一種改善挖掘機平地性能的方法

李志輝+韋磊+石子貢+李健

【摘 要】市場反饋挖掘機需要具備良好的平地功能，尤其對細沙子進行平地作業(yè)，要求地面平整，且操作簡單、可控。國內大型挖掘機常用于石方裝載工況而忽略平地性能，因此當需要進行平地作業(yè)時，機器無法滿足客戶需求。平地作業(yè)是一個復合動作過程，斗桿往回收的同時，動臂需要微調，才能保證斗尖在一個平面內運動。針對此特殊工況，進行了大量的調查分析，設計了多種結構的主控閥閥芯，并且合理分配流量，使兩個動作之間協(xié)調配合，以便更好地完成平地作業(yè)。

【Abstract】 According to the market feedback， the excavator needs have good leveling performance， especially for fine sand ground operations， it requires the ground is leveling， mechanical operation is simple and controllable. The leveling performance of domestic large excavator is ignored due to the common application on rock loading conditions， so when a leveling job is needed，the machine can not meet the needs of customers. Leveling work is a complex process， and when the dipper is being recovered， the moving arm needs fine-tuning to ensure that the tip of the dipper moves in a plane. In this special case， a lot of investigation and analysis were carried out. The main control valve spool of various structures was designed， and the flow was rationally allocated， so that the coordination between the two actions was completed， and the ground operation was completed.

【關鍵詞】液壓系統(tǒng)；平地性能；閥芯；動臂 ；斗桿；測試

【Keywords】hydraulic system； leveling performance； spool； boom；dipper；test

【中圖分類號】U415.51+1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0152-02

1 引言

挖掘機平地作業(yè)如圖1所示，主泵①為竄聯(lián)柱塞泵，為系統(tǒng)提供流量。主閥②有四根閥芯，根據(jù)先導控制信號③對流量進行換向及分配，為動臂油缸④斗桿油缸⑥輸出不同的流量。動臂油缸、斗桿油缸根據(jù)不同的流量按不同的速度和方向運動，使動臂⑤上升或下降，使斗桿⑦收回或打開。

斗桿⑦收回時，斗桿繞支點O做圓弧向下運動，因此動臂⑤需要同步上升，才能保證斗尖在一個平面上運動。當斗桿運動到垂直位置時，斗桿繞支點做圓弧向上運動，此時動臂需要同步下降。斗桿與動臂同時動作的過程中，兩個動作需要互相配合，才能保證平地效果。

大型挖掘機多數(shù)為負流量控制系統(tǒng)，原理如圖1所示，前泵P1分別為動臂1和斗桿2兩根閥芯供油，后泵P2分別為動臂2和斗桿1兩根閥芯供油。在先導壓力油作用下，四根閥芯開口不一樣，四根閥芯輸出的流量不同，進而實現(xiàn)動臂和斗桿復合動作。但是P1泵給動臂1和斗桿2分配流量時，兩個閥芯輸出的流量會受到閥芯開口的影響，當提供給動臂1流量多時，供給斗桿2的流量必然減少，因此當其中一個動作速度變快時，另一個動作就會變慢。同理，P2泵分別給動臂2和斗桿1分配流量時也是一樣。因此，該系統(tǒng)挖掘機的動臂和斗桿之間協(xié)調性能差，平地效果較差，前端斗桿速度快，造成動臂提升慢，前端出現(xiàn)凹坑。接著降低斗桿速度，又造成動臂提升快，形成抬頭趨勢，幾乎無法平地。

2 挖掘機平地性能改善方法

2.1 平地作業(yè)時油缸位移等參數(shù)

當挖掘機做平地作業(yè)時，斗尖在一個水平平面上運動，斗桿油缸伸出，動臂油缸先伸出后收縮。動臂油缸速度較慢，平地開始時稍微上升，到了垂直位置后動臂稍微下降。斗桿油缸伸出前段速度較快，后段速度較慢，兩個油缸的速度都不是一個固定值，在平地作業(yè)過程中一直變化，因此對于液壓系統(tǒng)而言，控制較為復雜，需要很好的控制先導壓力，使動臂油缸、斗桿油缸的移動速度符合要求，才能得到良好的平地效果。

2.2 平地性能改善方法

為了達到最佳的控制效果，應該使用分泵控制，即P1泵僅給動臂1供油，P2泵僅給斗桿1供油，從而使復合動作過程中，動臂的速度和斗桿的速度互不干擾。如圖2所示，更改斗桿邏輯閥，斗桿邏輯閥下位工作時，限制P1泵供給斗桿2的流量，使P1泵單獨給動臂1供油。如紅色線條所示，P1泵只給動臂大腔供油。同時，更改動臂1閥芯開口，使液壓油平緩通過動臂1閥芯，在單泵大流量供油下控制更可靠。 更改動臂2閥芯開口，動臂上升負載大而斗桿收回負載輕，負載不同的情況下優(yōu)先給低負載供油，因此P2泵僅給斗桿1供油，如橙色線條所示。同時，更改斗桿1閥芯開口，使液壓油平緩通過斗桿1閥芯，在單泵大流量供油下控制更可靠。

通過以上分析，分別改善斗桿邏輯閥、動臂1閥芯、動臂2閥芯、斗桿1閥芯、斗桿2閥芯，前泵P1給動臂大腔供油，后泵P2給斗桿大腔供油，分泵控制，使動臂提升和斗桿回收兩個動作互不干擾。通過控制先導壓力信號，改變動臂1閥芯的流量、斗桿1閥芯的流量，即可有效控制動臂油缸、斗桿油缸的速度，實現(xiàn)最佳控制效果。

2.3 測試驗證

2.3.1 測試采集數(shù)據(jù)

鏟斗齒尖焊接平板，并在沙坑處做平地操作。采集動臂、斗桿先導壓力，采集動臂油缸位移及斗桿油缸位移。

2.3.2 測試結果

①實際平地效果比較好，機手認為先導控制協(xié)調性能可以接受。

②斗尖軌跡基本上是一條直線，不再出現(xiàn)抬頭或凹坑的現(xiàn)象。

③客戶試機體驗后，基本認可改善結果，認為可以對細沙進行平地操作。

3 結語

對主閥閥芯進行更改，利用分泵控制，給兩個油缸合理分配流量，可以實現(xiàn)較好的平地操作，滿足客戶需求。

【參考文獻】

【1】路甬祥.液壓氣動技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

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