一種挖掘機阻尼式旋轉工作臺的開發

席建中，韓成春，王小磊

(徐州工程學院信電工程學院，江蘇徐州221111))

一種挖掘機阻尼式旋轉工作臺的開發

席建中，韓成春，王小磊

(徐州工程學院信電工程學院，江蘇徐州221111))

開發一種在核心技術上具有自主知識產權的挖掘機阻尼式旋轉工作臺，通過設計油缸活塞的結構和控制液壓油路增加液體流動的行程，通過液體流動阻尼和壓力降，以此吸收振動能量，達到減振的目的。采用該減振技術將旋轉工作臺停止時的沖擊能通過能量吸收器轉換為熱能，從而降低和消除振動對挖掘機旋轉工作臺的影響，提高挖掘機工作效率。

挖掘機;旋轉工作臺;減振技術;沖擊能量吸收

隨著國民經濟的發展工程機械的需求量增大同時，嚴格要求工程機械的節能減排。針對工程機械的節能減排，各生產廠家投入大量資金和人力完善和攻克工程機械的發動機、液壓系統等部件節能環保。其中以振動方式工作的工程機械，既提高工作效率又節約能源消耗，能夠達到高效節能而得到消費者的高度關注［1－3］，比如振動壓路機、振動釬、破碎機、沖擊鉆床以及作者所在課題組正在研制開發中的“高效節能液控振動挖掘機［4－5］”。但是振動會造成機械零、部件的抗疲勞強度下降，裝配聯接部分松動，同時振動產生的噪聲會造成環境污染。因此在非工作區域之外必須采用減振、消振措施。以液壓挖掘機為例，挖斗裝滿物料后往往需要轉動方向將物料卸除，尤其是往車輛等限定部位卸料時，轉動速度需要人工控制供油量來完成，不僅影響裝卸速度，也會產生沖擊，即轉動時形成的轉動慣量很大，在短時間停止時形成沖擊，將會造成油路系統故障同時也會引起整機振動。目前沒有相關的技術方案來解決沖擊動能的吸收問題，成為了該領域技術人員有待解決的技術問題。

作者設計的挖掘機阻尼式旋轉工作臺是屬于旋轉工作臺減振技術，也是一種吸收振動能量的減振裝置［6］。該減振技術將旋轉工作臺停止時所產生的沖擊能通過能量吸收器［7－9］轉換為熱能，從而消除振動源傳遞給挖掘機旋轉工作臺的振動以及振動危害。

1 基本結構

如圖1所示，挖掘機阻尼式旋轉工作臺是由下車架、內齒圈、回轉支撐、減速齒輪機構、回轉工作臺、回轉馬達、振波吸收器組成，其中振波吸收器固定在回轉工作臺上，其油路與回轉馬達的油路聯通。

圖1 挖掘機阻尼式旋轉工作臺

如圖2所示，振動能量吸收的液壓系統是由第一換向閥、第二換向閥、第一單向閥、第二單向閥、油箱、第一吸收器、第二吸收器、換向閥組成，第一換向閥進液口分別與回轉馬達、第一單向閥用管路聯通，第一換向閥的出液口分別與油箱、第一吸收器的A、B'口用管路聯通，第一換向閥進液口經第一單向閥、第一吸收器的回油口B'以及主油路P聯通;同樣，第二換向閥進液口分別與回轉馬達、第二單向閥用管路聯通，第二換向閥的出液口分別與油箱、第二吸收器的A、B'口用管路聯通，第二換向閥進液口經第二單向閥、第二吸收器的回油口B'以及主油路O聯通。

圖2 旋轉工作臺沖擊能量吸收的液壓系統結構圖

如圖3所示，第一吸收器和第二吸收器是由阻尼殼體、調節滑塊、壓差平衡器、端蓋和預壓調整片組成。其中調整滑塊位于阻尼殼體內腔并與內腔壁密封配合，調整滑塊一側與壓差平衡器一端連接，壓差平衡器另一端與壓蓋連接，壓蓋的中心有回油口B'，壓蓋和阻尼殼體間有預壓調整片。

圖3 吸收器內部結構圖

阻尼殼體中間有內腔，在阻尼殼體的一側有液阻通道，截面中心有振波接收孔，振波接收孔與阻尼殼體中間的內腔相聯通，內腔側壁上有液阻螺旋槽，液阻螺旋槽與液阻通道聯通。調整滑塊為圓柱體，在圓柱體中心有穩流室，該穩流室為一軸向的盲孔，圓柱體側面有壓降通道，壓降通道為徑向孔，該壓降通道與穩流室聯通。壓差平衡器是變力彈簧或記憶彈片。預壓調整片是剛性或彈性墊片。

由于采用了上述結構，當回轉工作臺停止工作時，產生的慣性力使回油壓力劇增，瞬間高壓油通過吸收器時被自整定阻尼，將高壓油攜帶的能量瞬間轉換為熱能，可以實現回轉工作臺瞬間停止，解決了由此產生的振動以及對系統的破壞。

