挖掘機節(jié)能液壓控制系統(tǒng)分析與應用

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1、萬方數(shù)據(jù)2010年第8期液壓與氣動69挖掘機節(jié)能液壓控制系統(tǒng)分析與應用李艷杰1?，于安才2。姜繼海2Analysisandapplicationofenergy—savinghydrauliccontrolsystemforexcavatorLIYan-jiel”，YUAn．cai2，JIANGJi—hai2(1．沈陽理512大學機械工程學院，遼寧沈陽110159；2．哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院，黑龍江哈爾濱150001)摘要：深入分析了現(xiàn)代液壓挖掘機中三種主流的節(jié)能液壓系統(tǒng)——負流量控制、正流量控制和負載敏感系統(tǒng)的基本工作原理，重點分析了它們在不同系列挖掘機中的應用；

2、介紹了兩種新型挖掘機液壓系統(tǒng)的基本原理；分析表明三種典型挖掘節(jié)能液壓系統(tǒng)都具有一定的節(jié)能效果，但工作原理各有不同；新型的挖掘機液壓系統(tǒng)雖然還在研發(fā)階段，但具有更好的節(jié)能效果及應用前景。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機；負流量控制；正流量控制；負載敏感系統(tǒng)中圖分類號：TU621文獻標識碼：B文章編號：1000-4858(2010)08-0069-060前言液壓挖掘機是一種功率比較大的工程機械，但是其能量的總利用率僅為20％左右?。受世界能源危機和環(huán)境保護的影響，液壓挖掘機實現(xiàn)節(jié)約能源、降低排放一直是業(yè)界努力追求的目標。采用節(jié)能技術(shù)的液壓挖掘機能使動力系統(tǒng)與負載所需功率匹配更好，系統(tǒng)發(fā)熱

3、減少，燃油消耗降低，從而提高系統(tǒng)設備的可靠性和液壓元件的壽命。當前主流挖掘機仍然采用多路閥作為主控閥，這類系統(tǒng)的主要功率損失包括節(jié)流損失、回轉(zhuǎn)機構(gòu)啟動和制動過程中的溢流損失、動臂下降過程中的勢能損失和節(jié)流損失以及發(fā)動機和液壓系統(tǒng)功率匹配不好而引起的損失等舊J。隨著液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，挖掘機的液壓系統(tǒng)從最初20世紀70年代利用操縱手柄的先導壓力對液壓泵的排量直接控制，發(fā)展到20世紀80年代和90年代的負流量控制、正流量控制和負載敏感控制等多種控制方式舊J?；旌蟿恿ν诰驒CH。1和基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)M1的新型液壓挖掘機系統(tǒng)是挖掘機液壓系統(tǒng)新的研究方向，目前有部分成型產(chǎn)品生產(chǎn)，但

4、市場占有率較低。本文重點分析液壓挖掘機負流量控制、正流量控制和負載敏感系統(tǒng)的工作原理及其典型應用，對混合動力挖掘機和基于二次調(diào)節(jié)技術(shù)的恒壓網(wǎng)絡液壓挖掘機系統(tǒng)的工作原理進行了簡要的分析。1負流量控制1．1工作原理負流量控制是指液壓泵的排量隨控制壓力信號增大而減小，即控制壓力與排量成反比。負流量控制可以減少主控制閥在中位時液壓泵的流量損失，使液壓泵的輸出流量按照操作者的操作，按需求提供，避免傳統(tǒng)液壓挖掘機中的溢流損失和系統(tǒng)發(fā)熱。其不足在于六通多路閥死區(qū)較大、調(diào)速范圍有限，且受負載影響較大。圖1為液壓挖掘機負流量控制的基本原理圖。在多路換向閥中位回油通道上設置一個節(jié)流口，油液

5、通過節(jié)流口產(chǎn)生壓差，將節(jié)流口前壓力引至液壓泵變量機構(gòu)來控制液壓泵的排量。節(jié)流口前后壓差由節(jié)流閥的特性方程是：，，2△p=Pl=寺(1)』Ⅵ式中：卻——回油節(jié)流口前后壓差(Pa)P，——回油節(jié)流口前壓力(Pa)q——通過回油節(jié)流口的流量(m3／s)收稿日期：2010-02．10基金項目：國家自然科學基金資助項目(50375033)；浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室開放基金資助項目(GZKF一2008003)作者簡介：李艷杰(1969一)，女，博士，教授，碩士研究生導師，主要研究方向：挖掘機液壓系統(tǒng)、機器人動力學。萬方數(shù)據(jù)70液壓與氣動2010年第8期圖1液壓挖掘機負流

6、量控制原理圖K——系數(shù)A——回油節(jié)流口的通流面積(m2)p。作為控制壓力被引到變量液壓泵的變量活塞，即P1=pi。當回路中多路換向閥各聯(lián)閥芯均處于中位時，液壓泵的全部流量卸荷，通過節(jié)流口的流量q達到最大值，根據(jù)式(1)，Ap=卸。。(該值由與節(jié)流孔并聯(lián)的溢流閥的調(diào)定)，控制油路的壓力Pi提高到最大值Ap。。，使得主泵的排量自動減少到最小。當多路換向閥任意一聯(lián)處于最大開度時，液壓泵輸出流量幾乎全部進入相應的執(zhí)行元件，通過節(jié)流口的回油量很小(接近于0)，此時，△p=△p。i。一0，控制油路的壓力P；一△p。i。，此時主泵的排量自動增加到最大以滿足作業(yè)速度的需要。當多路換向閥

7、的開度在中位和最大開度之問微動時，變量泵的控制壓力Pi在△p。?！鱬。i。之間，而液壓泵的排量也在最小和最大排量之間變化，且Pi越大，液壓泵的排量越小，即液壓泵的控制壓力與液壓泵的排量成反比。1．2典型應用負流量控制本質(zhì)上是一種恒流量控制，通過在多路閥旁路回油通道上設置流量檢測元件，最終達到控制旁路回油流量為一個較小的恒定值，從而減小旁路損失的目的。流量檢測的方法有兩種，一種是如圖1所示的簡單的小孔節(jié)流。K3V系列主液壓泵及KMX系列主閥所組成的系統(tǒng)是典型的負流量控制系統(tǒng)。卜引，已得到廣泛的應用。該系統(tǒng)采用的就是小孔節(jié)流的流量檢測方法，