液压挖掘机平整作业探究.pdf

液 压 气 动 与 密 ； d ／2 01 6年 第 02期 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 1 8 液压挖掘机平整作业探究 刘 军， 刘象宝 山东常林机械集 团股份有限公司 ， 山东 临沂6 7 2 7 1 5 摘 要 通过对液压挖掘机平整作业的特性从动作液压原理上进行了分析， 指出了动臂和斗杆流量分配的关系， 并提出了提高斗杆速 度的方法。 关键词 挖掘机 ； 平地； 节流； 再生 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 2 0 0 5 4 0 3 S t u d y o n Le v e l i n g Op e r a t i o n o f Hy d r a u l i c E x c a v a t o r L I UJ u n , L I UXi a n g - b a o S h a n d o n g C h a n g l i n Ma c h i n e r y G r o u p C o ． ， L t d ． ， L i n y i 6 7 2 7 1 5 ， C h i n a Ab s t r a c t An a n a l y s i s i n t h e v i e w o f h y d r a u l i c o p e r a t i o n p rin c i p l e i s d o n e o n the l e v e l i n g o p e r a t i o n c h a r a c t e ri s t i c o f h y dra u l i c e x c a v a t o r ； i t i s d i s c u s s e d i n t h e a r t i c l e t h e r e l a t i o n b e t we e n b o o m a n d a l T l l flo w d i s t r i b u t i o n ； a n d t h e s o l u t i o n t o i n c r e a s e a r m s p e e d i s p r o p o s e d t o o ． Ke y wo r d s e x c a v a t o r ； l e v e l i n g ； t h r o t t l i n g ； r e g e n e r a t i o n 0 引言 目前 ， 液压挖掘机在工程建设 中的应用极其广泛 ， 用户对其作业效率和操控性以及节能的要求也越来越 高。挖掘机是以开挖土方、 石方为主要用途的机械， 应 用于矿山开采 、 水利水电施工、 机场、 港口、 大坝建设 等 ， 挖掘机还可以用于平整、 吊装和装车等作业工况。 平整作业是液压挖掘机常见的作业方式之一， 也 是对挖掘机协调性要求最高的作业方式， 经常作为评 价挖掘机整机协调性 的重要操作方式 。液压挖掘机是 通过动力源一发动机带动液压泵旋转， 液压泵输出压 力油， 经过主控阀的流量分配， 传递到不同的工作装置 中。而平整作业根据平整使用部位不同分为铲斗斗尖 作业和铲斗斗背作业两种， 在正常施工中， 使用铲斗斗 尖拉平作业的最常见 ， 而这种作业方式的关键问题就 是动臂和斗杆之间的协调动作， 也就是如何通过液压 阀的节流分流调整 ， 结合斗杆再生流量 ， 合理分配流 量 ， 使斗杆和动臂动作协调一致 ， 最总达到提高效率和 作业质量的目的， 下面详细分析的其动作原理及改进 方法。 1 平整作业操控性分析 在实际的工程建设中， 整平作业最常用的还是动 臂上升和斗杆内收的复合作业 ， 也就是常说的拉平作 业。下面以工程建设中常用的力士德2 3 吨液压挖掘机 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 2 3 作者简介 刘军 1 9 7 5 一 ， 男 ， 山东I临沂人， 工程师 ， 工程硕士， 主要从事 工程 机械整机及液压系统研究试验 。 5 4 S C 2 3 0 ． 8 为例分析在平整作业时动作的协调性和速 度。S C 2 3 0 ．8 液压挖掘机液压系统为常见的负流量节 流调速系统 ， 液压泵用 的是 E l 本川崎重工 K 3 V系列双 泵， 主控阀用的也是 日 本川崎重工K M X 1 5 R 型多路阀。 1 ． 1动作协调性分析 在这个作业过程中， 主要是动臂上升和斗杆内收这 两个动作的复合协调。为了使斗杆内收的速度较快， 在 实际的操作过程中， 斗杆的先导手柄一般情况下是全部 打开的； 而动臂为了配合斗杆 ， 使铲斗的斗尖做直线运 动， 动臂处于微控状态， 动臂先导手柄一般只打开一部 分， 掰开的角度也是根据斗杆的运动速度时进行调节。 动臂和斗杆复合作业时的液压原理图如图1 所示。 