2 工作過程

由圖2，壓力油P經過換向閥下端，經第一單向閥到回轉馬達上端，下端回油經第二換向閥回油箱，馬達轉動工作。當第二換向閥處在上端位置時，換向閥處在中間位置，回轉馬達下端回油，經第二換向閥到第二級吸收器的P1及P1z口將慣性能轉換為熱能，由B'口經換向閥，再經第一單向閥8到回轉馬達上腔。反之，換向閥處在上端，壓力油P經第二單向閥到馬達下端，馬達上端回油經由第一換向閥回油箱，馬達反轉工作。

由圖3，進入吸收器的外界振動壓力信號p1z分為兩路:一路通過阻尼殼體的A孔進入滑塊的S1端，根據S1的有效面積運算出振動力的大小，完成振動信號的接收、計算、測定過程;另一路壓力信號p1z及流量Q1同時進入阻尼殼體的B－C－D－S2腔，壓力由p1z降至p2z，根據S2的有效面積計算出液體流經B到S2全過程共消耗多少能量及抵消到多少振動力，完成振動力消耗的接收、測定、計算過程。通過調整滑塊對S1、S2的比較，其差值與壓差平衡器再平衡處理，最終確定滑塊在這一時刻的最佳位置，達到由液壓阻力完全消除振動力的目的，保護各類系統平穩狀態。自整定前、后振動波形的變化如圖4和圖5所示。

圖4 自整定前振動波形 圖5 自整定后振動波形

圖4為采用現有技術產生的很大的振動波。引起的振動不僅影響挖掘機的工作安全，也影響操作人員的健康。

圖5為采用自整定裝置后振動波形。

由此可知，該裝置利用了能量吸收器將把沖擊能轉換為熱能的特征，有效地降低和消除各種振動對旋轉工作臺的振動影響和危害。

3 結束語

設計了新型能量吸收器及其液壓系統，通過能量吸收器的液體流動阻尼和壓力降，把旋轉工作臺停止時的沖擊能通過能量吸收器轉換為熱能，從而達到工作臺減振、消振的目的，同時提高了挖掘機工作效率。其優點歸納如下:

(1)振動源產生的振動被快速吸收，減少了振動對旋轉工作臺的危害。

(2)減少了對內齒圈的剛性沖擊，提高了使用壽命。

(3)降低了對操作人員技能的要求，提高了工作效率，降低了能量損耗。

【1】殷涌光，李俊明，王國強.二維振動鏟裝的試驗研究［J］.農業機械學報，1994，25(2):18 －23.

【2】朱建新，郭鑫，鄒湘伏，等.巖土振動掘削技術研究現狀及其發展趨勢［J］.工程機械，2006，37(1):33－38.

【3】朱建新.液壓挖掘機振動掘削機理及其過程優化建模與智能控制策略研究［D］.長沙:中南大學，2008.

【4】席建中，韓成春，范慶益.液控振動挖掘機挖力的控制方法及專用伺服閥:中國，ZL201110031041.3［P］.2011 －08－10.

【5】韓成春，范慶益，席建中.H型偏零開口液脈沖控制伺服閥:中國，ZL201120030178.2［P］.2011 －08 －03.

【6】韓成春，席建中.一種挖掘機阻尼式旋轉工作臺:中國，201110232817.8［P］.2011 －08 －05.

【7】韓成春，潘曉博，肖洋，等.自整定式液壓震動波能量吸收裝置:中國，ZL201120142614.5［P］.2011 －11 －09.

【8】席建中，范慶益，韓成春，等.自整定式液壓震動波能量吸收的方法與裝置:中國，201110117133.3［P］.2011 －11－30.

【9】黃為勇，韓成春，席建中，等.一種液壓減震器:中國，ZL201120142624.9［P］.2012 －01 －04.

Development of a Damping Rotary Worktable for Hydraulic Excavator

XIJianzhong，HAN Chengchun，WANG Xiaolei
(Department of Information and Electrical Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou Jiangsu 221111，China)

The excavator damping type rotary worktable with independent intellectual property rights in core technology was developed.By designing the structure of hydraulic cylinder piston and controlling hydraulic oil flow to increase fluid trip，through the liquid flow damping and the pressure drop to absorb vibration energy，the purpose of reducing vibration was achieved.The impact energy when the rotary worktable stopped was converted to heatenergy through the energy absorber by using this damping technology.Thereby influence of vibration on the excavator rotary worktable was reduced and eliminated，and the working efficiency of excavator was improved.

Excavator;Rotary worktable;Damping technology;Impact energy absorption

TH137;TP271

A

1001－3881(2013)2－085－2

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.02.030

2012－01－19

席建中 (1957—)，男，副教授，主要從事計算機應用、機電工程方面的研究。E－mail:xijz@xzit.edu.cn。通信作者:韓成春，E－mail:han_chengchun@163.com。