杆行程成比例的二级先导压力进入泵的调节器。因此，泵调节器得知操纵杆的状态，从而使调节器控制泵的斜盘角度。
a.流量增加操作。当操作某一操纵杆时，流量控制压力pi作用到柱塞2上。由于压力pi增加，柱塞2和先导柱塞3向右移动，直到压力pi与先导弹簧8的弹簧力平衡为止，如图2-34所示。
图2-34 泵控制压力增加泵流量调节
2—柱塞；3—先导柱塞；4，6，7，10—销；5—连杆；8—先导弹簧；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；19—伺服柱塞
先导柱塞3通过销4移动连杆5。连杆5围绕销7（固定在支撑螺塞中）逆时针旋转。
由于安装在反馈杆9中的销6插入连杆5的孔中，反馈杆9通过连杆5围绕销10逆时针旋转，使阀柱13向左移动。
当阀柱13移动时，伺服柱塞19的大腔通过阀柱13连接到液压油箱。由于泵输油压力p进入小腔，伺服柱塞19向左移动。
根据伺服柱塞19的移动，泵斜盘角度增加，使泵流量增加。
由于伺服柱塞19移动，反馈杆9通过销10移动。由于先导柱塞3和连杆5不移动，反馈杆9围绕销6做顺时针旋转，将阀柱13推向右侧。当阀柱13和阀套12上的槽口完全关闭时，伺服柱塞19的大腔不与液压油箱相连接，伺服柱塞19停止移动。
因此，泵流量随着操纵杆的行程而增加（压力pi增加）。
b.流量减小操作。当操纵杆返回中位且流量控制压力pi减小时，先导柱塞3向左移动，直到先导柱塞3与弹簧8相平衡，如图2-35所示。
图2-35 泵控制压力减小泵的流量
3—先导柱塞；4，6，7，10—销；5—连杆；8—先导弹簧；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；19—伺服柱塞
先导柱塞3通过销4移动连杆5。连杆5围绕销7（固定在支撑螺塞中）顺时针旋转。
由于安装在反馈杆9中的销6插入连杆5的孔中，反馈杆9通过连杆5围绕销10顺时针旋转，使阀柱13向右移动。
当阀柱13移动时，泵输油压力p通过阀柱13进入伺服柱塞19的大腔中。尽管相同的油压p进入小腔，但由于伺服柱塞端部的压力接收面积不同，伺服柱塞19向右移动。
根据伺服柱塞19的移动，泵斜盘角度减小，使泵流量减少。
由于伺服柱塞19移动，反馈杆9通过销10移动。由于先导柱塞3和连杆5不移动，反馈杆9围绕销6作逆时针旋转，将阀柱13推向左侧。当阀柱13和阀套12上的槽口完全关闭时，泵输油压力p不进入伺服柱塞19的大腔，因此伺服柱塞19停止移动。
因此，泵流量随着操纵杆的行程而减少（压力pi下降）。
②通过自身或另一泵输油压力控制 通过自身输油压力和另一泵输油压力实现的泵控制，具有以下两种功能：
a.流量减少（防过载）功能。当泵输油压力（自身输油压力p1和另一泵输油压力p2）增加时，补偿柱塞22向右移动补偿杆21，直到泵输油压力与外弹簧17的弹力和内弹簧18的弹力相平衡，如图2-36所示。
图2-36 两泵输油压力控制泵流量减小
6，10，14，20—销；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；15—连杆；17—外弹簧；18—内弹簧；19—伺服柱塞；21—补偿杆；22—补偿柱塞
补偿杆21通过销20移动连杆15。连杆15围绕销14（固定在壳体中）逆时针旋转。