动臂油缸 斗杆油缸 图1动臂和斗杆复合油路的液压原理图 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 01 6 从上面的原理图可以看出， 动臂上升时， 动臂一和 动臂二阀芯把前泵和后泵输出的流量合流供给动臂油 缸大腔 ， 斗杆内收时， 斗杆一和斗杆二的阀芯把前泵和 后泵输出的流量合流供给斗杆大腔。 在动臂升和斗杆内收这个复合动作时， 前泵和后 泵输出的流量如何分配给动臂和斗杆决定了平整作业 的效果。通过在动臂上升和斗杆内收先导壳体处加装 压力传感器测量 ， 斗杆内收的先导压力为4 M P a ， 动臂 上升的先导压力大多数情况下介于 1 ～1 ． 8 M P a 之间， 说 明斗杆一和斗杆二阀芯已经完全开启 ， 而动臂只有动 臂一阀芯开启 ， 动臂二阀芯处于开启的临界点附近。 因此， 可以认为在平整作业时， 前泵输出的流量全部供 给斗杆 ， 而后泵输出的流量一部分通过动臂一阀芯供 给动臂油缸， 另一部分通过斗杆二阀芯供给斗杆油缸。 假设前泵输出的流量和压力为Q 、 P 。 ； 后泵输出的 流量和压力为 Q 、 P ； 进入斗杆油缸的流量和压力为 Q ， P ， 进入动臂油缸的流量和压力为Q 、 P ， 通过前面的分 析可以得出如下结论 进入动臂油缸 的流量为 Q ； 进入斗杆油缸 的流量为 Q Q Q - Q Q再 生 ； 因此， 进入斗杆油缸的流量由三部分组成 前泵输 出的流量、 后泵通过斗杆二阀芯分配给斗杆的流量、 斗 杆再生 的流量 。 斗杆二 觜流 I 坌 竺 l I 1． I』 f 泰 器 l j ， ， 高 虢 量 V 一 y a 臂 一 l ‘ 1． J lJ f } ； 的 后 杆 图 2 平整 作业时后泵流量分 酉 原理 图 由于在平整作业时， 动臂上升的负载P 较大， 斗杆 内收 的负载P 较小 ， 所 以在动臂一 和斗杆 二阀芯之 间 的并联油路需要一个节流阻尼来分配后泵输出的流 量。节流阻尼越大， 进入动臂油缸的流量Q 越小， 动臂 提升的速度也越慢 ； 反之 ， 则动臂提升的速度越快 。在 有的挖掘机液压系统中， 这个节流阻尼做成可变阻尼 的， 根据挖掘机不同的作业工况， 通过电控来控制阻尼 的大小， 从而改变动臂和斗杆的流量分配。 另外， 为了匹配动臂和斗杆之间的流量分配， 必然 存在着节流损失。因此 ， 如何提高平整作业的能量利 用率也是研究的方向。 1 ． 2 动作速度分析 在平整作业中， 作业效率的高低主要取决于斗杆 的速度。而速度取决于流量， 从前面的分析知道， 进入 斗杆油缸的流量Q Q 1 Q 一 Q 再 生 ， 在动臂和斗杆动 作协调性较好的情况下 ， 斗杆的速度与另外一个因素 有关斗杆的再生量。斗杆内收再生的原理图如图 3 所示 。 图3 斗杆再生原理图 从斗杆再生 的原理 图分析可知 ， 斗杆再生量 的大 小与斗杆一阀芯和流量再生阀上的节流阻尼有关 。通 过合理匹配两者的节流阻尼大小 ， 可以得到较理想的 再生量和斗杆小 腔背压 。图4 是 在 S C 2 3 0 ． 8 液压挖掘 机上通过匹配节流阻尼后 ， 实际测试的斗杆内收的压 力流量 曲线 图 ， 从下 图可以看 出斗杆 内收时， 再生量为 2 0 0 L ／ mi n到 3 0 0 L ／ m i n之 间 ， 占进 入 斗杆 大 腔 流量 的 4 0 ％左右 ， 因此， 在这种隋况下， 平整作业的速度较快， 效率较高。 蜃 泵 啊 前 泵 压 ／J ． ． 斗 人 胜 处 雎 刀 。 时问 ／ mi n 8 3 4 4 8 3 45 2 3 4 5 ． 6 3 4 6 3 4 7 2 3 4 76 3 4 8 2 时问 ／ mi n s 图4 斗杆内收压力流量曲线图 值得一提的是 ， 斗杆流量再生阀的控制压力为斗 杆大腔的压力， 当斗杆在进行挖掘等高负荷作业工况， 斗杆大腔的压力超过流量再生阀弹簧设定的压力时， 再生阀换向， 从而使斗杆小腔的回油背压大大减小， 提 高斗杆的挖掘力。 2 结束语 液压挖掘机的平整作业性能是评价液压挖掘机动 作协调性的一项非常重要的指标。本文对液压挖掘机 平整作业的特性从原理上进行了分析。指出了动臂和 斗杆流量分配的关系， 对斗杆内收流量再生进行了研 5 5 一 一 [[ E 0O0OOOOO 加∞鲫 霉 ； 抑 液 压 气 动 与 密 封 ／20 1 6年 第 0 2期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 1 9 电液伺服阀调试过程关键点控制方法 ’ 张文毅， 张福梅， 陈祖希 北京精密机电控制设备研究所， 北京 1 0 0 0 7 6 摘要 该文简要介绍了电液伺服阀的结构和工作原理 ， 通过分析电液伺服阀调试过程中关键环节， 重点阐述了对关键环节质量控制 的要素和方法， 保证伺服阀获得较好的动态和静态性能， 提高工作稳定性和可靠性。 