, , 　(.南京工程學(xué)院 機械工程學(xué)院， 江蘇 南京　67；.南京工業(yè)大學(xué) 車輛與工程機械研究所， 江蘇 南京　0009)

引言

液壓挖掘機的作業(yè)對象和工作條件變化較大，完成各種主要動作時，阻力與作業(yè)速度隨時變化，液壓缸和馬達的壓力和流量也會相應(yīng)變化[1]。SY210C8M液壓挖掘機采用的是KMX15RA開中心多路閥系統(tǒng)[2]，該閥采用的是整體式結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩級安全保護且具有良好的靜態(tài)特性，最大流量為250 L/min，關(guān)鍵是提供了分片式多路閥不能實現(xiàn)的一些特殊功能，比如雙泵合流，正流量控制、斗桿鎖定、動臂提升優(yōu)先和回轉(zhuǎn)優(yōu)先[3]等，主要適用于雙泵雙回路高壓變量系統(tǒng)。鏟斗作為液壓挖掘機挖掘過程的主要執(zhí)行機構(gòu)，只通過一鏟斗聯(lián)閥進行控制，且只有一個泵為其供油，下面以鏟斗挖掘為例進行挖掘機液壓系統(tǒng)的研究。

1　 鏟斗操縱回路原理分析

SY210C8M液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中采用的是近似恒功率泵控系統(tǒng)，其鏟斗液壓操縱回路如圖1所示。鏟斗是液壓挖掘機實現(xiàn)挖掘動作的關(guān)鍵部件，主要通過鏟斗閥2對鏟斗的外擺和內(nèi)收實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制。

液壓挖掘機多路閥是多聯(lián)三位六通閥的組合[4]，鏟斗挖掘開始前，鏟斗主控閥2工作在左位，鏟斗缸有桿腔進油，鏟斗實現(xiàn)外擺為挖掘動作做準備，當(dāng)鏟斗主控閥閥芯移到右位時，鏟斗缸無桿腔進油，活塞桿伸出， 鏟斗開始挖掘作業(yè)。 當(dāng)鏟斗內(nèi)收進行挖掘的過程中，鏟斗合流閥3處于斷開狀態(tài)，液壓泵后泵的部分或全部輸出壓力油與液壓泵前泵輸出的壓力油進行合流經(jīng)鏟斗主控閥的右位供給鏟斗缸大腔，提高挖掘效率；當(dāng)鏟斗外擺實現(xiàn)卸載的過程中，鏟斗合流閥3處于通路狀態(tài)，后泵的流量則不再與前泵合流。防反轉(zhuǎn)閥4的作用是防止當(dāng)挖掘負載壓力過大時可能出現(xiàn)的鏟斗活塞反向動作。

1.鏟斗油缸　2.鏟斗閥　3.鏟斗合流閥　4.防反轉(zhuǎn)閥圖1　SY210C8M液壓挖掘機鏟斗液壓系統(tǒng)操縱回路

2　鏟斗挖掘動作模型的建立

根據(jù)液壓挖掘機鏟斗液壓系統(tǒng)原理圖，建立鏟斗單動作的AMESim[3,5]液壓系統(tǒng)模型，如圖2所示。

圖2　鏟斗單動作時的AMESim液壓系統(tǒng)模型

其中，液壓系統(tǒng)中鏟斗缸的活塞桿與機械模型中表示鏟斗缸的模塊相接。PLM傳感器將液壓系統(tǒng)中的輸出量以力的形式作用于液壓缸[6]，實現(xiàn)機械系統(tǒng)模型中鏟斗在一定先導(dǎo)壓力信號下的動作。

3　仿真結(jié)果與分析

模型中的各個元件進行參數(shù)設(shè)置完成后，分別為鏟斗聯(lián)閥左端和右端施加先導(dǎo)壓力信號PILOT PRESSURE1和PILOT PRESSURE2，得到執(zhí)行機構(gòu)的相應(yīng)動作過程如圖3和執(zhí)行機構(gòu)液壓缸的壓力仿真曲線如圖4所示。

