全液压推土机铲刀抖动功能研究.pdf

4 采用密闭机罩。噪声的声波在传播过程中 经常会遇到障碍物， 这时声波将从一种媒质入射到 另一种媒质 中去 。由于两种媒质 的声学性 质不 同 ， 一 部分声波从障碍物表面上反射回去， 而另一部分 则入射到障碍物中。利用介质不同的特性阻抗可以 达到降噪的目的。在发动机安装部位或其他噪声源 集中部位安装密闭机罩， 可切断噪声传播途径， 降低 噪声向外辐射的水平。 5 液压和传动系统优化设计。首先提高轴承 的加工精度， 尽量使用斜齿轮并对齿轮进行修缘， 在 变速器和变矩器等传动部件与车架之间设置减振 块， 避免刚性连接。采取计算机仿真技术， 优化液压 系统， 降低液压系统的冲击噪声。 4 结束语 装载机的噪声源较多且复杂， 从装载机的噪声 来源、 特点及国内某型装载机的原始噪声试验出发， 在冷却风扇结构、 吸声材料选取、 发动机选型等方面 采取综合降噪措施， 可在一定程度上降低整机噪声。 参考文献 [ 1 】谢娟． 工程机械的噪声污染与控制[ J ] ． 筑路机械与施工 机械化 ， 2 0 0 8 ， 2 5 6 7 6 7 8 ． [ 2 ] 毛兴中． 工程机械噪声控制技术[ J 】 ． 筑路机械与施工机 械化， 2 0 0 8 。 2 5 4 1 6 1 9 ． 【 3 】汤江平． 装载机噪声分析及降噪措施叨． 柴油机设计与 制造， 1 9 9 6 ， 7 4 1 2 2 2 9 ． [ 4 ]李立民， 冯忠绪， 姚运仕 ， 等． 双钢轮振动压路机噪声源 的识别【 J ] ． 广西大学学报， 2 0 1 1 ， 3 6 6 9 1 0 9 1 5 ． [ 5 ]5 姚运仕， 冯忠绪， 朱伟敏 ， 等． 振动压路机的噪声浅析【 J 】 ． 筑路机械与施工机械化， 2 0 0 7 ， 2 4 7 4 7 4 9 ． [ 6 ]庞剑 ， 谌刚， 何华． 汽车噪声与振动[ M 】 ． 北京 北京理工 大学出版社。 2 0 0 6 1 5 3 1 6 2 ． 通信地址 陕西省西安市南二环中段长安大学校本部交通 科技大厦 1 9 0 1室 7 1 0 0 6 4 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 0 全液压推土机铲刀抖动功能研究 余丽艳， 林嘉栋， 赵建军， 金轲， 李超 山推工程机械股份有限公 司研 究总院 摘要 随着静液压传动技术与电液比例控制技术的紧密结合， 全液压推土机的自动化程度大幅提 高， 操作简单， 节能高效。 全液压推土机的工作装置一般为万向铲结构， 在液压缸的驱动下铲刀可升降、 倾 斜及在垂直平面内摆动。 对如何实现铲刀抖动功能进行研究 ， 对铲刀抖动功能的原理、 抖动频率等进行分 析。首先在可编程控制器上设定抖动电流， 通过触发抖动按钮向电液比例换向阀的两先导侧交替输出先 导压力 ， 使主阀阀芯频繁换向， 倾斜液压缸做快速往复运动， 铲刀在液压缸的驱动下也瞬间抖动， 进而抖 落铲刀上的附着物。铲刀的抖动功能不仅能降低操作者的劳动强度， 还可以提高作业效率。 关键词 全液压推土机； 万向铲 ； 铲刀抖动； 抖动频率 随着电子信息技术、 自动化控制技术的迅速发 展及其在工程机械产品中的应用， 工程机械在作业 性能、 可靠性、 操作性、 舒适性等方面有了很大的提 高。推土机采用静液压传动技术 目前在国际上尚属 前沿水平， 国际上只有少数几家公司掌握了相关技 术并开发出系列产品 ，如美国卡特彼勒 、约翰 迪 尔， 日 本小松， 德国利勃海尔等， 而国内对全液压推 土机的研究仍处于起步阶段。履带式推土机采用静 液压传动不仅可以取得比液力机械传动更加优越 的牵引性能， 同时还可以便捷地使推土机实现智能 化 、 节能化、 环保化， 更适用于复杂精细的作业 ， 如 修建高尔夫球场、 道路平整作业等[I ]。 作者简介 余丽艳 1 9 7 5 一 ， 女， 内蒙古甘河人， 工程师， 硕士， 研究方向 推土机液压系统。 