, , 　(.南京工程學(xué)院 機(jī)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(jī)械研究所， 江蘇 南京　0009)

引言

液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，完成各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，液壓缸和馬達(dá)的壓力和流量也會(huì)相應(yīng)變化[1]。SY210C8M液壓挖掘機(jī)采用的是KMX15RA開(kāi)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(jí)安全保護(hù)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(shí)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(dòng)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(jī)挖掘過(guò)程的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只通過(guò)一鏟斗聯(lián)閥進(jìn)行控制，且只有一個(gè)泵為其供油，下面以鏟斗挖掘?yàn)槔M(jìn)行挖掘機(jī)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(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)挖掘動(dòng)作的關(guān)鍵部件，主要通過(guò)鏟斗閥2對(duì)鏟斗的外擺和內(nèi)收實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制。

液壓挖掘機(jī)多路閥是多聯(lián)三位六通閥的組合[4]，鏟斗挖掘開(kāi)始前，鏟斗主控閥2工作在左位，鏟斗缸有桿腔進(jìn)油，鏟斗實(shí)現(xiàn)外擺為挖掘動(dòng)作做準(zhǔn)備，當(dāng)鏟斗主控閥閥芯移到右位時(shí)，鏟斗缸無(wú)桿腔進(jìn)油，活塞桿伸出， 鏟斗開(kāi)始挖掘作業(yè)。 當(dāng)鏟斗內(nèi)收進(jìn)行挖掘的過(guò)程中，鏟斗合流閥3處于斷開(kāi)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(jìn)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(shí)現(xiàn)卸載的過(guò)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(fù)載壓力過(guò)大時(shí)可能出現(xiàn)的鏟斗活塞反向動(dòng)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(jī)鏟斗液壓系統(tǒng)操縱回路

2　鏟斗挖掘動(dòng)作模型的建立

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

圖2　鏟斗單動(dòng)作時(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)模型中鏟斗在一定先導(dǎo)壓力信號(hào)下的動(dòng)作。

3　仿真結(jié)果與分析

模型中的各個(gè)元件進(jìn)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(hào)PILOT PRESSURE1和PILOT PRESSURE2，得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作過(guò)程如圖3和執(zhí)行機(jī)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(guò)程中的動(dòng)作示意圖

圖4　鏟斗內(nèi)收時(shí)液壓缸無(wú)桿腔、有桿腔及泵出口壓力仿真曲線

挖掘機(jī)鏟斗內(nèi)收過(guò)程是鏟斗缸無(wú)桿腔進(jìn)油，有桿腔回油的過(guò)程，在仿真曲線中5.5 s之前，有桿腔壓力一直大于無(wú)桿腔壓力，這是因?yàn)殓P斗在內(nèi)收過(guò)程中，在鏟斗齒尖過(guò)垂直位置之前，重力做功為正功，為使鏟斗自重不影響運(yùn)動(dòng)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(wú)桿腔壓力，第5.5 s時(shí)，鏟斗與斗桿平行，鏟斗繼續(xù)內(nèi)收過(guò)程中必須克服自重才能保證順利進(jìn)行，故6～12 s，進(jìn)油路(無(wú)桿腔)的壓力必須大于回油路(有桿腔)的壓力。

在開(kāi)始階段液壓泵出口壓力為零，在大約2.8 s才開(kāi)始逐漸增加，這是因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)閥芯中位節(jié)流口過(guò)流面積全開(kāi)且液壓油從中位回油箱時(shí)沒(méi)有考慮背壓，隨著閥芯的移動(dòng)，中位過(guò)流面積逐漸減小，系統(tǒng)開(kāi)始建立壓力。

無(wú)桿腔的壓力在2.8 s之前一直為零，這是因?yàn)樵趯?shí)際中液壓缸在不動(dòng)作時(shí)里面也充滿了液壓油而產(chǎn)生的壓力，而仿真時(shí)不考慮此種狀態(tài)，由于進(jìn)油閥口存在一定的死區(qū)長(zhǎng)度，在閥芯位移小于死區(qū)長(zhǎng)度時(shí)，進(jìn)油

閥口沒(méi)有油液通過(guò)，所以鏟斗缸無(wú)桿腔壓力為零。

圖5所示為鏟斗內(nèi)收過(guò)程，鏟斗缸活塞桿位移隨時(shí)間的變化曲線，在0～2.8 s內(nèi)，活塞桿位移為零，這是進(jìn)油閥口還未打開(kāi)階段，第12 s活塞桿行程達(dá)到最大值1.12 m，在實(shí)際情況中鏟斗內(nèi)收大概為10.5 s左右，結(jié)果與實(shí)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(shí)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(dòng)，中位過(guò)流面積逐漸減小，系統(tǒng)開(kāi)始建立壓力。開(kāi)始時(shí)有桿腔壓力一直大于無(wú)桿腔壓力， 而后鏟斗與斗桿平行，鏟斗繼續(xù)內(nèi)收過(guò)程中必須克服自重才能保證順利進(jìn)行，所以之后無(wú)桿腔的壓力必須大于回油路有桿腔的壓力。從斗內(nèi)收過(guò)程，鏟斗缸活塞桿位移隨時(shí)間的變化曲線顯示結(jié)果與實(shí)際情況吻合，能夠證明模型的合理性。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]賈文華,殷晨波,曹東輝,等.挖掘機(jī)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(bào),2011,33(6):98-101.

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

[4]尚剛,權(quán)龍.基于AMESim的挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)仿真分析[J].液壓氣動(dòng)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(fù)載閥口的匹配特性研究與結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].液壓與氣動(dòng),2013，(1):83-84.