液压挖掘机斗杆作业速度问题的探讨.pdf

摘 要 对 6 t 挖掘机斗杆速度缓慢问题进行探讨。通过系统原理分析， 提出提高挖掘机斗杆运动速度的 5 种改 进措施 ， 并逐一试验验证。在此基础上筛选出最可行的解决方案， 以达到提高主机作业效率和操作协调性的目的。其 分 析过程 、 试验方法及结 果可为解决 同类产 品相关技术 问题提供参考和启示 。 关键 词 挖掘机 ； 斗杆 ； 速度 我公司研发了 6 t 挖掘机 ， 在研制过程 中 ， 对该 机在热平衡、可靠性和结构件等方面都进行了严格 的考核。在进行性能试验时发现工作装置斗杆速度 缓慢 ， 尤其在进行平整场地作业时 ， 斗杆动作速度较 低 ， 某种程度上影响了作业效率 。 对该机斗杆速度进行 了测试 单独操作时 ， 斗杆 内收／ 夕 摆至全行程。 测试结果见表 l ， 同时与国内外 同类机型进行了对比分析 。 由表 1 对比可知， 当斗杆液压缸单独动作时， 测 试机动作时间比外资产品慢 0 ． 5 S 左右。 作者简介 吕超 1 9 7 l 一 ， 男 ， 江苏人， 高级工程师， 学士， 研究方向 工程机械。 一 55 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m _ 曼 表 1 各 厂 家 斗 杆 参 数 r ltit 厂 家 小 松 斗 山 现 代 国 内 某 厂 测 试 机 发 动 机 额 定 转 速 ／r／min 2 200 2 200 2 200 2 200 2 200 泵额定流量 ／ L ／ mi n 5 5 X 2 3 5 ． 6 5 5 2 3 5 ． 6 5 5 X2 3 5 ．6 5 5 X2 3 5 ． 6 缸内径 ／ m m 9 0 9 0 9 0 9 0 斗杆液压缸 杆外径 ／ m m 6 0 5 5 5 5 6 0 行程 ／ ram 8 8 0 8 5 0 8 5 0 8 8 0 内收 ／ s 2 ． 9～3 - 4 3 ． 0 0 - 3 3 ． 0 3 ． 8 7 3 ． 7 斗杆单独动作时间 外摆 ／ s 2 ． 5 ～3 ． 0 2 ． 5 0 - 3 2 ． 5 2 ． 9 3 3 - 3 1 晤砸 析 压力 ， 压力油打开斗杆换 向阀前的单 向阀 ， 与 A 2 泵 合流后流经斗杆换 向阀，最后流入斗杆液压缸无杆 6 t 挖掘机上使用 的多路阀部分阀片原理如图 腔； 斗杆外摆时 A R M 阀下位工作 ， 与内收合流原理 1 所示 。 基本相同， 但不具有流量再生功能。 图 1中 ， P 。 、 P 分别接 A 。 泵 、 A 泵输 出油路 ， A 动臂上升与斗杆内收／ 夕 摆复合时， B O O M 阀处 泵为左行走马达、动臂液压缸和铲斗液压缸的动力 于上 位 ，当斗杆 负 载压力 较高 时 ，压力 油使得 源 ， A 泵为右行走马达 、斗杆液压缸 和破碎器的动 B O O M 阀至动臂无杆腔管路单 向阀打开，使 A 泵 力源。 A R M 阀为斗杆合流阀， B O O M 阀为破碎换向 压力油与 A 。 泵合流驱动动臂上升，而 A 泵输出油 阀兼具动臂合流阀功能。 不能与 A 泵合流驱动斗杆。 A 泵 、 A 泵 可同时供油给动臂阀， 动臂上升时， 一 劬 七 害 A 泵压力油通过并联油路流经 B O O M 阀 ，打开单 2 胖 吠 力 系 向阀流人动臂缸无杆腔与 A 泵合流。动臂下降由 为提高斗杆单独动作速度，同时不降低斗杆与 A 泵单独完成 ， 无合流功能。斗杆内收和外摆均具 动臂复合动作速度 ，在满足多路 阀性能行业标准前 有合流功能， 此外 ， 斗杆 内收具有流量再生功能。斗 提下 ， 可采取以下措施 士 工 wl k r 时 I扛 白I溷L 丁 目廿 4 n I捆L 1、 r 石 f 4 - 1 嘲 甘 卜 且帆士ira 1 羹 。 。 ’ 一 。 。 ’ 01 ‘ L L I r ， ‘n J ， I 上 T 2 I L ， r 刀 u ， r H H | 崖 上 七 _J 1 r 里 1 邑 Il-t，／ J l 位工 作 ，使 A。 泵输 出油流人油箱通道节流 ， 建立起 率验证 ； 动 臂 l 卜 利 自 A 泵 f 白 t f曰n 蛩 l 、 P， ARM ARM 。 p p B OOM 、 r ’． 。_ _一 - ’ 、 、 ＼ ● 垂 L 墓 ， ● _ ，f‘ l f ／ 一 、 、 。 _ ． - I _ ● l_■ r；蟊 f／ 一 { ． l} ●_ I 争 1 墓 ● 暑 | 。。 曼 、、 ●●_-- 。 吨 P C 口 、 、 { ／ 。 ’ ． 三 日 ． -一 、 『 r ‘ ， 厂 -- - ’。●‘ I l l 吕 ⋯ _● 1 ◇ I 一 I I 一 t J ； - 一 一 5 6一 图 1 多路阀原理图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 改变 A R M 阀芯结构 ， 提高 A 泵合流流量 ； 3 减小斗杆液压缸无杆腔和有杆腔有效容积 ， 提高斗杆动作速度 ； 4 同时改变阀芯结构和改变液压缸尺寸 。 5 多路阀由 A 泵 、 A 泵双泵合流方式改变为 A 泵 、 A 泵和 A ， 泵三泵合流多路阀。 2 ． 1 液压泵试验与调整 在液压试验 台上 ， 依据 J B ／ T 7 0 4 4 液压轴向柱 塞泵试验方法 ， 对液压泵进行排量验证试验 、 效率 试验和变量特性试验。试验结果见表 2 。 对实测恒功率变 量特性与技术协议 规定 的恒 功率变量特性曲线比较后得出 当A 泵压力 p 3 1 ．5 MP a时 ， A 、 A 泵实测恒 功率变量特性 与元 件供应 商技术协议规定的恒功率变量特性基本相吻合 ， A 、 A 2 泵实测功率为 Ⅳ D 2 2 ． 5 k W； 当 A 泵压力 P 3 2 1 ． 5 M P a时 ， A 、 A 泵实测恒功率变量 特性 曲线与技术 协议 规定 的恒 功率变量特性 曲线差别较 大 ， A 、 A 泵的实测功率为 9 ． 1 k W。 建议 将发动机转速设定在 2 2 0 0 r ／ m i n左右 ， 模拟挖掘机实际工况 ， 将泵功率调节装置调整到发 动机所能输出给液压系统最大功率 3 5 k w 所对应 的角度。 但是 ， 空载 或轻 载 时 ， 泵大部分时 间工作在 非变量区， 泵功率调节杆对挖掘机斗杆、 铲斗速度影 响不明显 ， 只能通过增加液压泵的输出流量 ， 提高执 行元件的速度 。我们将原排量为 2 5 mL ／ r 的液压泵 更换成排量为 2 7 ． 3 mL ／ r 的液压泵 ， 斗杆动作速度可 提高约 1 0 ％。试验结果见表 3 。 表 2泵的性能测试表 序号 检验项 目 标准要求 检 验结 果 结论 A1 2 5 ． 2 8 m L ／ r 合格 空载排量应为公称排量 2 5 ／ 2 5 ／ 1 6 ． 2 mL ／ r 的 9 5 ％～ 1 排 量试验 A 2 2 4 ． 9 8 mL ／ r 合格 1 1 0 ％ 。 A 3 1 5 ． 8 3 mL ／ r 合格 A l 7 ／ v 9 5 ． 2 ％ 合格 在额定工况下， 要求 A。 泵、 A 泵容积效率I9 5 ％， 2 效率试验 A 2 叼 v 9 3 ． 6 ％ 不合格 泵容积效率 ／ 9 0％ 。 A 3 v 9 6 ． 1 ％ 合格 恒功率 特性 的测定 根据设计要求 调节变量机构 ， 测 恒 功率 特性 曲线 与 技 3 变量特性试验 不合格 量压力 、 流量相对应 的数据 ， 绘制恒功率特性 曲线 。 术协议要求差别大。 表 3 采用不 同方法对斗杆液压缸速度影响测试情况对比表 发动机转速 ／ r ／ m i n 配置状况 内收 不含缓冲 ／ s 提高幅度 外摆 不含缓冲 ／ s 提高幅度 方法 2 2 0 0 标准配置 3 ． 7 标准 3 - 3 标准 1 2 2 0 0 只换 泵 3 - 3 1 l ％ 2 ． 