关键词 电液伺服阀； 调试 ； 关键点； 控制 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 2 0 0 5 6 0 3 Cr i t i c a l Po i n t s Co n t r ol M e t h o d of El e c t r o． h yd r a u l i c Se r v o Va l v e Te s t i ng Z HA NG We n - y L Z HANGFu me L C HE N Z u - x i B e i j i n g I n s t i t u t e o f P r e c i s i o n Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l C o n t r o l E q u i p me n t ， Be i j i n g 1 0 0 0 7 6 ， C h i n a Ab s t r a c t S t r u c t u r e a n d wo r k i n g p ri n c i p l e o f e l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o v a l v e i n t h i s p a p e r i s i n t r o d u c e d ， e l e me n t s a n d m e t h o d s a b o u t q u a l i t y c o n tro l o f k e y l i n k s a r e p u t e mp h a s e s t o o b t a i n b e t t e r d y n a mi c a n d s t a t i c p e r f o r ma n c e ， i mp r o v e wo r k i n g s t a b i l i ty a n d r e l i a b i l i ty ， t h r o u g h a n a l y z i n g p o i n t s i n s e r v o v a l v e t e s t i n g ． Ke y wo r ds e l e c tro - h y dra u l i c s e r v o v a l v e ； t e s t i n g ； c ri t i c a l p o i n t s ； c o n tro l O 引言 电液伺服阀是电液伺服系统的关键元件和接口， 具有控制精度高、 响应速度快 、 输出功率大、 结构紧凑 等许多优点， 已被广泛应用于军事工业和其他工业控制 领域 。伺服 阀调试过程 作为整个 生产周期 的最后环 节 ， 其关键环节质量控制对于保证伺服阀动、 静态性 能 ， 提高工作稳定性和可靠性具有十分重要 的意义 。 1 伺服阀工作原理 电液伺服阀是 电液伺服控制系统 中的重要控制元 件 ， 在系统中起着电液转换和功率放大作用， 它能将小 功率的电信号转变为阀的运动， 从而实现对液压伺服 系统执行器的流量以及压力控制n 。 收 稿 日期 2 0 1 5 0 7 0 6 作者简介 张文毅 1 9 7 5 一 ， 男， 北京人 ， 高级技丁 ， 主要从事电液伺服阀 调试T作。 究， 并提出了提高斗杆速度的方法。另外， 为了响应国 家节能减排的号召 ， 研究如何提高平整作业时能量利 用效率也是非常重要的课题。 参考文献 【 1 ] 金钟振． 挖掘机原理 、 测试与维修【 M ] ． 上海 上海交通大 学出版社， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 史青录． 液压挖掘机【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 1 2 ． 5 6 以在工程领域广泛应用 的两级 电液伺服 阀为例 ， 伺服 阀一般 由力矩马达 、 前置级液压放大器和功率级 滑阀组成。图1 和图2 分别为喷嘴挡板型、 偏导射流型 电液伺服阀原理图。力矩马达由永久磁铁、 导磁体、 线 圈及弹簧管、 衔铁、 反馈杆、 挡板等组成， 反馈杆小球插 在阀芯中问的槽内； 前置级液压放大器由节流孔、 喷嘴 或射流盘 、 回油阻尼器等组成。 图 1 喷嘴挡 板电液伺服阀 【 3 ] 陈世教， 樊万锁． 川崎 K MX1 5 R挖掘机多路 阀的功能与结构 [ J ] ． 建筑机械， 1 9 9 9 ， 6 ． [ 4 ] 陈国俊． 液压 挖 掘机 [ M】 ． 武汉 华 中科 技大 学 出版社， 2 0 1 1 ． [ 5 】 左健民． 液压与气压传动[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 6 ]6 郝前华． 挖掘机平整作业特性分析及性能优化研究[ D ] ．长沙 中南大学， 2 0 1 2 ． [ 7 】 彭晓， 周志鸿． 挖掘机液压系统的分类与比较f J 】 ． 液压气动与 密封， 2 0 1 1 , 2 4 3 - 4 6 ．