由于安装在反馈杆9中的销6插入连杆15的孔中，反馈杆9通过连杆15围绕销10顺时针旋转，使阀柱13向右移动。
当阀柱13移动时，泵输油压力p通过阀柱13进入伺服柱塞19的大腔中。尽管相同的油压p进入小腔，但由于伺服柱塞19端部的压力接收面积不同，伺服柱塞19向右移动。
由于伺服柱塞19的移动，泵斜盘角度减小，使泵流量减少。
由于伺服柱塞19移动，反馈杆9通过销10移动。由于补偿杆21和连杆15不移动，反馈杆9围绕销6作逆时针旋转，将阀柱13推向左侧。当阀柱13和阀套12上的槽口关闭时。油压完全不能进入伺服柱塞19，使伺服柱塞19停止移动。
因此泵流量从Q1减少到Q2，降低泵的负荷。
b.流量增加（流量恢复）功能。当泵输油压力（自身输油压p1力和另一泵输油压力p2）下降时，补偿柱塞22和补偿杆21向左移动，直到泵输油压力与外弹簧17的弹力和内弹簧18的弹力相平衡，如图2-37所示。
图2-37 两泵输油压力控制泵流量增大
6，10，14，20—销；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；15—连杆；17—外弹簧；18—内弹簧；19—伺服柱塞；21—补偿杆；22—补偿柱塞
补偿杆21通过销20移动连杆15。连杆15围绕销14（固定在壳体中）顺时针旋转。
由于安装在反馈杆9中的销6插入连杆15的孔中，反馈杆9通过连杆15围绕销10逆时针旋转，使阀柱13向左移动。
当阀柱13移动时，伺服柱塞19的大腔通过阀柱13连接到液压油箱。由于泵输油压力p进入小腔，伺服柱塞19向左移动。
根据伺服柱塞19的移动，泵斜盘角度增加，使泵流量增加。
由于伺服柱塞19移动，反馈杆9通过销10移动。由于补偿杆21和连杆15不移动，反馈杆9围绕销6作顺时针旋转，将阀柱13推向右侧。当阀柱13和阀套12上的槽口完全关闭时，伺服柱塞19的大腔不与液压油箱相连接，伺服柱塞19停止移动。
因此，泵流量增加。
③通过来自扭矩控制电磁阀的先导压力控制 当从扭矩控制电磁阀提供扭矩控制压力pf时，泵流量减少。
扭矩控制压力pf作用在销23的端面。于是，补偿柱塞22和补偿杆21向右移动，直到与外弹簧17和内弹簧18相平衡，如图2-38所示。
图2-38 扭矩电磁阀的先导压力对泵流量控制
6，10，14，20，23—销；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；15—连杆；17—外弹簧；18—内弹簧；19—伺服柱塞；21—补偿杆；22—补偿柱塞
④通过来自泵Ⅱ最大流量限制电磁阀的先导压力控制 通过来自泵Ⅱ最大流量限制电磁阀的先导压力控制的目的是限制泵输出的最大流量。
通过来自MC（主控制器）的信号，泵控制压力pi油路中的泵Ⅱ最大流量控制电磁阀起作用。
泵Ⅱ最大流量控制电磁阀起减压阀的作用，限制泵控制压力pi。
当操作某一操纵杆时，流量控制压力pi作用到先导柱塞3上。由于压力pi增加，柱塞2和先导柱塞3向右移动，直到压力pi与先导弹簧8的弹簧力平衡为止，如图2-39所示。
图2-39 泵Ⅱ流量限制电磁阀的先导压力对泵流量控制
2—柱塞；3—先导柱塞；4，6，7，10—销；5—连杆；8—先导弹簧；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；19—伺服柱塞
先导柱塞3通过销4移动连杆5。连杆5围绕销7（固定在支撑螺塞中）逆时针旋转。
