挖掘机节能液压控制系统分析与应用

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1、万方数据2010年第8期液压与气动69挖掘机节能液压控制系统分析与应用李艳杰1⋯，于安才2。姜继海2Analysisandapplicationofenergy—savinghydrauliccontrolsystemforexcavatorLIYan-jiel”，YUAn．cai2，JIANGJi—hai2(1．沈阳理512大学机械工程学院，辽宁沈阳110159；2．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：深入分析了现代液压挖掘机中三种主流的节能液压系统——负流量控制、正流量控制和负载敏感系统的基本工作原理，重点分析了它们在不同系列挖掘机中的应用；

2、介绍了两种新型挖掘机液压系统的基本原理；分析表明三种典型挖掘节能液压系统都具有一定的节能效果，但工作原理各有不同；新型的挖掘机液压系统虽然还在研发阶段，但具有更好的节能效果及应用前景。关键词：液压挖掘机；负流量控制；正流量控制；负载敏感系统中图分类号：TU621文献标识码：B文章编号：1000-4858(2010)08-0069-060前言液压挖掘机是一种功率比较大的工程机械，但是其能量的总利用率仅为20％左右⋯。受世界能源危机和环境保护的影响，液压挖掘机实现节约能源、降低排放一直是业界努力追求的目标。采用节能技术的液压挖掘机能使动力系统与负载所需功率匹配更好，系统发热

3、减少，燃油消耗降低，从而提高系统设备的可靠性和液压元件的寿命。当前主流挖掘机仍然采用多路阀作为主控阀，这类系统的主要功率损失包括节流损失、回转机构启动和制动过程中的溢流损失、动臂下降过程中的势能损失和节流损失以及发动机和液压系统功率匹配不好而引起的损失等旧J。随着液压节能技术的发展，挖掘机的液压系统从最初20世纪70年代利用操纵手柄的先导压力对液压泵的排量直接控制，发展到20世纪80年代和90年代的负流量控制、正流量控制和负载敏感控制等多种控制方式旧J。混合动力挖掘机H。1和基于二次调节技术M1的新型液压挖掘机系统是挖掘机液压系统新的研究方向，目前有部分成型产品生产，但

4、市场占有率较低。本文重点分析液压挖掘机负流量控制、正流量控制和负载敏感系统的工作原理及其典型应用，对混合动力挖掘机和基于二次调节技术的恒压网络液压挖掘机系统的工作原理进行了简要的分析。1负流量控制1．1工作原理负流量控制是指液压泵的排量随控制压力信号增大而减小，即控制压力与排量成反比。负流量控制可以减少主控制阀在中位时液压泵的流量损失，使液压泵的输出流量按照操作者的操作，按需求提供，避免传统液压挖掘机中的溢流损失和系统发热。其不足在于六通多路阀死区较大、调速范围有限，且受负载影响较大。图1为液压挖掘机负流量控制的基本原理图。在多路换向阀中位回油通道上设置一个节流口，油液

5、通过节流口产生压差，将节流口前压力引至液压泵变量机构来控制液压泵的排量。节流口前后压差由节流阀的特性方程是：，，2△p=Pl=寺(1)』Ⅵ式中：却——回油节流口前后压差(Pa)P，——回油节流口前压力(Pa)q——通过回油节流口的流量(m3／s)收稿日期：2010-02．10基金项目：国家自然科学基金资助项目(50375033)；浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放基金资助项目(GZKF一2008003)作者简介：李艳杰(1969一)，女，博士，教授，硕士研究生导师，主要研究方向：挖掘机液压系统、机器人动力学。万方数据70液压与气动2010年第8期图1液压挖掘机负流

6、量控制原理图K——系数A——回油节流口的通流面积(m2)p。作为控制压力被引到变量液压泵的变量活塞，即P1=pi。当回路中多路换向阀各联阀芯均处于中位时，液压泵的全部流量卸荷，通过节流口的流量q达到最大值，根据式(1)，Ap=卸。。(该值由与节流孔并联的溢流阀的调定)，控制油路的压力Pi提高到最大值Ap。。，使得主泵的排量自动减少到最小。当多路换向阀任意一联处于最大开度时，液压泵输出流量几乎全部进入相应的执行元件，通过节流口的回油量很小(接近于0)，此时，△p=△p。i。一0，控制油路的压力P；一△p。i。，此时主泵的排量自动增加到最大以满足作业速度的需要。当多路换向阀

7、的开度在中位和最大开度之问微动时，变量泵的控制压力Pi在△p。。～△p。i。之间，而液压泵的排量也在最小和最大排量之间变化，且Pi越大，液压泵的排量越小，即液压泵的控制压力与液压泵的排量成反比。1．2典型应用负流量控制本质上是一种恒流量控制，通过在多路阀旁路回油通道上设置流量检测元件，最终达到控制旁路回油流量为一个较小的恒定值，从而减小旁路损失的目的。流量检测的方法有两种，一种是如图1所示的简单的小孔节流。K3V系列主液压泵及KMX系列主阀所组成的系统是典型的负流量控制系统。卜引，已得到广泛的应用。该系统采用的就是小孔节流的流量检测方法，