LUDV系統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及意義

王 剛　李 暉

山重建機(jī)有限公司研究院

LUDV系統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及意義

王 剛李 暉

山重建機(jī)有限公司研究院

液壓挖掘機(jī)在諸多的工程基建等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，是一種非常重要具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的工程機(jī)械。液壓系統(tǒng)是整機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，也是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，更是挖掘機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量重要保證。

液壓系統(tǒng)；挖掘機(jī)；LUDV系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

前言

液壓挖掘機(jī)有著質(zhì)量高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其在建設(shè)施工中有著廣泛的應(yīng)用，挖掘機(jī)的主要工作就是挖掘土壤，其挖掘任務(wù)由工作裝置來完成，挖掘機(jī)一般在戶外工作，因此經(jīng)常面臨復(fù)雜的工作環(huán)境，這就對(duì)其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

1　液壓挖掘機(jī)概述

1.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

挖掘機(jī)主要?jiǎng)幼靼ǎ簞?dòng)臂升降、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、鏟斗裝卸、斗桿收放、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作，除去輔助動(dòng)作（例如整機(jī)轉(zhuǎn)向等）挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼鞫家紤]全功率驅(qū)動(dòng)，主要?jiǎng)幼鳎簞?dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗卸載、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走。按照功能的不同可將挖掘機(jī)整機(jī)的液壓系統(tǒng)劃分為三個(gè)部分，分別是：工作裝置、回轉(zhuǎn)和行走等三大液壓系統(tǒng)，挖掘機(jī)主液壓系統(tǒng)的基本組成，如圖1所示。

圖1　挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)示意圖

在挖掘作業(yè)中，挖機(jī)的外部阻力主要來自挖掘阻力，對(duì)其在切向和法向進(jìn)行分解，分別寫作F1、F2。前者與齒尖垂直，后者則與齒尖相切，可寫作：

F1=k0bh（1）

F2=ψF1（2）

式中：k0—挖掘比阻力，Ⅲ級(jí)土壤的挖掘比阻力為19.5N/cm2；b—斗寬，cm；h—挖掘深度，一般情況下h=（0.1～0.3）b，cm；ψ—

挖掘阻力系數(shù)，Ⅲ級(jí)土壤挖掘阻力系數(shù)為0.42。

1.2液壓挖掘機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)

（1）鏟斗挖掘。采用鏟斗液壓缸進(jìn)行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產(chǎn)率，因此，在一般土方工程挖掘中（III級(jí)土-下土壤的挖掘）鏟斗挖掘最常用。（2）斗桿挖掘。在較堅(jiān)硬的土質(zhì)條件下工作時(shí)，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機(jī)在實(shí)際工作中常以斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘。（3）聯(lián)合挖掘工況：由鏟斗、斗桿液壓缸復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行挖掘的工況，必要時(shí)還需配以動(dòng)臂液壓缸的動(dòng)作。主要用于需要軌跡控制的情況。

1.3液壓挖掘機(jī)作業(yè)的要求

由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象和工作條件變化較大，其要求主要體現(xiàn)在：（1）實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化；（2）為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼鳎┩瑫r(shí)進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。

2　LUDV液壓系統(tǒng)

傳統(tǒng)普通負(fù)荷傳感系統(tǒng)為保證整機(jī)正常工作，輸出泵壓力僅與負(fù)荷最高壓力值相適應(yīng)，即僅在最高負(fù)荷回路才發(fā)揮作用，其他情況下僅通過壓力補(bǔ)償控制來保持閥出口處壓力差為恒定值。若閥口完全張開，系統(tǒng)所需流量超出泵能力限值時(shí)，系統(tǒng)失去動(dòng)作能力。LUDV液壓系統(tǒng)是一種新型負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)，很好解決上述問題。壓力補(bǔ)償閥是一個(gè)定壓差的減壓閥，與節(jié)流閥構(gòu)成調(diào)速閥，由液體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)伯努利流量方程可知：

