正流量液压挖掘机动臂回路流量特性分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第182期)机械工程与自动化No．12014年O2月MECHANICALENGlNEERlNG&AUT()MATI()NFeb．文章编号：1672—6413(2014)01—0045—03正流量液压挖掘机动臂回路流量特性分析张永强，刘建，仉志强。，钟家怡。(1．太原重工股份有限公司。山西太原030024；2．太原科技大学机械工程学院，山西太原030024；3．柳工机械工程股份有限公司，广西柳州545007)摘要：针对液压挖掘机动臂在下降过程中重力势能利用率低的问题，对挖掘机动臂机构和液压系

2、统进行了理论分析．分别建立了液压挖掘机动臂在下降过程中的机构运动学模型和液压回路的数学模型。采用AMESim软件建立了动臂机构运动与液压回路的仿真模型，分析主泵一多路闭一负载的正流量控制参数。并通过遗传算法优化节流阎通径，得出两组节流阀通径最优值。关键词：正流量；液压挖掘机；节能；流量特性；动臂中图分类号：TU621：TP391．7文献标识码：A0引言z一√+珞)一2z舯z舯cos．(2)正流量液压挖掘机液压系统的流量供应能够跟随(3)工装机构、动臂整体运动的动态平衡方程为：负载所需流量进行实时变化，实现系统流量的实时匹Fe1一J+G

3、e2．(3)配。但是挖掘机动臂在下降过程中存在着很大的重力其中：F为动臂缸的作用力；J为工装与动臂整体的转势能，而且挖掘机在工作过程中动臂需要频繁地制动动惯量；G为工装自重；为工装机构产生的力臂。和举升，这部分势能如果能够回收再利用，将在很大程(4)工装机构产生的力臂：度上提高挖掘机的能量利用率，提高系统的工作效率。一ZsinO,．(4)因此，本文对22t正流量液压挖掘机动臂下降过程的机构运动与动臂液压回路进行理论分析，并进行建模仿真分析，优化系统参数。I动臂下降过程的机构运动学模型动臂下降动作采用常用测试方法中规定的动作：斗杆油缸和

4、铲斗油缸缩回到末端，保持斗杆和铲斗固定不动，在工装机构自重和双动臂油缸液压力的共同图1动臂机构图作用下，整个工装机构自上而下运动至水平地面，完成2动臂回路液压系统动态模型动臂下降动作。图2为挖掘机动臂液压回路图。它主要由主泵、动臂下降动作主要是在牵引力矩和阻力矩的共同动臂多路阀和动臂油缸组成，采用了流量再生回路，由作用下完成的。牵引力矩主要是由动臂油缸有杆腔的节流阀1、2和单向阀等组成动臂流量再生回路。所谓液压力和工装机构自重共同作用产生的转动力矩，该流量再生就是在动臂下降工况下，利用负载自身重力转动力矩不仅受到动臂油缸有杆腔液压力和

5、工装机构产生的液压力将油液从高压腔输送到低压腔内，使系本身自重的影响，而且还受到工装机构自身几何参数统所需主泵流量最小。的影响。阻力矩主要是由动臂油缸活塞与缸筒内壁产根据斗杆结构布置情况，单向阀阀芯通径初选为生的摩擦力和其他摩擦力共同作用产生的。18mm。按照功率键合图原理，建立动臂回路的数学图1为动臂机构图，根据工装机构的几何关系和模型。力矩平衡原理建立如下数学模型。(1)动臂油缸有杆腔的连续性方程为：(I)动臂油缸的力臂：Qp+Q~一A1警一u‘r'．(5)e1一ZmZ)sin0／Z．(1)e(2)动臂油缸的总长度：其中：Q为进油

6、流量；Q为经过节流阀2的液压油流收稿日期：2013-07—15；修回日期：2013—07—25作者简介；张永强(1984一)，男，f1．J蹿介休人，助理__1：程师，本科，研究方向：液压挖掘机。学兔兔www.xuetutu.com·46·机械工程与自动化2014年第l期量；P为液压缸有杆腔压力；A为液压缸有杆腔面的有杆腔内，产生驱动力。在动臂油缸驱动力和工装积；为液压缸位移；V为液压缸有杆腔有效容积；自重的共同作用下动臂开始加速下降。此时由于动臂为有效体积弹性模量。油缸驱动力产生的加速度要远大于工装本身的重力加速度，因此从图4(a)中

7、曲线可以看出有杆腔压力大于无杆腔压力，从图4(b)中曲线可以看出再生回路内没有回收流量。2图2动臂液压回路图(2)动臂油缸活塞杆的运动微分方程为：(PlAl—P2A2)一0+Ge2．(6)其中：P。为液压缸无杆腔压力；A：为液压缸无杆腔面积。(3)动臂油缸无杆腔的连续性方程为：图3动臂下降的机构运动与液压回路仿真图Az警一瓷一．(7)表l动臂下降系统参数表参数数值其中：。为液压缸无杆腔有效容积；为经过节流阀G(t)5．O1的液压油流量。IAO(m)2．8(4)节流阀l的流量方程为：lco(m)4．6厂■————一￡D(m)1．OQ。一

8、CA3^／普(P2一P。)．(8)，AB(m)】．1～1．2其中：C为流量系数，一般取0．61；A为节流阀1阀芯下降时间(s)Z．7面积；p为液压油密度；P为节流阀1进口压力。单向阀通径(mm)l8(5)节流阀2的流量方