大型工程機(jī)械車輛液壓回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分析與研究

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(徐州重型機(jī)械有限公司 技術(shù)中心， 江蘇 徐州　221000)

引言

隨著起重機(jī)、消防車等工程機(jī)械車輛向著大型化方向發(fā)展，人們對(duì)其可靠性能也提出了更嚴(yán)格的要求[1-3]?；剞D(zhuǎn)是車輛工作過(guò)程中最頻繁動(dòng)作之一，對(duì)車輛的工作效率、操控性能有重大影響[4]。大型車輛回轉(zhuǎn)加減速過(guò)程的平穩(wěn)性問(wèn)題由來(lái)已久，在制動(dòng)、換向的過(guò)程中，產(chǎn)生了嚴(yán)重的液壓沖擊，液壓沖擊產(chǎn)生的瞬時(shí)峰值壓力比正常壓力高幾倍，引起管路和車輛的振動(dòng)和噪聲，縮短了回轉(zhuǎn)液壓元件的壽命，嚴(yán)重影響了操作者的舒適性，甚至安全感[5，6]。

大型工程車輛回轉(zhuǎn)動(dòng)作大都采用液壓驅(qū)動(dòng)，雖然在回轉(zhuǎn)的液壓系統(tǒng)上采用了平衡閥用于改善制動(dòng)、換向性能的平穩(wěn)性，但改善效果仍然存在著一定的局限性[7]。在實(shí)際的回轉(zhuǎn)過(guò)程中，尤其是大型工程機(jī)械車輛，存在著回轉(zhuǎn)速度過(guò)快、不易控制，回轉(zhuǎn)停止慣性沖擊大、停轉(zhuǎn)不平穩(wěn)的難題。

因此，本研究在分析液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，相應(yīng)地改進(jìn)液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理，以獲得良好回轉(zhuǎn)性能。

1　現(xiàn)狀問(wèn)題分析

如圖1所示，通過(guò)調(diào)研大型起重機(jī)、消防車等工程機(jī)械車輛的實(shí)際作業(yè)狀況，發(fā)現(xiàn)在回轉(zhuǎn)動(dòng)作中主要存在以下共性難題：

圖1　液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理圖

(1) 回轉(zhuǎn)速度過(guò)快，不易控制；

(2) 回轉(zhuǎn)動(dòng)作停止時(shí)慣性沖擊大，停止動(dòng)作不平穩(wěn)。

原因分析：由于大型工程機(jī)械車輛自身結(jié)構(gòu)重量龐大，且回轉(zhuǎn)系統(tǒng)背壓較小，流量較大，沒(méi)有節(jié)流，導(dǎo)致控制回轉(zhuǎn)動(dòng)作的速度及平穩(wěn)性存在一定困難。

2　液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的原理改進(jìn)

在研究現(xiàn)有的“不堵T口”的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)(如圖1a)的基礎(chǔ)上，可以堵住回轉(zhuǎn)緩沖閥的T口或者增加阻尼，得到改進(jìn)后的原理圖如圖1b、如圖1c所示。

由此可知：

(1) 堵上回轉(zhuǎn)緩沖閥T口，使其不連接泄油口，背壓增加，比例伺服閥壓差減小，促使流量減小，起到了回流節(jié)流作用，一定程度上減輕了壓力沖擊差，提高了控制范圍，增強(qiáng)了抗干擾能力，進(jìn)而控制了回轉(zhuǎn)速度；

(2) 在堵住T口的基礎(chǔ)上，緩沖閥C1、C2口各增加一個(gè)長(zhǎng)3 mm，孔徑2 mm的阻尼節(jié)流孔，對(duì)馬達(dá)回轉(zhuǎn)起到了節(jié)流作用，進(jìn)一步增加了背壓，減小了伺服閥壓差，減小沖擊流量，進(jìn)而減小壓力沖擊使馬達(dá)更加平穩(wěn)的啟停或制動(dòng)。

3　回轉(zhuǎn)速度及平穩(wěn)性的驗(yàn)證

根據(jù)以上分析，改進(jìn)現(xiàn)有液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，然后通過(guò)測(cè)試一臺(tái)大型消防車，如圖2所示，對(duì)比驗(yàn)證回轉(zhuǎn)系統(tǒng)改進(jìn)前、后的運(yùn)動(dòng)效果。

1.被測(cè)車輛　2.壓力傳感器　3.流量傳感器　4.回轉(zhuǎn)緩沖閥5.液壓馬達(dá)　6.數(shù)據(jù)采集儀圖2　大型消防車回轉(zhuǎn)性能測(cè)試圖

3.1　回轉(zhuǎn)速度的測(cè)試驗(yàn)證

回轉(zhuǎn)速度具體指回轉(zhuǎn)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)快慢，由回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的元件包括回轉(zhuǎn)馬達(dá)、伺服閥的壓力流量等決定[8]。故回轉(zhuǎn)速度的測(cè)試包括測(cè)量車輛回轉(zhuǎn)動(dòng)作的具體速度，測(cè)量回轉(zhuǎn)系統(tǒng)元件(回轉(zhuǎn)馬達(dá)及伺服閥)的壓力及流量曲線。

