挖掘機液壓控制系統(tǒng)實驗實訓(xùn)設(shè)備的開發(fā)與研究

徐凱　蘇茜

【摘 要】為了滿足挖掘機液壓控制原理與維修教學(xué)的需要，研究開發(fā)出適合高職高專院校教學(xué)的綜合實驗實訓(xùn)設(shè)備，該設(shè)備將理論教學(xué)與工程實踐緊密結(jié)合，系統(tǒng)地反映了挖掘機液壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和知識要點，適用于多種教學(xué)方法與教學(xué)模式，為培養(yǎng)高技能人才提供良好條件。

【關(guān)鍵詞】挖掘機 實驗設(shè)備 液壓控制系統(tǒng) 拆裝維修

【中圖分類號】 G 【文獻標(biāo)識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）07C-0183-02

一、維修現(xiàn)狀及設(shè)備研制的必要性

挖掘機行業(yè)經(jīng)過爆發(fā)式增長，進入翻新維修時代，現(xiàn)從業(yè)人員多為直接入行或轉(zhuǎn)崗人員，未經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，對故障問題進行簡單的零件更換，不能準(zhǔn)確地判斷和解決問題，給維修行業(yè)的發(fā)展帶來了很大阻礙。因此，急需高技能的維修服務(wù)人才提高整個行業(yè)素質(zhì)。

挖掘機設(shè)備昂貴，真機拆裝維修需要投入大量的資金?，F(xiàn)有模擬教學(xué)設(shè)備極其匱乏，而且該設(shè)備僅將普通的液壓元件組裝起來，進行簡單操作動作上的模擬，沒有從結(jié)構(gòu)和工作原理上去設(shè)計，這類實驗設(shè)備并不適合專業(yè)教學(xué)。為此，急需開發(fā)出一套適用于挖掘機維修教學(xué)的實驗設(shè)備，改善現(xiàn)有的教學(xué)條件，提高維修行業(yè)從業(yè)人員的整體技能水平。

二、實驗設(shè)備的開發(fā)與研究

（一）實驗設(shè)備開發(fā)的基本思路

挖掘機液壓控制系統(tǒng)是工程機械運用與維修專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了液壓與氣動技術(shù)課程的相關(guān)知識，對液壓基礎(chǔ)有一定了解。

本實驗設(shè)備的開發(fā)更強調(diào)挖掘機專用部件的結(jié)構(gòu)原理，液壓系統(tǒng)工作的整體性和系統(tǒng)性，以及對液壓系統(tǒng)故障的綜合診斷及維修。學(xué)生通過使用本實驗設(shè)備學(xué)習(xí)該課程后，能夠看懂挖掘整機液壓原理圖，能夠掌握各專用部件的拆裝和維修方法，能夠根據(jù)現(xiàn)象快速準(zhǔn)確地分析故障，并進行檢測維修。

綜合考慮教學(xué)場所對噪聲、空氣污染的要求，以及場地的適應(yīng)性，本實驗設(shè)備利用電動機代替柴油發(fā)動機實現(xiàn)挖掘機的各功能。

（二）實驗設(shè)備的基本組成

本實驗設(shè)備采用現(xiàn)實工程液壓部件組成，包括了挖掘機的主要液壓和執(zhí)行部件，詳見表1。

表1 挖掘機實驗設(shè)備部件一覽表

根據(jù)挖掘機的工作原理，本實驗設(shè)備設(shè)計的總體框如圖1所示。

圖1 挖掘機實驗設(shè)備總體框圖

（三）實驗設(shè)備的基本功能

合上總電源開關(guān)，通過電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制電動機的轉(zhuǎn)速。將轉(zhuǎn)速調(diào)至800rpm左右，模擬發(fā)動機啟動，調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，可以模擬挖掘機在輕載、標(biāo)準(zhǔn)和重載等模式下工作過程。操作手柄，可實現(xiàn)挖掘機的各動作，各動作定義見表2。

本實驗設(shè)備除可以模擬動作之外，還可以進行挖掘機的工作原理分析和拆裝實訓(xùn)等近20個項目的教學(xué)，例如：雙聯(lián)柱塞泵的工作原理分析、內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆裝、輸出壓力的調(diào)整與檢測，主控閥的工作原理分析、內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆裝、溢流壓力的檢測與調(diào)整，以及行走馬達、先導(dǎo)手柄、液壓缸等液壓部件的檢測與維修。

三、實驗設(shè)備的具體功能

（一）變量柱塞泵工作原理分析教學(xué)

K3V112DT型柱塞泵為雙聯(lián)柱塞泵，其單泵結(jié)構(gòu)分為泵體和調(diào)節(jié)器兩部分，原理圖如圖2所示。柱塞泵由斜盤、伺服活塞、滑靴、柱塞、缸體、配油盤等主要零件組成。當(dāng)傳動軸按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞沿斜盤面自上而下回轉(zhuǎn)，逐漸向缸體外伸出，缸體內(nèi)空腔增大，液壓油經(jīng)配油盤上的配油口進入，完成吸油過程；同理，柱塞沿斜盤自下而上旋轉(zhuǎn)時，逐漸向缸體內(nèi)推入，缸體內(nèi)空腔減小，液壓油從配油盤出油口排出，完成出油過程。缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個柱塞往復(fù)運動一次。改變斜盤角度即可改變泵的排量。斜盤角度的改變是通過調(diào)節(jié)器控制伺服活塞移動實現(xiàn)的。