一 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 推土机作业工况较为复杂， 当土壤含水量较高 时， 推土铲铲面粘土现象严重 ， 使得土壤沿铲刀表 面的黏附摩擦阻力大大增加 ， 在很大程度上影响了 作业效率。为了减小这种黏附摩擦阻力， 通常的方 法是司机不断操纵手柄， 控制铲刀提升液压缸小幅 上升与下降， 使推土铲与地面反复作用。这种操作 方式劳动强度大， 工作效率低 ， 影响精细作业的工 作质量 。 l 万 向铲 推土机的工作装置包括推土铲、 松土器、 绞盘 和牵引钩， 其中推土铲是主要的作业装置 ， 根据推 土机功率和底盘结构， 厂家会推荐配备不同形式的 推土铲圆 。万向铲是全液压推土机最常用的一种推 土作业机构， 如图 1 所示， 由铲刀、 液压缸、 弓形架、 销轴等组成。万向铲在液压缸的驱动下可实现铲刀 升降、 倾斜及在垂直平面内的摆动[ 3 j 。 1 ． 铲刀2 ． 倾斜液压缸3 ． 右调角液压缸4 ． 右提升液压 缸5 ． 左调角液压缸6 ． 弓形架7 ． 左提升液压缸 图 1 万 向铲结构 当同时向左、 右提升液压缸的有杆腔泵人液压 油时 ， 在液压 缸的驱动下铲刀 向上提升 ； 液压油同 时泵人无杆腔时铲刀下降； 当液压油进入左调角液 压缸无杆腔，并同时进入右调角液压缸有杆腔时， 左调角液压缸活塞杆伸出，右调角液压缸回缩 ， 可 使铲刀向右回转； 同理 ， 相反操作可使铲刀向左回 转。当液压油进入倾斜液压缸的无杆腔时， 铲刀向 左倾斜； 液压油进入有杆腔时， 铲刀向右倾斜。由于 万向铲有 6 个 自由度，所以它还可以做复合动作， 一 1 8一 如铲刀升降倾斜和左右回转倾斜。正因如此， 全液 压推土机实现铲刀的抖动功能从机构上来说具有 一 定 的可行性 。 2 铲刀抖动功能的实现 电液控制技术的应用 ， 为工程机械实现各种 自 动控制提供了一种新手段。目前全液压推土机工作 装置液压系统基本上都采用电液比例控制， 这为实 现铲刀抖动功能提供了可控条件 。 根据所选主阀的电流参数范围及其性能要求 ， 在可编程控制器 P L C上设定可使电液比例换向阀 往复动作的 P WM P l u s e Wi d t h M o d u l a t i o n 交变响 应参数 ， 然后通过电控手柄上的按钮向控制器下达 抖动开始指令，控制器按程序设计输出受控 P WM 脉宽信号 ， 在电液比例换向阀的两先导侧交替输 出先导压力 ， 使倾斜阀片的主阀芯频繁换向， 由工 作泵进入倾斜液压缸 的油路也快速往复 ， 铲刀在倾 斜液压缸的驱动下做往复摆动 ， 实现铲刀瞬间快速 抖动， 铲刀的快速运动可将黏附在铲刀上的附着物 抖落， 即实现铲刀抖动功能。图2 是实现铲刀抖动 功能的流程图。 图2 实现铲刀抖动功能的流程图 3 抖动频率和抖动幅度的确定 在设计抖动频率时要充分考虑铲刀抖动时可 能对推土机产生的冲击力，以及液压系统的稳定 性、 电液比例换向阀的可靠性等。铲刀抖动的幅度 是由倾斜液压缸的伸缩长度决定的， 抖动的频率和 幅度要综合考虑。如果设计的铲刀抖动频率太快 ， 幅度就会很小 ， 抖动的效果不理想 ； 如果幅度太大 ， 频率就会很慢， 同样达不到理想的效果。所以要选 择合适的抖动频率才能确保抖动功能的效果。 经过多次反复试验 ，铲刀的抖动频率设计为 5 H z 左右最为理想 ，倾斜液压缸的伸缩行程约在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 ～ 1 5 mm范 围内。为了保证铲刀抖动时铲刀 的对 称性， 倾斜液压缸的伸出和回缩长度必须相等。 液压缸的运动速度也就是流量与液压缸的缸 筒和活塞杆的直径有关， 即 ， 其中 Q 是 VH 上 ， 一 一Ⅱ 一 液压缸伸出时需要的流量； Q 是液压缸回缩时需要 的流量 ； D是缸筒的直径 ； d是活塞杆 的直径。 倾斜液压缸在快速运动时， 阀芯开口面积要能 够提供足够的流量， 所以对于换向阀倾斜阀芯的结 构要进行特殊设计。 