張升霞，王 勇

（徐州徐工挖掘機械有限公司，江蘇徐州 221100）

0 引言

在城市建設和鐵路、公路以及水利設施等領(lǐng)域，挖掘機有重要作用。在現(xiàn)有的挖掘機技術(shù)中，挖掘機的操縱性存在一定缺陷，比如：在高速作業(yè)時突然停止，挖掘機整體會產(chǎn)生很大抖動，影響挖掘機的使用體驗和安全。在這情況下，挖掘機如何穩(wěn)健運作顯得尤為重要。其原理就是通過控制挖掘機工作裝置動臂、斗桿和鏟斗三組油缸的最佳運動速度，減小液壓沖擊，從而提高挖掘機操縱的流暢性和機動響應能力。通過平整性專利技術(shù)，可以讓挖掘機在急速運動或停止時，運行更加平穩(wěn)，提高操作的舒適度和安全度。同時設計一種可根據(jù)用戶需求選擇的流量分配模式，能夠?qū)崿F(xiàn)挖掘作業(yè)和平整作業(yè)模式之間的轉(zhuǎn)換，滿足客戶對多種工況的需求。該模式還能提高工作泵、發(fā)動機的使用效率，降低油耗。

1 提高挖掘機操縱特性和平整作業(yè)的工作原理

這是一種改善挖掘機挖掘操縱特性和平整特性的控制方法。工作原理：在挖掘機液壓回路設置有1個液控換向閥（以下簡稱“換向閥”）和1個模式切換的電磁閥組，換向閥的控制端與控制手柄和電磁閥連接，電磁閥的控制端與控制器連接；電磁閥由控制器控制，換向閥的換向壓力由閥內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)彈簧進行調(diào)節(jié)，在原有的“標準挖掘模式”基礎上實現(xiàn)“自適應挖掘模式”；電磁閥組通過控制器發(fā)出的電信號，實現(xiàn)“平整作業(yè)模式”和“標準挖掘模式”的切換。在“平整作業(yè)模式”下，“自適應挖掘模式”將不起作用。

為實現(xiàn)對傳統(tǒng)挖掘機操作模式的優(yōu)化改進以實現(xiàn)“平整作業(yè)模式”和“標準挖掘模式”的切換，在挖掘機動力裝置上安裝了一組可調(diào)的壓力液壓控制閥，換向裝置可以導通和切斷相應回路。不僅改變了現(xiàn)有挖掘機的供油模式，還通過對工作泵流量的合理配置，提高了挖掘機作業(yè)時斗桿和發(fā)動機的利用效率。在對斗桿的操作中，可以明顯降低動臂的液壓震蕩感，提升操作人員的操作體驗，同時降低挖掘機的故障率，提高挖掘機工作效率。其工作原理如圖1所示。

2 控制試驗實例

2.1 標準挖掘模式下?lián)Q向閥不換向時液壓油路走向

圖1 液壓工作原理示意

在“標準挖掘模式”下，換向閥不換向，挖掘機師傅操控右控制手柄閥，此時在動臂提升先導控制回路進行連通，液壓油經(jīng)齒輪泵到達右控制手柄閥，由BOOM UP（B-U）端一路供應給電磁閥組的先導控制油，再進入電磁閥組的油路P1端，那么油路P1和先導控制油輸出端A1保持連接狀態(tài)，先導控制油由A1到達換向閥控油輸入a1端。此時達不到換向閥換向需要的壓力要求，先導控制油輸出端b1與換向閥控油輸入端a1的通道連接，多路閥組閥芯被先導油推動進行換向，雙聯(lián)液壓泵A1工作油流入到動臂從而提升合流，再由B-U端輸入的其他先導控制油和多路閥組所在的控制端XAb1進行接通。P1工作油在閥芯換向后和雙聯(lián)液壓泵A2的工作油合流，實現(xiàn)動臂提升（此時動臂油缸伸出）。動臂油缸有桿腔內(nèi)的工作油經(jīng)由多路閥組回流后，通過回油口R2流回液壓油箱，形成一個比較完整的動臂抬升作業(yè)回路。

