浅谈液压挖掘机几种工作系统的应用.pdf

器 弱 ， 隧 墓 蓄 疆r 浅谈液压挖掘机几种工作系统的应用 Br i e f Ta l k i n g a b o u t Ap p l i c a t i o n o f S e v e r a l W o r k i n g S y s t e ms f o r Hy d r a u l i c Ex c a v a t o r ■福 田雷沃国际重工股份有限公司 马洪谦 ／ M A H o n g q i a n 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 张树立／ Z H AN G S h u l i 吕 亮／ L V L i a n g 摘要 全液压挖掘机控制系统的节能性和动作的协调性是评价其优劣的基本指标， 本文介绍了挖掘机广泛采用的 几种基本控制形式， 如早期的负流量系统， 负载敏感系统， 近年来的负载敏感补偿系统， 并对其工作性能和节能性做了一 定的分析 关键词 负流量控制 微调特性 负载敏感 三通压力补偿器 二通压力补偿器 负载敏感补偿 全液压挖掘机主要由行走系统、 回转系统 ， 挖掘工作系 统 包括动臂，斗杆 、 铲斗 等几个开式系统组成 ， 还可以 带有推土铲和液压镐等附件驱动系统。 其 中挖掘工作系统和 回转系统可以说是最为复杂， 最为核心的部分 ， 因为正是该 部分系统实现了挖掘机的动作协调性和节能性。 在全液压挖 掘机的发展过程中 ，其液控系统共经历过以下几种形式 1负流量控制系统 这是早期的液压挖掘机普遍采用的一种控制系统 ，是 利用六通多路阀的流量和压力微调特性实现的一种控制方 式。所谓微调特性 ，是指在多路阀口打开的开始一小段行 程 内，可 以粗略地调节流量 ，使流量与开 口量成一种近似 的线性关系。 如图 1 所示， 分别 为六通 多路 阀的流量和压力 微调特性。 1 ． 1原理 如 图2 所示 ，是一种应 用中位卸荷的六通 多路阀的负 流量 控制系统的原理简图。 为了减小六通 多路阀中产生的 旁路 回油损失和节流损失，在六通 多路阀最后一联的旁路 回油路上 图2中C．T l 之间设置流量检测装置 ，控制 泵的排量与旁路回油流量成负线性关系，从而减小旁路回 油功率损失。 当多路 阀各联 阀杆都处于 中位 时，泵的流量通过 多路 阀的P 1 一 c通道后直接通到负流量控制阀，负流量控制阀 的控制口经由主换向阀上的三位二通阀回油箱。 由此， 在负 流量控制阀芯 中节流孔两端产生压将 ， 使负流量阀开启 主 油路 的流量经节流孔后产生反映流量大小的控制压力信号。 将此压力信号引至具有负流量控制功能的变量泵的先导压力 油入 口 图2中X口 ，随着这个压力信号的增强 ， 泵的排 量相应减小。 如果多路阀完全在中位 时， 该压 力最 大， 泵的 排量达到最小值 ， 仅满足负流量控制阀开启的要求。 随着多 路阀离开中位 ， 该压力逐渐减小， 泵排量相应增大。 工作时 如需要执行器作缓慢动作 ， 就需要部分流量经主换向阀中间 通道直接回油箱 ， 所 以这时负流量控制阀也起作用 ， 减小泵 的排量 ， 从而减少压力损失。 该 变化是在多路阀的微调特性 范围内发生的。 负流量控制本质上是一种恒流量控制 ，通过在多路 阀 旁路 回油通道上设置流量检测元件 ， 最终是要达到控制旁路 回油流量为一个较小的恒定值 ， 从而减小旁路损失的 目的。 1 ． 2存在弊端 1 如 图1 所示， 在采用六通多路 阀的系统中，阀口的 流量特性受负载的影响较大。 如果泵的输出压力较高 ， 则可 降低这种影响。 在负流量控制系统 中， 则表现 为旁路回油压 力的大小直接影响系统的操作性。 如果泵的空载输出压力较 低， 在 多路 阀离开 中位时 ， 因为负载压力的影响， 旁路回油 流量没有明显的减少， 流量检测元件不能检测到明显的压力 变化， 则泵的变量响应速度降低， 造成系统刚性差， 司机操 2 0 0 7 ． 0 4建设机械技术与管理 87 维普资讯 冒 i l 隔 |} 禽 l 霹 作时有滞后感 。 反之， 增大泵输出压力 通过减小负流量控 制阀芯中的节流孔 ， 便会使系统响应迅速。但是增大泵的 空载输 出压力， 会使旁路功率损失相应增大， 这是现有负流 量控制中存在的节能性与操作性之间的矛盾。 2 随着多路阀片数的增多， 通过多路 阀内部油路损失 的压力会进一步增加 ，即P l c之间压差增大 ，因而产生 额外的功率损失。 2四通多路阀的负载敏感系统 2 ． 1原理 如图3 所示 ， 为四通多路阀的开中心负载敏 感系统原理 简图，该系统由定量泵、系统总进口压力补偿器2 、 各联的 进口压力补偿器 3 、可变节流器4 和梭 阀网络构成。