小型履帶式挖掘機液壓系統(tǒng)的研究

張 晨,謝 廣（山重建機有限公司,山東 臨沂 276000）

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小型履帶式挖掘機液壓系統(tǒng)的研究

張 晨,謝 廣
（山重建機有限公司,山東 臨沂 276000）

摘 要：履帶式液壓挖掘機是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。在現(xiàn)如今的水利建設(shè)工程中，工業(yè)建設(shè)工程中、城鎮(zhèn)建設(shè)中小型履帶式挖掘機的使用還是非常廣泛的。隨著我國工程技術(shù)的快速發(fā)展，小型履帶式液壓挖掘機在使用數(shù)量和產(chǎn)品品質(zhì)方面都有明顯的改觀。但是就液壓系統(tǒng)而言，小型挖掘機在這方面的技術(shù)還不是很成熟，小型履帶式挖掘機的液壓系統(tǒng)還有待進(jìn)一步的研究。

關(guān)鍵詞：小型；履帶式挖掘機；液壓系統(tǒng)

0 引言

工業(yè)革命促進(jìn)了工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，隨著近現(xiàn)代全新的技術(shù)和工藝的出現(xiàn)，挖掘機也在不斷的進(jìn)行改進(jìn)，無論是材料上還是生產(chǎn)工藝方面都取得了很大的進(jìn)步。從蒸汽驅(qū)動的單斗挖掘機的出現(xiàn)到上個世紀(jì)九十年代電子智能化控制的挖掘機的使用，挖掘機的經(jīng)歷了五個階段、一百多年的發(fā)展歷程。目前，小型履帶式挖掘機的出現(xiàn)，在不同領(lǐng)域的建筑中都發(fā)揮了重要的作用。

1 液壓系統(tǒng)的類型研究。

按照液壓泵的具體情況可以將液壓系統(tǒng)分為定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)。

1.1 定量系統(tǒng)

定量系統(tǒng)是小型挖掘機最早使用的系統(tǒng)類型。定量系統(tǒng)所采用的定量泵的排量恒定不變，流量隨著液壓泵輸入的轉(zhuǎn)速變化而變化。定量系統(tǒng)的構(gòu)成沒有那么復(fù)雜，所選用的齒輪泵的價格也不高，比較經(jīng)濟(jì)實用，所以現(xiàn)在一些小型農(nóng)用的挖掘機還在繼續(xù)使用，我們就其中的兩種定量系統(tǒng)進(jìn)行簡單的分析。（1）單泵定量系統(tǒng)。定量系統(tǒng)的液壓泵功率的大小要與系統(tǒng)本身能承載的最大外負(fù)荷對應(yīng)的工作速度相適合，這是因為定量泵的流量是恒定不變的，它的輸出與油泵的出口壓力成正比。在一般的情況下，挖掘機碰上最大外負(fù)的可能性很小，如果在工作過程中所承載的最大外負(fù)荷的平均值不超過六十個百分點，這樣就會造成功率的資源浪費；（2）雙泵定量系統(tǒng)。由兩臺定量液壓泵構(gòu)成的液壓系統(tǒng)我們把它定義為雙泵定量系統(tǒng)。包括雙泵單回路液壓系統(tǒng)和雙泵雙回路液壓系統(tǒng)。

雙泵單回路定量系統(tǒng)是由兩臺定量泵進(jìn)行工作的，其中一臺的設(shè)定壓力比另一臺的設(shè)定壓力要高一些。如果所承載的外負(fù)荷不是很大的時候，兩臺泵是同時工作的，兩臺泵輸出的流量總和就是系統(tǒng)能夠獲得的能量；當(dāng)外負(fù)荷的壓力高于臨界值的時候，壓力低的那個泵就會停止向主油路供油，而由壓力較高的那個泵進(jìn)行供油，這樣使流量降低，提高液壓系統(tǒng)功率的使用，降低消耗。

由于定量系統(tǒng)的齒輪泵比較低廉，構(gòu)成簡單，沖擊力強，一般在低負(fù)荷的情況下，設(shè)備的使用壽命更長，同時定量系統(tǒng)流量和執(zhí)行元件的速度都比較恒定，設(shè)備裝置容易控制，方便使用。但是它的定量泵角功率太大，需要功率大的發(fā)動機與之相配，使發(fā)動機的功率利用率降低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

1.2 變量系統(tǒng)

定量系統(tǒng)的弊端比較明顯，所以在上個世紀(jì)中后期挖掘機上的變量系統(tǒng)開始出現(xiàn)。變量系統(tǒng)能夠隨著負(fù)荷的改變而自動調(diào)節(jié)液壓泵的排量，現(xiàn)在很多大中型挖掘機都在使用這個系統(tǒng)。變量液壓系統(tǒng)的發(fā)電機功率不是固定的，是根據(jù)挖掘機所要承載的平均外負(fù)荷和作業(yè)的速度來確定的，目前變量系統(tǒng)的使用比較廣泛。具體包括恒功率變量系統(tǒng)和壓力切斷控制系統(tǒng)。

