針對(duì)液壓挖掘機(jī)功率控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com液壓挖掘機(jī)功率控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)蔡登勝，初長(zhǎng)祥，孫金泉，馬文宇，趙明輝(廣西柳工機(jī)械股份有限公司)摘要：針對(duì)采用負(fù)流量系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)，分析發(fā)動(dòng)機(jī)及恒功率變量泵的功率控制原理，提出功率控制的目標(biāo)及方法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電控系統(tǒng)，并對(duì)控制效果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際使用證明，開(kāi)發(fā)的液壓挖掘機(jī)功率控制系統(tǒng)具有良好的控制性能及可靠性。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)；功率；控制液壓挖掘機(jī)是目前最主要的工程機(jī)械產(chǎn)品之1．2發(fā)動(dòng)機(jī)功率特性分析一，具有工作效率高，適用面廣的特點(diǎn)，在土石方作操作者在進(jìn)行挖掘作業(yè)

2、時(shí)，一般不會(huì)頻繁地調(diào)業(yè)中占據(jù)了主要地位，廣泛應(yīng)用于房地產(chǎn)、市政建節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)，而是在挖掘操作前，根據(jù)工況或設(shè)、路橋建設(shè)、礦產(chǎn)開(kāi)采、水利電力設(shè)施建設(shè)以及軍操作習(xí)慣選擇一個(gè)固定的發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置，因此，事工程等項(xiàng)目?？梢詫⑼诰驒C(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)視為定速系統(tǒng)。圖2是某型發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性曲線I1]。從圖2可以看出，當(dāng)1液壓挖掘機(jī)功率匹配原理發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置固定時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)速n相應(yīng)1．1液壓挖掘機(jī)能量傳遞分析確定；當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的增加液壓挖掘機(jī)的能量傳遞簡(jiǎn)圖如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)而降低；當(dāng)負(fù)載

3、為死時(shí)，轉(zhuǎn)速下降到l／'2；若負(fù)載轉(zhuǎn)矩通過(guò)燃燒將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)變不超過(guò)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化沿量泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，經(jīng)過(guò)主控閥將液壓能調(diào)速線1進(jìn)行變化；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)分配并傳遞到各個(gè)執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達(dá))，轉(zhuǎn)速將沿著外特性曲線2變化。在調(diào)速線1，發(fā)動(dòng)機(jī)再由各執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)的輸出轉(zhuǎn)矩可以快速增加而轉(zhuǎn)速變化很小，而在外所需要的動(dòng)作。挖掘機(jī)在工作過(guò)程中所遇到的負(fù)載特性曲線2，輸出轉(zhuǎn)矩少量增加時(shí)，轉(zhuǎn)速即會(huì)發(fā)生大會(huì)對(duì)液壓執(zhí)行元件進(jìn)行反

4、作用，由于負(fù)載的不確定性，的變化。2將造成液壓能的波動(dòng)并通過(guò)變量泵反作用于發(fā)動(dòng)機(jī)。}發(fā)動(dòng)機(jī)●弓_一-q動(dòng)臂液壓缸l變量泵-q斗桿液壓缸

5、‘All1lL2fL3n／(r／min)-q鏟斗液壓缸圖2某型發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性曲線主控閥．．一-q回轉(zhuǎn)馬達(dá)若輸出轉(zhuǎn)矩為(N·in)，轉(zhuǎn)速為n(r／min)，則發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率(kw)為：—行走馬達(dá)=(1)圖1液壓挖掘機(jī)能量傳遞簡(jiǎn)圖一37一學(xué)兔兔www.xuetutu.com從圖2可以看出，理論上，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率點(diǎn)在0點(diǎn)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)在d點(diǎn)。挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘動(dòng)作時(shí)，需要多

6、個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作，這就使得負(fù)載阻力來(lái)源具有不確定性，同時(shí)，在挖掘過(guò)程中遇到的切削阻力也具有不確定性，這種負(fù)載的變化將使發(fā)動(dòng)機(jī)在保持工作穩(wěn)定性方面受到極大的考驗(yàn)。由圖1和圖2可知，在挖掘機(jī)作業(yè)過(guò)程中，負(fù)載的變化反饋到發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行受到干擾，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在當(dāng)前油門(mén)位置對(duì)應(yīng)的調(diào)速線與外特性曲線的交點(diǎn)以下時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)自身的調(diào)速特性克服干擾，當(dāng)干擾過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生掉速，圖3恒功率變量泵的功率調(diào)節(jié)特性曲線油耗增加，冒黑煙，悶車(chē)等現(xiàn)象，甚至熄火。以看出，當(dāng)恒功率變量泵進(jìn)入恒功率調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，總從

7、圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性曲線可知，當(dāng)發(fā)輸出功率具有與負(fù)載無(wú)關(guān)，維持恒定的性質(zhì)。在進(jìn)行動(dòng)機(jī)油門(mén)固定在某一位置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)恒功率控制時(shí)，流量與壓力的關(guān)系為反比例關(guān)系，當(dāng)矩存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，可壓力升高到起調(diào)點(diǎn)后，流量隨壓力升高呈雙曲線減以得到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。小。在進(jìn)行實(shí)際控制時(shí)，實(shí)現(xiàn)完全恒功率雙曲線控制1．3變量泵功率特性分析是不現(xiàn)實(shí)的，通常采用分段彈簧(剛度不同)來(lái)擬合對(duì)于挖掘機(jī)用變量泵，若負(fù)載壓力為P(MPa)，該雙曲線(如圖3中擬合雙曲線的兩段折線所示)。輸出流量

8、為Q(L／min)，輸出功率為。(kw)，則有：從圖3可知，要進(jìn)入恒功率狀態(tài)，負(fù)載壓力必=(2)OU須大于p。，因而A點(diǎn)也稱(chēng)為恒功率變量泵的起調(diào)考慮到泵的泄漏以及機(jī)械傳遞能量損失，假定點(diǎn)，而改變A點(diǎn)的位置，即改變p。的大小，就可改變變量泵的容積效率為，機(jī)械效率為叼，則變量泵恒功率曲線的位置(根據(jù)式(2)，改變了變量泵的輸?shù)奈展β蕿椋撼龉β?。以川崎K3V112DT一1XKR一9N94型變量泵為F一(3)OI3’r／v’叼m例，進(jìn)行功率特性分析。由圖4所示負(fù)流量控制變一般取0．92—0．95，‰取

9、0．92～0．95。量泵斜盤(pán)控制分量圖可知，變量泵的斜盤(pán)位置實(shí)際要使發(fā)動(dòng)機(jī)功率穩(wěn)定，則變量泵功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏鲜艿?個(gè)分量的控制：發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因?yàn)樾北P(pán)式柱塞泵直接通過(guò)花鍵傳1)泵出口壓力P。的控制；動(dòng)軸剛性連接吸收發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，若不考慮聯(lián)軸2)另一并聯(lián)泵出口壓力P的交叉控制；器的影響，則發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率應(yīng)與變量泵吸收功3)電控比例閥出口壓力P的控制；率相等，即：N0=N．(4)由：Q=n·q(5)式中：q為變量泵理論排量?？傻茫海篞Q：：g(6)叮T?！餸液壓挖掘機(jī)主要采用恒功率變量泵