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液压挖掘机复合动作协调性的改善 卢书湘， 李文新 ， 戴群亮 广西柳工机械股份有限公司 摘 要 液压驱动式工程机械通常都是通过液压先导控制阀来驱动液压换向阀， 进而改变液压油的 流通方向和开口面积 ， 从而实现对工作装置的控制。液压挖掘机是一种多自由度的工程机械， 在同一时刻 内， 操作手往往需要同时控制多个装置进行工作， 要求机器具有很好的复合动作协调性。通过分析液压系 统流量分配原理， 以实现动臂提升和回转的复合动作为例， 介绍几种改善液压挖掘机多动作协调性的方 法。实际应用表明， 通过选用其中一种合适的方法， 能够达到改善液压挖掘机复合动作协调性的效果。 关键词 液压挖掘机 ； 复合动作 ； 压力 ； 改善 当液压挖掘机 的负载发生变化时 ， 液压系统流 量上的变化会 引起执行器速度的变化 ， 例如 当有两 个以上的动作一起发生时， 若其中一个执行器负载 增 大 ， 而多路 阀开 口没有变化 ， 液压系统流量就会 流向负载小 的执行器 ， 从而造成负载大的执行器速 度变慢 ， 甚至停止 。液压挖掘机 中动臂提升和回转 经常会 被同时控制 ， 就属于这样 的问题 ， 因动臂所 受的负载较大 ， 液压油会更多地供给负载较小的回 转 系统 ， 从 而造成挖掘机 回转到达卸料位时 ， 动臂 提升不到 目的高度。 因此 ， 需要在液压挖掘机的液压系统中设置一 些优先功能来控制流量的分配 ， 以便在两个 以上动 作一起发生 时 ， 能根据实际的动作特点 ， 使流量更 优先分配给负载较大或流量需求更大的执行器。 l 液压系统流量分配原理分析 以下通过一个较简单 的回路来介绍液 压系统 流量分配的原理和方法 。如图 1 所示 ， 两个节流面 p g p p ． 图 1流 ■ 分 配 回 路 1 积分别为 A 和 A 的节流阀 1 和 2并联 ，节流阀 1 和 2出口处的负载压力分别为 P 。 和P 。 若系统输 出 总流量为 g ， 经过节流阀 1和 2的流量分配后 ， 节流 阀 1 和 2 流过的流量分别为 g 和 g ， 根据流体力学 的流量连续性和节流通流公式 ， 可得 q q1 q 2 式中 g为系统总流量 ， Um i n ； g ， q 分别为节流 阀 1 和 2流过的流量 ， Um i n ； A 和 A 分别为节流阀 1和 2的通 流面积 ， m m2 ； C为通流 系数 ； p为液 压油密 度 ， k g ／ m 。 ； p为系统压力 ， MP a ； p 。 ， P 分别为节流阀 1 和 2出口处的负载压力 ， MP a 。 从公式 1 可 以看 出 ， 节 流阀 1流过 的流量 q 和节流阀 2流过的流量 q 之和为 口 ，且 q 和 q 的 大小与节流阀的通流面积 ， 以及系统压力和负载压 力之差有关 。负载压力 由外负载决定 ， 不受控制或 很难控制。要改变这个 回路的流量分配 ， 一般的做 法是改变节流阀的通流面积 ， 如需减小流过节流阀 1的流量 q ，可以减小节流阀 1的通流面积或增大 作者简介 卢书湘 1 9 7 4 一 ， 男 ， 广西桂平人 ， 工程师 ， 学士 ， 研究方 向 液压挖掘机研发。 - - - 3 4---- V “V l I 吼 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 ⋯ 邛 ～ I L - _1 长 l 【 ． ．． 一 阀2 I p 图 6 先导控制流量分配回路 4 图 5和图 6方案的不同之处在 于 ， 图 6采用了 液控减压阀的形式 ， 实现了 先导控制信号可以比 例地控制 P 输入的先导控制信号 ，即p 压力值是 受 先导控制压力的大小控制的 ， 这是一种 比例式 的优先控制方式 ， 而不 同于以上介绍 的其他方案 的 固定节流。 2 ． 3 在主油路增加节流阀的方式 以上介绍的流量分配方案都是基于第 1 部分 中的第 1 种方法 ， 下面介绍两种采用第 2种方法实 现流量分配的方案 ， 这种类型的流量分配方案一般 都需要在主油路上设置节流阀。 图 7所示 的方 案为在去往 阀 1的主油路 中设 置 了阀 3 ， 阀 3为一个简单的逻辑 阀 ， 受 先导信 号控制 ， 即当 p 无压力信号时 ， 压力油 p被节流进 入阀 1 ， 这一流量分配方案也是使用先导信号控制 ， 但这种方案能够对阀 1 左右二位进油路节流 ， 而前 面所述的回路只能对单路节流。 