李世杰

（山西焦煤西山煤電官地礦， 山西 太原 030022）

引言

MWD 系列礦用液壓挖掘機是一種廣泛應(yīng)用在煤礦上的大型挖掘機設(shè)備，在工作時主要依靠液壓系統(tǒng)向搖臂控制液壓缸供油，從而控制搖臂的上下運動，完成物料的裝卸作業(yè)，礦用挖掘機的總體工作時間長、工作環(huán)境惡劣，對液壓系統(tǒng)的功率消耗極大，系統(tǒng)發(fā)熱量大，特別是挖掘機的搖臂液壓控制系統(tǒng)采用多泵供油、閥外合流方式控制，導(dǎo)致?lián)u臂在下降過程中存在沖擊載荷大、搖臂調(diào)整速度慢的缺陷，不僅嚴重影響了挖掘機的使用壽命，而且也極大地影響了物料的裝卸效率[1]。因此本文分析研究一種新的采用電磁比例控制閥的挖掘機液壓控制系統(tǒng)。

1 采用電磁比例控制閥的搖臂液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

針對傳統(tǒng)的挖掘機液壓控制系統(tǒng)所存在的缺陷，本文提出了新的基于能量回收的液壓控制系統(tǒng)，該新的液壓控制系統(tǒng)采用了全新的電磁比例溢流閥控制，當挖掘機的搖臂下降時，通過流量再生回路實現(xiàn)對能量的存儲和轉(zhuǎn)換，該新的采用比例溢流閥控制的能量再生回路的結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]，圖中1 表示比例再生閥，2 表示常規(guī)溢流閥，3 表示單向閥，4表示主控閥。

圖1 煤礦井下貫防水閘墻結(jié)構(gòu)示意圖

挖掘機的搖臂液壓控制原理如圖1-1 所示，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有一個電磁比例再生閥，當挖掘機的搖臂在物料和自身重力作用下逐漸下降時，執(zhí)行油缸無桿腔內(nèi)的液壓油通過電磁比例再生閥再流回到執(zhí)行油缸的有桿腔內(nèi)，其他油液則通過管路流回到油箱內(nèi)。電磁比例再生閥的結(jié)構(gòu)簡圖如1-2 所示，可以簡化為兩個相互關(guān)聯(lián)的節(jié)流閥，通過控制電磁比例再生閥的閥口A 和閥口B 的開度大小即可實現(xiàn)對搖臂下降速度的調(diào)節(jié)。根據(jù)對挖掘機搖臂下降時的液壓泵功率的測量，當采用電磁比例再生閥時[3]，通過重力作用將部分的液壓油傳輸?shù)綀?zhí)行油缸內(nèi)，其功率比采用傳統(tǒng)溢流閥情況下能夠降低43%，因此可以看出能夠顯著降低挖掘機在作業(yè)時的功率消耗，特別是當挖掘機在長時間連續(xù)工作的情況下，節(jié)能效果顯著。

2 采用電磁比例控制閥的搖臂液壓控制系統(tǒng)控制下?lián)u臂下降時的穩(wěn)定性分析

為了驗證該新型的液壓控制系統(tǒng)對挖掘機搖臂工作時的穩(wěn)定性的影響，本文以挖掘機在空載情況下?lián)u臂下降時執(zhí)行油缸的工作壓力[4]為研究對象分別進行實驗驗證，為了確保驗證結(jié)果的準確性，搭建了以WMD 為核心的實驗驗證平臺，模擬挖掘機在空載下行時執(zhí)行油缸的壓力變化情況，設(shè)定挖掘機空載下行時自身重力為2.7 t，下降高度為4.7 m，傳統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)下執(zhí)行油缸的壓力變化曲線如下頁圖2-1 所示，新的基于能量回收的液壓控制系統(tǒng)下執(zhí)行油缸的壓力變化曲線如圖2-2 所示。

圖2 不同控制方式下挖掘機執(zhí)行油缸壓力變化情況

由圖2-1 可知，在采用傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)下，隨著挖掘機搖臂的下降，執(zhí)行油缸無桿腔的壓力基本無變化，待下降到位后由于突然的沖擊作用導(dǎo)致系統(tǒng)壓力突然增加，由穩(wěn)定時的14.5 MPa，增加到16.1 MPa。而有桿腔的壓力在整個工作過程中基本上不會變化，搖臂的整個下降時間約為37 s，周期較長，對挖掘機的作業(yè)效率產(chǎn)生了較大的影響，搖臂液壓控制系統(tǒng)在沖擊力的作用下不僅操作性下降，而且也會給系統(tǒng)內(nèi)的各個元器件造成較大的損傷，降低液壓系統(tǒng)的使用壽命。

由圖2-2 可知，在采用新的基于能量回收的液壓控制系統(tǒng)的作用下，挖掘機搖臂在下降時的時間約為20 s，比傳統(tǒng)控制方式的下降時間降低了45.9%，在整個下降的過程中執(zhí)行油缸無桿腔內(nèi)的壓力變化較為平穩(wěn)，未出現(xiàn)顯著的波動現(xiàn)象，有桿腔的壓力變化趨勢和無桿腔的壓力變化趨勢基本一致，這是由于在能量回收系統(tǒng)的作用下，將有桿腔的油液轉(zhuǎn)移到無桿腔內(nèi)，實現(xiàn)了降低能耗，提升系統(tǒng)平穩(wěn)性，在整個下降過程中新的控制方式下的能量消耗比優(yōu)化前降低了約17%。由此可見，采用新的液壓控制系統(tǒng)能夠在顯著提升挖掘機作業(yè)效率的情況下還能降低系統(tǒng)的液壓沖擊，提升可操作性。

3 結(jié)論

1）液壓控制系統(tǒng)采用了全新的電磁比例溢流閥控制，當挖掘機的搖臂下降時，通過流量再生回路，實現(xiàn)對能量的存儲和轉(zhuǎn)換，能夠顯著提升工作效率，降低能量消耗；

2）優(yōu)化后挖掘機搖臂的下降時間比傳統(tǒng)控制方式的下降時間降低了45.9%，能量消耗比優(yōu)化前降低了約17%，且工作過程中的平穩(wěn)性極高，顯著提升了挖掘機的可操作性，提升了系統(tǒng)元件的使用壽命。