【文章內(nèi)容簡介】 作裝置再轉(zhuǎn)至挖掘位置進行第二次挖掘循 環(huán)。在實際挖掘作業(yè)中，由于土質(zhì)情況、挖掘面條件以及挖掘機液壓系通的不同，反鏟裝置三種液壓缸在挖掘循環(huán)中的動作配合隨機的。 總之，液壓挖掘機是由多學科、多系統(tǒng)組成的有機整體，只有在系統(tǒng)層面上的各系統(tǒng)、各學科協(xié)同優(yōu)化才能獲取挖掘機整機的最佳性能。 11 第 頁 共 72 頁 3 液壓挖掘機工況分析及液壓系統(tǒng)設計方案的確定 要了解和設計挖掘機的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機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合動作要求和復合動作時油泵對同 時作用的各液壓作用元件的流量分配和功率分配。 液壓挖掘機的工況 挖掘機的液壓系統(tǒng)是按照挖掘機各個機構(gòu)和裝置的傳動要求，把各種液壓組件用管路有機地連接起來的組合體。液壓系統(tǒng)的功能是把發(fā)動機的機械能以液壓油為介質(zhì)，利用液壓泵將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，進行傳遞，然后通過液壓缸和液壓馬達等執(zhí)行組件返回機械能，實現(xiàn)各種動作。 液壓挖掘機的作業(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)、整機行走，以及其它輔助動作，它們即可以單獨動作又可以復合動作。 由于挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較 大，主機的工作有兩項特殊要求：(1)實行各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應變化； (2)為了充分利用發(fā)動機功率和縮短作業(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行，即復合動作。這兩項要求需要由液壓系統(tǒng)來保證。單斗液壓挖掘機一個動作循環(huán)的組成和動作的復合，包括： (1)挖掘 通常以鏟斗液壓缸和斗桿液壓缸進行挖掘，或兩者配合進行瓦解，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復合動作，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)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺向卸土處，主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復合動作。 (3)卸載 轉(zhuǎn)到卸土點時，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，此時，是回轉(zhuǎn)和動臂或斗桿的復合動作。 挖掘機液壓系統(tǒng)的設計要求 單斗液壓挖掘機的動作繁復，主要機構(gòu)經(jīng)常起動、制動、外負載變化很大，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。故有以下設計要求： (1)要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以互相配合實現(xiàn)復合動作。 (2)工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進行，又能作復合動作，以提高挖掘機的生產(chǎn)率。 (3)履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。 (4)保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。 (5)保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的過載 保護；回轉(zhuǎn)機構(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超速溜坡。 液壓系統(tǒng)方案的論證 目前有關挖掘機的主流液壓控制系統(tǒng)主要有負流量控制、正流量控制和負載敏感控制等幾種控制技術。第一種負流量控制技術發(fā)展歷史久遠，技術非常成熟。在挖掘機市場份額中，具有這三種控制系統(tǒng)的挖掘機各占一定比例，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)絡二次調(diào)節(jié)技術的挖掘機液壓系統(tǒng)的設計方案，下面就這幾種節(jié)能控制方案分別進 行分析。 20世紀 70年代末期，其控制原理為：當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)流閥的進口壓力會達到最大值，則 P? 可反饋到主泵的流量控制機構(gòu)，使主泵的排量自動減少到最小，可以達到 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)動機的功率，意義重大。由于 節(jié)流口的壓差與主泵的流量成負線性關系，故稱為負流量控制， 負流量控制系統(tǒng)的原理如圖 。 圖 負流量控制系統(tǒng)原理圖 優(yōu)點：發(fā)展歷史悠久，技術非常較成 熟，應用較廣泛。但存在以下缺陷：六通多路閥死區(qū)較大、調(diào)速范圍有限 、響應時間較長、流量波動較大、可操作性差、節(jié)能效果有待加強等。 20世紀 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 泵排量直接由先導壓力控制，在工作過程中，先導壓力的增加，泵排量也相應隨著增加。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。當手柄無操作時，先導操縱信號壓力為零，相應泵排量也為零，有效地消除了空流損耗；當手柄開始操作時，先導壓力上升，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)流作用來克服負載壓力，使泵輸出壓力升高。由于系統(tǒng)只輸出與先導操縱壓力相匹配的流量，以此來減少旁路節(jié)流損耗，達到良好的節(jié)能效果。相對于負流量控制系統(tǒng)，正流量控制系統(tǒng)的響應時間更短、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)造復雜，花費成本較高，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)品是日立建機生產(chǎn)的 EX400液壓挖掘機，國內(nèi)產(chǎn)品中比較典型的有四川長江挖掘機廠生產(chǎn)的 WY403型全液壓挖掘機和廣西玉柴工程機械有限公司出產(chǎn)的 WY20YC液壓挖掘。 20世紀 90年代后，并且被廣泛地應用在中小型挖掘機上，節(jié)能效果非常顯著。它在各執(zhí)行機構(gòu)同時工作時，流量供給只由操縱手柄的開度來決定，而與負荷大小無關，使得工作的可操作性變得很強，如圖 所示。 圖 負載敏感控制原理 負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 ?