阀1 阀2 图 7 主油路流量分 配回路 1 图 8 所示方案与 图 7的不 同之处在于 ， 这里的 阀 3是一种滑 阀， 能够实 现 比例控制 ， 即其节流是 受 p 先导信号的控制 ， 大小可调 。该方案的缺点是 阀 3 结构较大 ， 需 占用多路 阀块较大空问。 一 3 6一 阀 1 图 8 主油路流量分配回路 2 3 应用实例 正如前面提到的 ， 当同时控制液压挖掘机进行 动臂提升和回转动作时 ， 由于动臂所受 的负载 比回 转系统大 ，系统液压油会更多地供给 回转 系统 ， 从 而造成挖掘机动臂提升高度不够 。 图 9所示 为液压挖掘机 的 回转和动臂液压 回 路 ， 当同时操作动臂提升和 回转时 ， 压力 曲线如 图 1 0所示 。 从图 1 0中的曲线可以看 出， 系统压力与动 臂液压缸无杆腔压力 、回转马达进油压力几乎相 等 ， 这样 的回路往往存在 回转速度过快 ， 动臂 提升 高度不够 的问题。 图 9 回转与动臂液压 回路 1 图 1 1 所示 的回转和动臂液压 回路是根据 图 7 所介绍 的方法进行改造后所得 ， 其特点是在 回转液 压回路增加了一个逻辑阀， 当该逻辑阀 有控制压 力时 ， 回转和动臂提升复合动作 的压力曲线如图1 2 所示 。从图 1 2中的曲线上可以看出， 系统压力与 回 转马达进油压力之间的压差逐渐加大 ， 即增加 的逻 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 30 25 20 罨 1 5 10 5 O 系 统压 力 卫 液压 缸 无 腔压 } r e ． ＼ ；公 ， ． 誓 7 ＼ 孽 回 转 j 马 达 进 油 压 力 0 甘婚。。 0 甘啦o o 0 寸 ∞0 N甘 ∞ 0 0 0 0 0 一一 N m m m m m t／ s 图 1 0 回转和动臂提升 复合动作压力 曲线 1 3 O 2 5 2 O 1 5 1 0 5 0 图 l 1 回转与动臂液压 回路 2 E 压缸无杆腔压力 一 _■ ■ { l { | i I | ⋯ 、 ． i { ⋯ ； 1 盛 灯 。 ～ 芎 f ～ t、 i } 川 0 ∞∞0 N甘∞∞0 甘∞∞0 N ∞0 口 0 0 0 0 0 r - ． ．I 叫 - - - t r - I N N N～N m m m m m峙时甘 t ／ s 圈 1 2回转和动臂提升复合动作压力 曲线 2 辑 阀节流孔 限制了进入 回转马达的流量 ， 而使更多 的压力油进人动臂液压缸无杆腔 ， 提高了动臂提升 的高度 。 表 1为挖掘机进行 回转 9 O 。 和动臂提升复合动 作时的测试结果 。由表 1 可 以看 出动臂提升高度增 加 了约 1 0 ％， 原 系统 中存在 的回转 速度过 快 ， 动臂 提升高度不够 的问题得到了改善。 表 1 回转 9 0 。 动臂提升复合 动作测试结果 液压回路 回转时间 ／ s 动臂提升高度 ／ m 原回路 3 ． 8 0 ． 3 9 3 增加逻辑阀回路 4 - 2 0 ． 4 3 9 4 结束语 本文根据液压系统的流量分配原理， 介绍了几 种改进流量分配从而提高复合动作协调性 的方案 ， 并选用 了其 中一种方案进行液压系统改进 。结果表 明 ， 改进后 的液压系统对液压挖掘机复合动作协调 性能 的提高是行之有效 的。 参考文献 【 1 】同济大学． 单斗液压挖掘机[ MJ ． 北京 中国建筑工业出 版社 ， 1 9 8 6 ． 【 2 】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 I ． 建筑机械， 1 9 9 6 6 5 0 5 4 ． [ 3 ]张铁． 液压挖掘机结构原理及使用[ M] ． 山东 中国石油 大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 4 ]张也影． 流体力学【 M】 ． 北京 高等教育出版社， 1 9 9 9 ． 通信地址 广西柳州市柳江县拉堡镇双拥路广西柳工机械 股份有限公司 5 4 5 1 0 0 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 2 0 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m