4 抖动功能控制原理 进行铲刀抖动时可通过触动按钮直至松开或将 抖动时间设定为一固定值 如 3 s 来控制。 控制原理 5 结论 如图3 所示， 当铲刀抖动的频率设计为 5 H z ， 抖动一 个周期所用时间为 2 0 0 m s ，倾斜换向阀一侧电磁阀 通电时间为 1 0 0 m s ， 另一侧不通电； 然后在相反侧通 电 1 0 0 m s ， 另一侧断电， 在 P WM交变响应脉冲信号 的作用下，电液比例换向阀的两先导侧交替输出先 导压力， 使倾斜阀芯频繁换向， 实现抖动， 当计时结 束或松开按钮时，此次抖动完成。图 3 中的控制值 Y 0 为使倾斜液压缸左倾的电磁阀输出电流， 控制值 Y 1 为使倾斜液压缸右倾的电磁阀输出电流。 根据以上研究和分析 ， 将铲刀抖动功能应用到 山推 S D1 0 Y E型全液压推土机上 ，图 4是在 P WM 信号下倾斜液压缸无杆腔流量的变化。从图中可以 看出， 倾斜液压缸无杆腔的流量出现了高频率的变 化， 流量值能够满足铲刀抖动幅度的要求。 初始 化 计数变 量 0 否 姒 7 ＼ 是 r 1 Y 0 8 m A 电流的 信号 ．0 0 P WM Y 1 箍出8 9 o m A 电流的P 信号 Y l 小输出P 硎 信号 Y 0 不输出P wM 信号 r ／ 。 ＼ ～ ／ f r 寸 E ／1 、 图 3 铲 刀抖 动控 制原理 本文对如何实现铲刀抖动功能进行了分析， 通 过可编程控制器向电液 比例换向阀阀芯的两先导 侧交替输人 P WM信号， 使阀芯频繁换向， 铲刀在液 压缸的驱动下做往复摆动， 直至松开按钮或达到设 定的抖动频率。铲刀瞬间抖动， 可快速抖落推土铲 上的附着物。铲刀抖动功能的实现不仅提高了全液 压推土机的竞争优势 ， 更扩宽了使用范围， 如对于 需要精细作业的高尔夫球场建设等。该功能不仅仅 适用于推土机的前工作装置 也适用于后工作装置 下转第 2 9页 一 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 这个角度附近， 曲率半径发生了突变 截面位置改 变引起的弯曲变形很敏感 ，即柔轮的弯曲变形情 况在此处出现了圆环由内侧弯曲向往外侧弯曲的 变化。 在强度计算时， 也应该把 5 0 。 这个截面作为危 险截面考虑 。根据环形柔轮形状及载荷的对称性 ， 截面位置角 1 3 0 o 、 2 3 0 。 及 3 1 0 o 的截面 参看图 2 ， 以逆时针为正 也属于危险截面。 4 结论 现有谐波齿轮传动的波发生器多位于柔轮内 部， 而波发生器外置的谐波齿轮传动的结构更加紧 凑， 柔轮的受力情况得到了改善， 比内置式优越， 所 以对波发生器外置的谐波齿轮传动的基础性问题 展开研究具有理论和实际意义。本文运用材料力学 解决超静定结构的方法，建立了柔轮径向变形量、 截面弯矩的计算模型。通过对谐波齿轮传动机构柔 轮中性层变形规律的分析， 得出以下结论 1 在外置波发生器作用力方向上， 柔轮的径 向变形量最大， 径向最大变形量与波发生器施加于 柔轮的压力、 柔轮中性圆半径的立方成线性关系。 2 柔轮的齿数、 模数、 波发生器的结构决定了 柔轮的变形规律及其疲劳强度 ， 从减小柔轮应力考 虑， 柔轮齿数最好大于 4 0 。 3 受径向集中力作用的环形柔轮， 其弯矩最 大的位置在截面A和 处， 柔轮中性层径向位移的 最大值出现在 C和D处， 此四处属于危险截面。柔 轮圆环位置角为 5 0 o 、 1 3 0 , 2 3 0 , 3 1 0 o 的截面 从竖 直截面 B起算， 逆时针为正 在进行强度计算时， 也 应该作为危险截面考虑。 参考文献 【 1 】姚继蔚． 谐波齿轮传动的参数化设计及其仿真技术研 究口 D I ． 天津 河北工业大学 ， 2 0 0 6 ． 【 2 ] 彭宝林 ， 王华坤， 柳胜． 基于 A b a q u s 的谐波齿轮环形柔 轮变形仿真分析【 J 】 ． 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