【文章內(nèi)容簡介】 作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進(jìn)行第二次挖掘循 環(huán)。在實(shí)際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機(jī)液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合隨機(jī)的。 總之，液壓挖掘機(jī)是由多學(xué)科、多系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學(xué)科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機(jī)整機(jī)的最佳性能。 11 第 頁 共 72 頁 3 液壓挖掘機(jī)工況分析及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 要了解和設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)的工作過程及其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動作時的流量、力和功率要求以及液壓作用元件相互配合的復(fù)合動作要求和復(fù)合動作時油泵對同 時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 液壓挖掘機(jī)的工況 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是按照挖掘機(jī)各個機(jī)構(gòu)和裝置的傳動要求，把各種液壓組件用管路有機(jī)地連接起來的組合體。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機(jī)的機(jī)械能以液壓油為介質(zhì)，利用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，進(jìn)行傳遞，然后通過液壓缸和液壓馬達(dá)等執(zhí)行組件返回機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)各種動作。 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括下列幾個間歇動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走，以及其它輔助動作，它們即可以單獨(dú)動作又可以復(fù)合動作。 由于挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較 大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特殊要求：(1)實(shí)行各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化； (2)為了充分利用發(fā)動機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作同時進(jìn)行，即復(fù)合動作。這兩項(xiàng)要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。單斗液壓挖掘機(jī)一個動作循環(huán)的組成和動作的復(fù)合，包括： (1)挖掘 通常以鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或兩者配合進(jìn)行瓦解，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動作，必要時，配以動臂動作。 (2)滿產(chǎn)回轉(zhuǎn) 挖掘結(jié)束，動臂液壓缸將動臂 頂起，滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺向卸土處，主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。 (3)卸載 轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載，為了調(diào)整卸載位置，還要有動臂液壓缸的配合，此時，是斗桿和鏟斗的復(fù)合動作，間以動臂動作。 (4)返回 卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動臂液壓缸和斗桿液壓缸配合，把空 12 第 頁 共 72 頁 斗放在新的挖掘點(diǎn)，此時，是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復(fù)合動作。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 單斗液壓挖掘機(jī)的動作繁復(fù)，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常起動、制動、外負(fù)載變化很大，沖擊和振動多，而且野外工 作，溫度和環(huán)境變化大，所以對液壓系統(tǒng)的要求是多方面的。故有以下設(shè)計(jì)要求： (1)要保證挖掘機(jī)動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動作，也可以互相配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作。 (2)工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能作復(fù)合動作，以提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。 (3)履帶式挖掘機(jī)的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機(jī)行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。 (4)保證挖掘機(jī)的一切動作可逆，且無級變速。 (5)保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有良好的過載 保護(hù)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快帶下降和整機(jī)超速溜坡。 液壓系統(tǒng)方案的論證 目前有關(guān)挖掘機(jī)的主流液壓控制系統(tǒng)主要有負(fù)流量控制、正流量控制和負(fù)載敏感控制等幾種控制技術(shù)。第一種負(fù)流量控制技術(shù)發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，技術(shù)非常成熟。在挖掘機(jī)市場份額中，具有這三種控制系統(tǒng)的挖掘機(jī)各占一定比例，與此同時它們也有各自適用的場合。但是在節(jié)能方式上它們的節(jié)能效率不高。針對節(jié)能效率不高的這個缺陷，本文現(xiàn)提出一種基于恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)技術(shù)的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，下面就這幾種節(jié)能控制方案分別進(jìn) 行分析。 20世紀(jì) 70年代末期，其控制原理為：當(dāng)主回路的多路換向閥（即主換向閥）處于中位時，執(zhí)行元件不工作，主液壓泵處于卸荷狀態(tài)，此時在主回路接入一個節(jié)流閥，油液通過節(jié)流口產(chǎn)生一個壓差，利用節(jié)流閥兩端口的壓力差 P? 來作為主液壓泵流量的一個反饋信號，顯然當(dāng)卸荷時，節(jié)流閥的背壓近似為零，由于主泵流量全部卸荷，此時節(jié)流閥的進(jìn)口壓力會達(dá)到最大值，則 P? 可反饋到主泵的流量控制機(jī)構(gòu)，使主泵的排量自動減少到最小，可以達(dá)到 13 第 頁 共 72 頁 節(jié)能的目的，主要是可以減少主閥在中位時主泵的流量損耗，主泵的輸出流量通過操作者對節(jié)流口面積改變而控制，按需求供應(yīng)流量，節(jié)約了泵的空載損失，減少了溢流損失和系統(tǒng)發(fā)熱，減少發(fā)動機(jī)的功率，意義重大。由于 節(jié)流口的壓差與主泵的流量成負(fù)線性關(guān)系，故稱為負(fù)流量控制， 負(fù)流量控制系統(tǒng)的原理如圖 。 圖 負(fù)流量控制系統(tǒng)原理圖 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)展歷史悠久，技術(shù)非常較成 熟，應(yīng)用較廣泛。但存在以下缺陷：六通多路閥死區(qū)較大、調(diào)速范圍有限 、響應(yīng)時間較長、流量波動較大、可操作性差、節(jié)能效果有待加強(qiáng)等。 20世紀(jì) 80年代， 它主要是用容積調(diào)速取代定流量系統(tǒng)中的節(jié)流調(diào)速，其調(diào)速效率更高。如圖 。 14 第 頁 共 72 頁 圖 液壓挖掘機(jī)正流量控制系統(tǒng)原理圖 在 正流量控制系統(tǒng)中 泵排量直接由先導(dǎo)壓力控制，在工作過程中，先導(dǎo)壓力的增加，泵排量也相應(yīng)隨著增加。操縱兩個液壓油缸可以由操縱手柄來完成，引出的先導(dǎo)液壓信號一方面控制兩個六通多路閥，另一方面通過梭閥組將最大先導(dǎo)壓力挑 選出來，以此來控制泵排量，使液壓泵輸出流量與多路閥工作口的開度成正比。當(dāng)手柄無操作時，先導(dǎo)操縱信號壓力為零，相應(yīng)泵排量也為零，有效地消除了空流損耗；當(dāng)手柄開始操作時，先導(dǎo)壓力上升，控制泵排量增加。在這一控制過程中，依舊需要多路閥的旁路節(jié)流作用來克服負(fù)載壓力，使泵輸出壓力升高。由于系統(tǒng)只輸出與先導(dǎo)操縱壓力相匹配的流量，以此來減少旁路節(jié)流損耗，達(dá)到良好的節(jié)能效果。相對于負(fù)流量控制系統(tǒng)，正流量控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間更短、流量波動更小、可操作性更好、系統(tǒng)的可靠性更高等。但正流量系統(tǒng)的構(gòu)造復(fù)雜，花費(fèi)成本較高，同時由于依然 存在節(jié)流損失，故節(jié)流效率還有待得到進(jìn)一步提高。 采用這種液壓系統(tǒng)國外比較典型的一種產(chǎn)品是日立建機(jī)生產(chǎn)的 EX400液壓挖掘機(jī)，國內(nèi)產(chǎn)品中比較典型的有四川長江挖掘機(jī)廠生產(chǎn)的 WY403型全液壓挖掘機(jī)和廣西玉柴工程機(jī)械有限公司出產(chǎn)的 WY20YC液壓挖掘。 20世紀(jì) 90年代后，并且被廣泛地應(yīng)用在中小型挖掘機(jī)上，節(jié)能效果非常顯著。它在各執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時工作時，流量供給只由操縱手柄的開度來決定，而與負(fù)荷大小無關(guān)，使得工作的可操作性變得很強(qiáng)，如圖 所示。 圖 負(fù)載敏感控制原理 負(fù)載敏感控制的基本原理可以解釋為，節(jié)流孔的流量 Q是開口面積 A和壓差 15 第 頁 共 72 頁 ? P的函數(shù)，若 ?