其主要 功能包括以下几点 1 在多路阀零位时 ， 定量泵输出的流量经定差溢流 型三通压力补偿器 2 ，以较低压力F I ／ A卸荷； F 1 为补偿器 弹簧力 ， A为阀心有效作用面积 { 2 各联上的定差减压型压力补偿器3 与可调节流器4 配合， 通过梭阀5 反馈的负载压力， 实现调速阀的功能， 保 持进入该执行元件的流量基本恒定；改变节流器 4 的开度 ， 可在一定范围内改变换向阀阀口压差 ， 从而改变每个执行器 的最大流量 ； 3 通过梭阀网络的选择 ， 将每一时刻各执行器的最 高压力引到三通补偿器的弹簧敏感腔， 使泵的出口 压力与之 0 3 6 9 s tn ll 1 a 流量微调特性 8 8 C MT M 2 0 0 7 ． 0 4 相适应 ，在三通补偿器 2 处有如下等式成立 Pl P m a F1 ／ A 即多路阀任何一联离开中位时，泵的压力始终比系统 最高压力高 出一定值 F ， ／ A 。 2 ． 2作用 在该系统 中 ， 三通压力补偿器 2 的作用是使系统具有 实时的负载适应 功能 二通压力补偿器 3 起到负载压 力补 偿 的作用 。 该系统的优点是 多路 阀零位时压差较低 ， 而且 与多路 阀片数无关 ， 节能效果 明显 系统刚性大， 受负载压力变化 影响小；不同工作压力的几个阀可同时动作 ，控制灵敏度 高。由于以上优点 ，该系统 已广泛沿用 了近 3 O 年。 还有一种 四通多路阀的闭中心负载敏感系统 ，其与开 中心负载敏感系统的差别在于 ， 用一台压差调节泵代替了定 量泵和三通压力补偿器 ， 其它控制原理相同， 在这里不再详 述 。 因其采用了变量泵 ， 零位压力相对更低 ， 节能效果要优 于开中心系统 。 3负载传感补偿系统 以上第二点所 论述的四通多路 阀负载敏感系统 ，节能 效果好 ， 系统刚性大 ， 操作性好。 但是该系统存在一个问题 ， 当泵的流量出现饱和时 ， 泵的输 出压力降低 ， 在这种情况下 二通压力补偿器会失去补偿功能， 使进入最高负载元件的流 量降低 ， 而进入其它负载的流量不变 ， 以致扰乱了系统工作 图 2系统简图 维普资讯 ； 瘸 澄 _ ■ 耄 丽l 的协调性。 近年来出现的负载传感补偿系统 也称 为L S C ， 不仅 具有负载敏感系统的所有优点， 而且较好地解决了抗流量饱 和的问题 ， 目前在高性能挖掘机中得到广泛应用。 如图4 所 示为L S C系统原理简图。 3 ． 1系统元件设置特点 1 压力补偿器置于多路阀出口， 各联节流器进 口压 力均为 P 1 ； 2 将任一时刻最高的负载压力引入各联压力补偿器 的弹簧腔。这样 ，在正常情况下 ，P 1 一P ma xA P 1 ，此 值是时变的 ， 但是都 比最高负载压力高 出一个定值 ， 则各联 压力补偿器通过的流量 ， 是按照可调节流器调定值得到的恒 定数值。 3 ． 2 L S C系统工作特点 1 负载敏感泵的压力始终比最高负载压力高 出一定 值 负载敏感阀的弹簧力 F 1 。 2 由于节流 口处压差 A PP 1 一P ma x～F 2 ／ A1 F 1 ／ A1一F 2 ／ A 2 为常数，当各节流 口面积一经调定 ， 相互之间 的流量比例关系就保持不变 ， 且互不干扰 ， 从而保证各负载 回路精确地同步工作。 3 各负载不是同时工作时， 而泵流量过大， 以及在回 路受到外界干扰产生压力或流量变化 时， 系统立即敏感这些 变化 ，通过 负载敏感回路调节泵的排量 ．减少能量损失 1 定量泵2 三 通压 力补偿器3 二通压力补偿器4 可变节流 器5 梭 阀网络 6限压阀7 系统限压 先导 阀 图3系统简图 4 当工作机构的流量需求超过泵的供油能力 系统饱 和 时 ， 一方面 ，泵在最高负载压力作用下达到最大排量 ， 另一方面 ， 最高 负载压力通过对压力补偿器的控制， 将低负 载 的补偿器阀口关小 ， 高负载的补偿器 阀口相对增大 ， 保证 进入各 负载的压差不变 ， 限制所有受控负载 的工作速度 ， 以 保证各 负载工作速度的比例关系不变。 至 负载 1 负 载敏感泵 2 ． 压力补偿器 图 4 4结束语 以上是对液压挖掘机的几种基本控制型式的简单分析， 从早期的负流量系统到负载敏感系统再近年来的负载敏感补 偿系统 ， 是一个不断发展和完善的过程 ， 在发展的过程中不 断地解决以前系统地缺点和不足 ． 提高系统的工作性能和节 能性． 目前负载敏感补偿系统在挖掘机液压系统中以得到广 泛应用 ， 大大提高 了挖掘机 的动作协调性、 工作的稳定性和 功率的利用率， 使挖掘机的整体性能得到很大提高， 随着技 术 的不断发展 ， 目前的液压系统还会发展得更加完善 ， 以使 性能进一步提高 。 参考文献 1 ． 路甬详． 液压气动技术手册 ． 机械工业出版社 2 ． 姚怀新． 行走机械液压传动与控制 ． 人民交通出版社 收稿 日期 2 0 0 7 0 1 ． 2 9 2 0 0 7 ． 0 4建设 机械技术与管理 8 9 维普资讯