對左控制手柄閥進行操控時，首先讓斗桿挖掘先導對回路連通進行控制，通過齒輪泵到達左控制手柄閥所在的控制油，然后經(jīng)ARM CROWD（R-C）端和多路閥組先導控制端口XAa2接通，讓雙聯(lián)液壓泵P2工作油，把剩余流量給斗桿挖掘供應（斗桿油缸會伸出來）；而另一路液壓油，由左控制手柄閥的控制油經(jīng)過R-C端再和多路閥組所在的先導控制端XAa1進行聯(lián)通，推動換向多路閥組中的閥芯，進一步促進雙聯(lián)液壓泵的P1剩余的工作油參與斗桿挖掘的作業(yè)中；一部分斗桿油缸的有桿腔中的工作油通過多路閥組中的“工作油再回路”對P2和P1工作油的合流，液壓油箱的油其中有一部分是通過多路閥組中的回油返回，形成一個比較完整的斗桿挖掘工作回路。

2.2 標準挖掘模式下液控換向閥換向時液壓油路走向

在左控制的手柄閥所在的A-C端對換向閥的壓力的檢測端a2提供的壓力實現(xiàn)一定的數(shù)值（也就是左控制手柄閥所在手柄的角度達到要求數(shù)值）后，可以推動換向閥進行換向，通過A1聯(lián)通的換向閥所在的先導控制油路被切斷，而多路閥組的控制端XAb2經(jīng)由換向閥和液壓油箱處于連接狀態(tài)，閥芯恢復為中位狀態(tài)，并且被雙聯(lián)液壓泵的P1工作油提供的動臂合流工作油路切斷，由P2的工作油單獨供給動臂，動臂提升。這時斗桿挖掘則由

雙聯(lián)液壓泵的P1工作油單獨供給，另一方面P1的工作油和P2工作油也會進行合流。此狀態(tài)由于斗桿挖掘工作油回路的流量大于動臂提升回路的流量，斗桿挖掘速度較快，動臂提升較為平滑，工作裝置液壓沖擊減小，操作舒適性提高。當操作人員想結(jié)束挖掘狀態(tài)時，左控制手柄閥的A-C端向液控換向閥的壓力檢測端a2提供的壓力低于換向壓力時，換向閥恢復中位狀態(tài)，工作油路重新恢復至“標準挖掘模式”，動臂提升合流恢復，動臂提升速度加快，提高工作效率。

3 液壓泵輸出功率自動補償?shù)恼{(diào)整

在不影響執(zhí)行元件動作協(xié)調(diào)性的前提下，改變液壓泵電流的調(diào)節(jié)方式，可以自識別工況降低系統(tǒng)背壓，從而提高挖掘力，提升挖掘機重載作業(yè)效率，發(fā)揮系統(tǒng)最大效能。重載辨識控制原理如圖2所示。通過模糊分段控制算法，對重載工況高壓區(qū)進行分段控制，對載荷和液壓泵功率、發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動進行識別和控制，在高壓變量區(qū)域內(nèi)的功率—流量控制特性曲線通過人為增加PID干預控制，釋放在高壓工作條件下工作泵的潛能，進而保證挖掘機重載工況模式下的作業(yè)效率。26 t級挖掘機工作泵的壓力—流量曲線如圖3所示。

通過改變挖掘機工作泵的電流調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)對挖掘機工作泵吸收功率的識別控制，使吸收扭矩相對穩(wěn)定，將發(fā)動機實際工作轉(zhuǎn)速和輸出扭矩穩(wěn)定在控制程序設定的范圍。實踐證明，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的波動較未應用該技術(shù)前減少了100～150 r/min，液壓工作泵的流量輸出波動下降了5%～7%。以47 t挖掘機為例，重載工況下的高壓區(qū)吸收功率較未應用前提升了27 kW，工作流量提升了11.7%（按高壓變量點計算），挖掘機重載工況時挖掘效率提升顯著，發(fā)動機油耗得到有效控制。

4 結(jié)語

圖2 重載辨識控制原理

圖3 26 t挖掘機工作泵壓力—流量曲線

挖掘操縱特性是指挖掘機在進行挖掘作業(yè)時的穩(wěn)定性、流暢性和機動響應能力的綜合判定，而流暢性和手柄操縱響應特性是操縱人員最關(guān)注的兩個方面。挖掘機動臂油缸和斗桿油缸運動速度的合理配比，直接決定了挖掘機的挖掘操縱特性，影響挖掘機的使用效率和操作人員的操作感受。通過對該方法和裝置的使用，可以在兼顧作業(yè)效率的情況下提高挖掘機的操縱舒適性和平整作業(yè)特性，滿足安全施工要求，提高設備使用效率，降低操縱人員疲勞感。通過改善液壓泵輸出功率自動補償?shù)恼{(diào)整，改善了挖掘機在重載工況時的挖掘效率及油耗，進一步提高了設備的使用經(jīng)濟性。

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