式中：Q—流量，m3/s；Cq—流量系數(shù)；AT—多路閥開口面積，m2；ΔP—多路閥進(jìn)出油口壓差，Pa；ρ—液體密度，kg/m3。

由于液體密度和流量系數(shù)一般為定值，由式（1）可知，流過節(jié)流閥流量與進(jìn)出口兩端壓差ΔP和開口面積AT有關(guān)。由于普通系統(tǒng)閥前補(bǔ)償不具有使各節(jié)流閥兩端壓差ΔP相等的能力，故經(jīng)過節(jié)流口流量同時(shí)受開口面積和負(fù)載壓力影響，故當(dāng)系統(tǒng)所要求流量值超出液壓泵所能提供限值時(shí)，其會(huì)優(yōu)先選擇負(fù)載要求低執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而高負(fù)載回路上執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作速度就會(huì)降低，使動(dòng)作變得不協(xié)調(diào)。系統(tǒng)壓力補(bǔ)償閥是閥后補(bǔ)償；系統(tǒng)最高負(fù)荷壓力限制既影響液壓泵變量控制裝置，同時(shí)還對(duì)壓力補(bǔ)償閥端口產(chǎn)生反饋影響；普通系統(tǒng)壓力補(bǔ)償閥采用定壓差減壓，而LUDV系統(tǒng)則基于比例溢流閥進(jìn)行控制。通過調(diào)整，使系統(tǒng)能實(shí)時(shí)依據(jù)負(fù)載變化調(diào)整流量，節(jié)約能量；基于比例溢流閥，使可操控性更優(yōu)越，降低操作強(qiáng)度。

3　液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

液壓挖掘機(jī)中有著十分復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)在工作的過程中需要經(jīng)常性的制動(dòng)、啟動(dòng)，使得其外負(fù)載出現(xiàn)變化較大，受到的沖擊較大，且振動(dòng)增多，液壓挖掘機(jī)的工作條件相對(duì)復(fù)雜，這就對(duì)液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求，而液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是要把握液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

3.1動(dòng)力性要求

動(dòng)力性要求指的是在發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生過載現(xiàn)象的基礎(chǔ)上盡量充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的功率作用，以此來提升挖掘機(jī)的生產(chǎn)效率。液壓挖掘機(jī)的外負(fù)載變化較大，這就對(duì)挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的匹配性提出了較高的要求，如果外負(fù)載較小，則應(yīng)當(dāng)提升油泵的輸出流量以此來提升挖掘機(jī)相關(guān)元件的運(yùn)動(dòng)速度，從而提升生產(chǎn)效率，在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，可以采用合流設(shè)計(jì)方式來提升挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。

3.2操作性要求

（1）調(diào)速要求：隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代挖掘機(jī)中對(duì)于速度的調(diào)節(jié)控制性能要求較高，這種性能要求對(duì)于保證挖掘機(jī)執(zhí)行元件的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要，挖掘機(jī)工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，工作工程中外荷載及阻力變化較大，這就要求液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的調(diào)速性能要良好；（2）復(fù)合操縱性要求：挖掘機(jī)作業(yè)過程中會(huì)出現(xiàn)多種作業(yè)動(dòng)作，動(dòng)作執(zhí)行配合相對(duì)復(fù)雜，這就對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了復(fù)合操縱性能的要求，當(dāng)多元件共同動(dòng)作時(shí)，要保證元件之間互不干涉，獨(dú)立動(dòng)作。

3.3節(jié)能性要求

挖掘機(jī)工作時(shí)間較長，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能對(duì)于保證挖掘機(jī)的工作效率有著重要的作用，在進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)積極采用各種節(jié)能措施。在進(jìn)行挖掘機(jī)相關(guān)執(zhí)行元件的速度條件控制的過程中，液壓系統(tǒng)需要的流量比油泵輸出流量大，會(huì)導(dǎo)致流量損耗，因此在進(jìn)行液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，要求盡量減小此部分流量的損耗。

3.4安全性要求

一般來說，挖掘機(jī)的工作環(huán)境相對(duì)惡劣，這就導(dǎo)致挖掘機(jī)荷載變化較大，沖擊振動(dòng)較大，對(duì)挖掘機(jī)的安全性能要求較高，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)有過載保護(hù)設(shè)計(jì)，以此來避免荷載變化沖擊對(duì)液壓作用元件的損害，保證挖掘機(jī)的安全性。

4　結(jié)束語

總而言之，液壓挖掘機(jī)在各個(gè)建設(shè)領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用，在液壓挖掘機(jī)工作總中，復(fù)雜的工作條件又對(duì)液壓系統(tǒng)提出了較高的要求，由此可見，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。

［1］姜英.挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析［D］.江西理工大學(xué)，2011.

［2］孫慧.WY2-200液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2013，14:72-74.