圖3　鏟斗內(nèi)收和外擺過程中的動作示意圖

圖4　鏟斗內(nèi)收時液壓缸無桿腔、有桿腔及泵出口壓力仿真曲線

挖掘機鏟斗內(nèi)收過程是鏟斗缸無桿腔進油，有桿腔回油的過程，在仿真曲線中5.5 s之前，有桿腔壓力一直大于無桿腔壓力，這是因為鏟斗在內(nèi)收過程中，在鏟斗齒尖過垂直位置之前，重力做功為正功，為使鏟斗自重不影響運動速度，回油路中必須保持一定的背壓，故有桿腔的壓力大于無桿腔壓力，第5.5 s時，鏟斗與斗桿平行，鏟斗繼續(xù)內(nèi)收過程中必須克服自重才能保證順利進行，故6～12 s，進油路(無桿腔)的壓力必須大于回油路(有桿腔)的壓力。

在開始階段液壓泵出口壓力為零，在大約2.8 s才開始逐漸增加，這是因為開始時閥芯中位節(jié)流口過流面積全開且液壓油從中位回油箱時沒有考慮背壓，隨著閥芯的移動，中位過流面積逐漸減小，系統(tǒng)開始建立壓力。

無桿腔的壓力在2.8 s之前一直為零，這是因為在實際中液壓缸在不動作時里面也充滿了液壓油而產(chǎn)生的壓力，而仿真時不考慮此種狀態(tài)，由于進油閥口存在一定的死區(qū)長度，在閥芯位移小于死區(qū)長度時，進油

閥口沒有油液通過，所以鏟斗缸無桿腔壓力為零。

圖5所示為鏟斗內(nèi)收過程，鏟斗缸活塞桿位移隨時間的變化曲線，在0～2.8 s內(nèi)，活塞桿位移為零，這是進油閥口還未打開階段，第12 s活塞桿行程達到最大值1.12 m，在實際情況中鏟斗內(nèi)收大概為10.5 s左右，結(jié)果與實際情況吻合，能夠證明模型的合理性。

圖5　鏟斗內(nèi)收液壓缸活塞桿位移隨時間變化結(jié)果

4　結(jié)論

建立了鏟斗液壓回路AMESim模型，結(jié)果顯示，隨著閥芯的移動，中位過流面積逐漸減小，系統(tǒng)開始建立壓力。開始時有桿腔壓力一直大于無桿腔壓力， 而后鏟斗與斗桿平行，鏟斗繼續(xù)內(nèi)收過程中必須克服自重才能保證順利進行，所以之后無桿腔的壓力必須大于回油路有桿腔的壓力。從斗內(nèi)收過程，鏟斗缸活塞桿位移隨時間的變化曲線顯示結(jié)果與實際情況吻合，能夠證明模型的合理性。

參考文獻：

[1]成凱,張靜,王鵬宇,等.挖掘機液壓系統(tǒng)建模與仿真[J].工程機械,2010,(41):29-33.

[2]賈文華,殷晨波,曹東輝,等.挖掘機正流量泵控液壓系統(tǒng)的特性分析[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,33(6):98-101.

[3]賈文華,殷晨波,曹東輝.挖掘機動臂頂升優(yōu)先功能的協(xié)調(diào)性分析[J].煤礦機械,2013，(5):123-124.

[4]尚剛,權(quán)龍.基于AMESim的挖掘機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真分析[J].液壓氣動與密封,2009,(5):49-51.

[5]Kai, Cheng.Modeling and Simulation of Hybrid Hydraulic Excavator Based on AMESim [J].Applied Mechanics and Materials,2010,29(32):2071-2075.

[6]賈文華,殷晨波,曹東輝.比例閥節(jié)流負載閥口的匹配特性研究與結(jié)構(gòu)改進[J].液壓與氣動,2013，(1):83-84.