按照?qǐng)D1所示的液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，設(shè)置變量因子“不堵T口”、“堵T口”、“堵T口+阻尼”，分別在相同的工況，即在一、二號(hào)臂變幅最大，空載的情況下，進(jìn)行回轉(zhuǎn)測(cè)試，得到其回轉(zhuǎn)馬達(dá)及伺服閥的壓力流量曲線圖，如圖3～圖5所示， 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)記錄分析得到回轉(zhuǎn)速度特性表，見表1所示。

表1　回轉(zhuǎn)過(guò)程的速度特性表

圖3　沒(méi)堵T口,一二號(hào)臂基本臂,變幅最大,空載,正常操作

圖4　堵T口, 一二號(hào)臂基本臂變幅最大, 空載, 正常操作

圖5　堵T口加阻尼, 一二號(hào)臂基本臂變幅最大,空載, 正常操作

從圖3～圖5的壓力流量曲線圖，結(jié)合表1，可以看出：

(1) 對(duì)比壓力流量曲線圖，不堵T口與堵住T口或者增加阻尼后，馬達(dá)B口流量明顯減小，動(dòng)作比較平穩(wěn)；

(2) 對(duì)比壓力流量曲線圖，不堵T口，伺服閥的壓差由原來(lái)的6 MPa，在堵住T口或者增加阻尼后，壓差減小為3 MPa，而且在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，壓力由波動(dòng)較大逐步減小變得比較平穩(wěn)；

(3) 比左右回轉(zhuǎn)的速度與設(shè)計(jì)值，可以看出回轉(zhuǎn)速度在T口堵住或者系統(tǒng)中C1、C2口加阻尼后，回轉(zhuǎn)速度逐漸減小到合理可控區(qū)間，即回轉(zhuǎn)速度明顯地得到了有效的控制。

3.2　回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的測(cè)試驗(yàn)證

回轉(zhuǎn)平穩(wěn)性考量的是回轉(zhuǎn)過(guò)程的平穩(wěn)性以及回轉(zhuǎn)啟、停時(shí)車輛的平穩(wěn)性[9]，具體測(cè)試是測(cè)量回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的元件(回轉(zhuǎn)馬達(dá))的壓力及壓力波動(dòng)，制動(dòng)器的壓力及壓力波動(dòng)。

同樣地，按照?qǐng)D1所示的液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，設(shè)置變量因子“不堵T口”、“堵T口”、“堵T口+阻尼”，在相同的工況即一、二號(hào)臂變幅最大，空載的情況下，分別測(cè)試，得到其回轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓力沖擊測(cè)試圖，如圖6～圖8所示，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)記錄分析得到壓力沖擊特性表，見表2所示。

圖6　沒(méi)堵T口,一二號(hào)臂基本臂,變幅最大,空載,正常操作

　　　　測(cè)試量變量因子　　　　　回轉(zhuǎn)沖擊左回轉(zhuǎn)沖擊差值/MPa右回轉(zhuǎn)沖擊差值/MPa對(duì)比測(cè)試值不堵T口10．7211．62———堵T口4．366．66沖擊差值減小60%堵T口+阻尼0．514．04沖擊差值減少到原來(lái)的34%，左回轉(zhuǎn)幾乎沒(méi)有沖擊

圖7　堵T口, 一二號(hào)臂基本臂變幅最大, 空載, 正常操作

圖8　堵T口加阻尼, 一二號(hào)臂基本臂變幅最大, 空載, 正常操作

從圖6～圖8的壓力沖擊測(cè)試圖，結(jié)合表2，可以看出：

(1) 對(duì)比回轉(zhuǎn)過(guò)程中的壓力沖擊測(cè)試圖，回轉(zhuǎn)緩沖閥T口堵住或者系統(tǒng)中增加阻尼后，隨著背壓的增大，回轉(zhuǎn)過(guò)程中馬達(dá)及制動(dòng)器壓力曲線較為平穩(wěn)，壓力波動(dòng)逐步變小，回轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)；

(2) 不堵T口由原來(lái)的壓力沖擊107.2/116.2 bar，加堵后減小了60%，壓力沖擊值明顯地減小，在此基礎(chǔ)上增加阻尼，沖擊差值減少到原來(lái)的34%，壓力沖擊進(jìn)一步減小，表明在停止時(shí)，回轉(zhuǎn)動(dòng)作比較平穩(wěn)。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)大型工程機(jī)械車輛液壓回轉(zhuǎn)的速度過(guò)快、不易控制及停轉(zhuǎn)沖擊等問(wèn)題的分析與研究，改進(jìn)了現(xiàn)有液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，并得出以下結(jié)論：

(1) 將回轉(zhuǎn)緩沖閥T口堵上，增加了背壓，提高了比例伺服閥的控制性能，起到了回流過(guò)程中節(jié)流的作用，有效地降低了回轉(zhuǎn)速度，提高了操作穩(wěn)定性；

(2) 在回轉(zhuǎn)緩沖閥T口堵上的基礎(chǔ)上，緩沖閥C1、C2口各增加一個(gè)長(zhǎng)3 mm、孔徑為2 mm的阻尼，減小了壓力沖擊，增加了控制范圍，提高了抗干擾能力。

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