9 1 2 ％ 2 2 2 0 0 换 阀芯 3 ． 4 9 ％ 2 ． 6 1 6 ％ 3 2 2 0 0 换小缸径斗杆液压缸 3 ． 4 9 ％ 2 ． 7 1 3 ％ 4 2 2 0 0 换 阀芯 小缸径斗杆液压缸 3 ． 1 1 8 ％ 2 ． 5 1 9 ％ 5 2 2 0 0 三泵合流 配标准斗杆液压缸 2 ． 5 8 2 ． 6 7 6 2 2 o 0 换泵 小缸径斗杆液压缸 3 ． 0 1 9 ％ 2 ． 6 2 1 ％ 一 57 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 此方案需要更换稍大排量的液压泵 ， 操作简单 ， 不改变阀等其他元件布置。但考虑到发动机的功率 储备低， 当使用一定时期后， 发动机由于磨损会出现 功率下降 ， 导致“ 憋车” 现象。 2 ． 2 改变 A RM2 阀芯结构。 提高 A 泵的合流流量 挖掘机在进行平整场地作业时，主要是动臂上 升厂 F 降和斗杆内收／ 外摆的复合动作。实际工作中， 动臂工作行程比较小 ， 而斗杆工作行程较大 ， 接近满 行程。 因此， 挖掘机平整场地的作业效率主要体现在 斗杆 内收／ 外摆速度上，在斗杆单独动作时 ， A 泵输 出部分油液经 A R M 阀节流 口一部分流回了油箱 ， 降低了 A。 泵合流至 A 泵的流量 ，从而降低 了斗杆 动作速度 见图 1中 Ⅱ部分 。通过将 A R M 阀上下 位由节流 口改为封 闭口 见图 2和图 3 ， 使斗杆内 收／ 夕 摆 A 泵与 A 泵合流时 ，全部流量参与合流 ， 以提高斗杆动作速度。 理论计算 ， 斗杆动作速度可提 高约 1 0 ％。试验结果见表 3 。 1- r ▲ 0 图 2 A RM2 阀原理图 饕 一 58一 V 卜 ． 卜 ▲ 图 3 A RM 阀改变后原理图 此方案成本低 ， 操作简单 ， 不改变阀原布置 ， 不 影响斗杆挖掘力。 不足之处是， 斗杆动作速度提高不 明显 。 2 ． 3 改变斗杆液压缸尺寸 减小斗杆液压缸无杆腔和有杆腔有效容积 ， 以 提高斗杆动作速度。 斗杆液压缸由缸径 9 0 m i l l 、 杆径 6 O mm改为缸径 8 5 m m、杆径 5 5 mm，速度可提高 1 0 ％。试验结果见表 3 。 此方案成本不增加，操作简单，不改变阀原布 置。不足的是， 降低了斗杆挖掘力， 且斗杆动作速度 提高不明显 。但斗杆挖掘力降低后与国内同类机型 相 比相 当 。 2 ． 4 同时改变阀芯结构和斗杆液压缸尺寸 同时改变 A R M 阀芯结构和改变液压缸尺寸 ， 斗杆动作速度可提高约 2 0 ％。试验结果见表 3 。 此方案提高斗杆动作速度明显 ， 易操作 ， 不增加 成本 ， 不改变原液压系统管路布置。 2 ． 5 合流方式调整 。 多路阀改变为三泵合流多路阀 通过更换新型三泵合流多路阀 或在原有多路 阀中加一联 A R M。 阀片， 见 图 1中的 I 部分 ， A 泵 通过 A R M ， 阀参与斗杆外部合流，也可明显提高斗 杆动作速度。但此方案不足的是 需要额外增加成 本 ， 多路阀所需空间加大 ， 要重新布置。由于额定工 作压力不同， A ， 泵的使用效率和使用寿命受影响较 大 ， 不建议采纳。 通过以上分析 ，实际采取同时改变了 A R M 阀 芯结构和改变液压缸尺寸方案 ， 并进行了试验验证。 实际验证结果与理论分析基本一致。 3 结论 针对挖掘机工作装置斗杆速度慢问题 ，通过理 论分析和试验验证 ，采取了对液压系统的多路阀和 液压缸同时进行改进的方案，使整机平地作业效率 提高约 2 0 ％。 通信地址江苏省徐州市金山桥开发区东环工业园 2 8号 徐工集 团挖 掘机械有限公司 2 2 1 0 0 4 收稿日期 2 0 0 9 0 7 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m