由于安装在反馈杆9中的销6插入连杆5的孔中，反馈杆9通过连杆5围绕销10逆时针旋转，使阀柱13向左移动。
当阀柱13移动时，伺服柱塞19的大腔通过阀柱13连接到液压油箱。由于泵输油压力p进入小腔，伺服柱塞19向左移动。
根据伺服柱塞19的移动，泵斜盘角度增加，使泵流量增加。
由于伺服柱塞19移动，反馈杆9通过销10移动。由于先导柱塞3和连杆5不移动，反馈杆9围绕销6作顺时针旋转，将阀柱13推向右侧。当阀柱13和阀套12上的槽口完全关闭时，伺服柱塞19的大腔不与液压油箱相连接，伺服柱塞19停止移动。
因此，泵流量随着操纵杆的行程而增加（pi压力增加）。不过，由于泵最大控制压力被限制，先导柱塞3的移动量减少。所以，最大流量减少到低于正常值。
⑤通过最大流量转换电磁阀控制（仅限于泵Ⅰ） 通过最大流量转换电磁阀实现对泵Ⅰ流量增加的控制功能。
当泵Ⅰ最大流量转换电磁阀起作用时，作用在止动器1上的泵Ⅰ最大流量转换压力pic进入液压油箱，如图2-40所示。
图2-40 最大流量转换电磁阀先导压力对泵流量控制（仅限于泵Ⅰ）
1—止动器；2—柱塞；3—先导柱塞；4，6，7，10—销；5—连杆；8—先导弹簧；9—反馈杆；12—阀套；13—阀柱；19—伺服柱塞
泵控制压力pi向右推动柱塞2。由于泵Ⅰ最大流量转换压力pic下降至液压油箱压力，止动器1向右推动柱塞2。
于是，柱塞2向右推动先导柱塞3，直到压力pi与弹簧8的力相平衡。
先导柱塞3通过销4移动连杆5。连杆5围绕销7（固定在支撑螺塞中）逆时针旋转。
由于安装在反馈杆9中的销6插入连杆5的孔中，反馈杆9通过连杆5围绕销10逆时针旋转，使阀柱13向左移动。
当阀柱13移动时，伺服柱塞19的大腔通过阀柱13连接到液压油箱。由于泵输油压力p进入小腔，伺服柱塞19向左移动。
根据伺服柱塞19的移动，泵斜盘角度增加，使泵流量增加。
由于伺服柱塞19移动，反馈杆9通过销10移动。由于先导柱塞3和连杆5不移动，反馈杆9围绕销6作顺时针旋转，将阀柱13推向右侧。当阀柱13和阀套12上的槽口完全关闭时，伺服柱塞19的大腔不与液压油箱相连接，伺服柱塞19停止移动。
由于止动器1向右移动，先导柱塞3比一般情况下向右移动得更多，使泵Ⅰ最大流量增加。
⑥较小斜盘角度、较小（流量）信号优先控制 当泵流量增加和减少信号同时到达时，该调节器动作，使流量减少信号优先。
由泵控制压力提供的泵排量角度控制信号和来自扭矩控制电磁阀的先导压力通过连杆15和连杆5上的孔以及销6传递到反馈杆9和阀柱13，如图2-41所示。同时可参考通过泵控制压力控制和通过来自扭矩控制电磁阀的先导压力控制。
图2-41 泵较小流量优先控制
5，15—连杆；6—销；9—反馈杆；13—阀柱
销6与连杆15或连杆5上的流量减少侧的孔相接触，使流量和功率减少控制优先。
2.2.4 扭矩控制电磁阀
扭矩控制电磁阀位于泵Ⅱ调节器上。扭矩控制电磁阀向泵Ⅰ和泵Ⅱ调节器提供扭矩控制压力pps，以减小泵的流量。
中位时，油口T通过阀柱上的槽口连接到输出油口。来自油口P的压力油被阀柱完全堵塞，如图2-42所示。
图2-42 扭矩控制电磁阀
当电流从MC流向电磁线圈时，该电磁线圈被励磁，推动弹簧1。
输出油口通过阀柱上的槽口连接到油口P。于是，压力油从油口P进入输出油口。
弹簧腔通过阀柱中的油道开启至油口T。由于左侧阀柱阶式法兰直径大于右侧阀柱阶式法兰直径，所以阀柱返回到左侧。