（1）恒功率變量系統(tǒng)。恒功率變量系統(tǒng)在挖掘機上的使用越來越被各大企業(yè)所看重，主要的原因就是這個系統(tǒng)可以通過自身的調(diào)節(jié)保持功率恒定，也就是說其輸出功率主要靠變量泵口的壓力來調(diào)節(jié)油泵輸出流量和出口壓力的乘積。正是因為變量泵的排量具備這樣的優(yōu)勢，所以也就能更加充分的利用發(fā)動機的功率，提高挖掘機的性能。

（2）壓力切斷控制系統(tǒng)。壓力切斷控制系統(tǒng)可以避免系統(tǒng)溢流的損失，當(dāng)主回路的壓力達(dá)到或者超過系統(tǒng)的安全設(shè)定時，每個系統(tǒng)的液壓流就會自動回流。但在這個時候系統(tǒng)的壓力往往也比較高，會使系統(tǒng)瞬間發(fā)熱，為了解決這些問題，大多數(shù)液壓挖掘機在采用這個系統(tǒng)都是為了能盡可能的降低泵的排出量，盡可能使其接近于零，從而降低系統(tǒng)的損失，降低系統(tǒng)的熱度，減少能量的消耗。

2 液壓系統(tǒng)的控制研究

從世界范圍來看，很多廠商都致力于液壓元件和節(jié)能控制技術(shù)的研發(fā)，考慮到挖掘機本身的協(xié)調(diào)性和復(fù)合動作的要求，很多品牌都開發(fā)了屬于自己的多路閥液壓系統(tǒng)，多種控制手段的使用，使各個元件既能保持動作協(xié)調(diào)，還能保證獨立運動。從節(jié)能環(huán)保的角度來看，現(xiàn)在比較多見的節(jié)能控制系統(tǒng)包括節(jié)流控制、負(fù)流量控制、正流量控制和負(fù)載敏感控制系統(tǒng)。

2.1 節(jié)流控制系統(tǒng)

現(xiàn)在小型履帶式挖掘機使用的基本都是比較簡單的節(jié)流控制系統(tǒng)，屬于中位開式液壓系統(tǒng)，采用三位六通閥，由兩條供油路供油，一條是并聯(lián)供油，一條是直通供油。由于它的調(diào)速性能受負(fù)荷壓力以及油泵流量的影響比較明顯，所以在操縱、調(diào)速和微調(diào)上的性能表現(xiàn)較差，如果系統(tǒng)中有執(zhí)行元件與復(fù)合動作同時進(jìn)行時，就會相互干擾，加大操縱的控制難度，所以只運用在經(jīng)濟(jì)型的小型挖掘機上。

2.2 負(fù)流量控制系統(tǒng)

它是一種采用變量泵驅(qū)動的閥控系統(tǒng)。主泵調(diào)節(jié)機構(gòu)的控制壓力是節(jié)流閥的閥前壓力，所以由節(jié)流閥的閥前壓力來協(xié)調(diào)變量泵的排量。節(jié)流閥的先導(dǎo)控制力隨著流量的增大而增大，隨著流量的減少而減小?，F(xiàn)在很多國際品牌的挖掘機都推出了使用這個系統(tǒng)的產(chǎn)品。

2.3 正流量控制系統(tǒng)

上個世紀(jì)末正流量控制系統(tǒng)開始運用在挖掘機上。該系統(tǒng)直接運用操縱手柄的先導(dǎo)壓力來調(diào)節(jié)主泵油液的排量，主泵的排量隨著先導(dǎo)控制力的變化而變化，所以叫做正流量控制系統(tǒng)。由于正流量控制系統(tǒng)對梭閥有一定的要求，給整個系統(tǒng)的控制增加了難度，曾經(jīng)嚴(yán)重影響了該系統(tǒng)的推廣使用。

2.4 負(fù)載敏感控制系統(tǒng)

在上個世紀(jì)中后期還有一項探索在挖掘機的歷史上值得一提的就是負(fù)載敏感控制系統(tǒng)。它的工作原理就是利用負(fù)載壓力信號作為進(jìn)行油量補償?shù)姆答佇盘?，在很大程度上提高了挖掘機的工作效率。到了上個世紀(jì)末期，液壓挖掘機已經(jīng)開始使用節(jié)能控制系統(tǒng)。

3 小結(jié)

小型履帶式挖掘機的使用率極高，在挖掘機的系統(tǒng)中，液壓系統(tǒng)的設(shè)計和研究是十分重要的，而我國挖掘機的研究開發(fā)比較晚，這就更加的要求我們一定要不斷的加強對液壓系統(tǒng)的了解和研究，這對以后的行業(yè)發(fā)展具有非常大的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]小型挖掘機閉中心液壓系統(tǒng)的分析研究[D].青島大學(xué),2011.

[2]挖掘機液壓系統(tǒng)建模與仿真[J].工程機械,2010(08).

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.183