圖2 雙聯(lián)柱塞泵原理圖

調(diào)節(jié)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，現(xiàn)通過液壓原理圖說明其工作過程。此泵采用負(fù)流量控制方式，Pi1（Pi2）負(fù)反饋信號來自于主控閥中位油路末端的節(jié)流閥之前的壓力點。手柄未進行操作時，前泵液壓油P1經(jīng)主控閥中位油路流回油箱，此時Pi1壓力最大，推動滑閥1向右移動。液壓油P1同時進入伺服活塞1大、小油腔，由于活塞左右端面積不同，伺服活塞向右移動至末端，斜盤擺角減至最小，此時流量最小。操作手柄，主控閥動作，中位油路逐漸被切斷，Pi1減小，滑閥1向左移動，伺服活塞大端油腔接通油箱，在小端油腔的作用下向左移動，斜盤擺角增大，流量增加。

滑閥1的移動還受針閥1的控制。前泵液壓油P1和后泵液壓油P2的共同作用在針閥1上，隨著操作手柄幅度的加大，系統(tǒng)壓力增加，當(dāng)P1和P2的合力大于彈簧力時，滑閥1開始向右移動，伺服活塞1向右移動，流量減小，保證此時壓力、流量和轉(zhuǎn)速的乘積不超過發(fā)動機的功率，又稱恒功率控制。

（二）柱塞泵構(gòu)造及拆裝維修教學(xué)

拆卸方法如下：將柱塞泵置于干凈的操作臺上，用清洗油等去除泵表面的污物。取下泵殼上的油栓蓋，將泵中的液壓油排出。卸下六角螺栓取下調(diào)節(jié)器，松開固定在斜盤支撐板、泵殼、閥體上的六角螺栓。將泵與調(diào)節(jié)器的安裝面向下，水平放在操作臺上，將前泵殼體、閥體、后泵殼體分離。拆卸前泵，從泵殼內(nèi)取出缸體，同時取出活塞、壓板、球面襯套、油缸彈簧。拆下內(nèi)六角螺栓，取下前泵密封蓋。輕輕地敲擊靠泵一側(cè)的斜盤支撐板的發(fā)蘭盤，使泵殼與支撐板分離。從泵殼中取出活塞瓦、斜盤。

用橡膠錘輕輕地敲擊花鍵軸的端面，從斜盤支撐板內(nèi)拔出花鍵軸。從閥體內(nèi)取出配油盤，并注意前后泵配油盤的區(qū)別。還可根據(jù)需要，從泵體中取出擋塊、伺服活塞、傾斜銷，以及閥體內(nèi)的軸承、花鍵連接套。

后泵拆卸方法與前泵方法相同，裝配方法為拆卸方法的逆序。

四、實驗設(shè)備的特點

（一）工程實踐性強

實驗設(shè)備主要針對高職高專挖掘機液壓控制系統(tǒng)課程而設(shè)計，與挖掘機實際應(yīng)用與維修密切相關(guān)，具有很強的工程實踐性。學(xué)生在學(xué)習(xí)和維修過程中，需要進行大量的實踐操作， 從而提高了自身的動手能力和解決實際問題的能力。如雙聯(lián)柱塞泵，首先要熟悉內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析工作原理圖，然后進行拆裝實踐，最后進行故障診斷分析與檢測。

（二）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性強

實驗設(shè)備為電動挖掘機模擬實驗平臺，即用電動機作為動力源，模擬完成挖掘機各功能。系統(tǒng)的液壓部件及電氣元件采用平鋪式結(jié)構(gòu)設(shè)計，將所有部件及管路按功能合理有效地展開，管路走向清晰可見，直觀性很強，避免了直接使用挖掘機教學(xué)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隱蔽、管路錯綜復(fù)雜等缺點。

（三）功能多樣，適用性強

實驗設(shè)備功能多樣，既可以進行實踐操作，模擬挖掘機的各主要動作，又可以進行零部件拆裝授課與實訓(xùn)，分析其工作原理和故障現(xiàn)象。教學(xué)方法靈活多樣，既可以采用理實一體化教學(xué)，又可作為理論教學(xué)的實驗部分。知識層次由淺入深，既可作為低年級的認(rèn)識性教學(xué)，又可作為高年級的故障診斷與分析教學(xué)。

實驗設(shè)備的功能和實用性直接影響教學(xué)效果。本設(shè)備根據(jù)實際工程經(jīng)驗而設(shè)計，能夠系統(tǒng)高效地學(xué)習(xí)挖掘機液控原理、故障診斷及拆裝實踐，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決實際工程問題的能力，同時也為專業(yè)教師進行課程開發(fā)提供了一個良好的實驗平臺。

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【基金項目】2013 年度廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項目（2013YB299）

【作者簡介】徐 凱（1981- ），男，遼寧遼陽人，工學(xué)碩士，廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，工程師，研究方向：工程機械維修。

（責(zé)編 丁 夢）