大型工程機械車輛液壓回轉運動分析與研究

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(徐州重型機械有限公司 技術中心， 江蘇 徐州　221000)

引言

隨著起重機、消防車等工程機械車輛向著大型化方向發展，人們對其可靠性能也提出了更嚴格的要求[1-3]。回轉是車輛工作過程中最頻繁動作之一，對車輛的工作效率、操控性能有重大影響[4]。大型車輛回轉加減速過程的平穩性問題由來已久，在制動、換向的過程中，產生了嚴重的液壓沖擊，液壓沖擊產生的瞬時峰值壓力比正常壓力高幾倍，引起管路和車輛的振動和噪聲，縮短了回轉液壓元件的壽命，嚴重影響了操作者的舒適性，甚至安全感[5，6]。

大型工程車輛回轉動作大都采用液壓驅動，雖然在回轉的液壓系統上采用了平衡閥用于改善制動、換向性能的平穩性，但改善效果仍然存在著一定的局限性[7]。在實際的回轉過程中，尤其是大型工程機械車輛，存在著回轉速度過快、不易控制，回轉停止慣性沖擊大、停轉不平穩的難題。

因此，本研究在分析液壓回轉系統原理的基礎上，相應地改進液壓回轉系統原理，以獲得良好回轉性能。

1　現狀問題分析

如圖1所示，通過調研大型起重機、消防車等工程機械車輛的實際作業狀況，發現在回轉動作中主要存在以下共性難題：

圖1　液壓回轉系統原理圖

(1) 回轉速度過快，不易控制；

(2) 回轉動作停止時慣性沖擊大，停止動作不平穩。

原因分析：由于大型工程機械車輛自身結構重量龐大，且回轉系統背壓較小，流量較大，沒有節流，導致控制回轉動作的速度及平穩性存在一定困難。

2　液壓回轉系統的原理改進

在研究現有的“不堵T口”的回轉系統(如圖1a)的基礎上，可以堵住回轉緩沖閥的T口或者增加阻尼，得到改進后的原理圖如圖1b、如圖1c所示。

由此可知：

(1) 堵上回轉緩沖閥T口，使其不連接泄油口，背壓增加，比例伺服閥壓差減小，促使流量減小，起到了回流節流作用，一定程度上減輕了壓力沖擊差，提高了控制范圍，增強了抗干擾能力，進而控制了回轉速度；

(2) 在堵住T口的基礎上，緩沖閥C1、C2口各增加一個長3 mm，孔徑2 mm的阻尼節流孔，對馬達回轉起到了節流作用，進一步增加了背壓，減小了伺服閥壓差，減小沖擊流量，進而減小壓力沖擊使馬達更加平穩的啟停或制動。

3　回轉速度及平穩性的驗證

根據以上分析，改進現有液壓回轉系統，然后通過測試一臺大型消防車，如圖2所示，對比驗證回轉系統改進前、后的運動效果。

1.被測車輛　2.壓力傳感器　3.流量傳感器　4.回轉緩沖閥5.液壓馬達　6.數據采集儀圖2　大型消防車回轉性能測試圖

3.1　回轉速度的測試驗證

回轉速度具體指回轉動作的運動快慢，由回轉系統的元件包括回轉馬達、伺服閥的壓力流量等決定[8]。故回轉速度的測試包括測量車輛回轉動作的具體速度，測量回轉系統元件(回轉馬達及伺服閥)的壓力及流量曲線。

按照圖1所示的液壓回轉系統，設置變量因子“不堵T口”、“堵T口”、“堵T口+阻尼”，分別在相同的工況，即在一、二號臂變幅最大，空載的情況下，進行回轉測試，得到其回轉馬達及伺服閥的壓力流量曲線圖，如圖3～圖5所示， 經過數據記錄分析得到回轉速度特性表，見表1所示。

表1　回轉過程的速度特性表

圖3　沒堵T口,一二號臂基本臂,變幅最大,空載,正常操作

圖4　堵T口, 一二號臂基本臂變幅最大, 空載, 正常操作

圖5　堵T口加阻尼, 一二號臂基本臂變幅最大,空載, 正常操作

從圖3～圖5的壓力流量曲線圖，結合表1，可以看出：

(1) 對比壓力流量曲線圖，不堵T口與堵住T口或者增加阻尼后，馬達B口流量明顯減小，動作比較平穩；

(2) 對比壓力流量曲線圖，不堵T口，伺服閥的壓差由原來的6 MPa，在堵住T口或者增加阻尼后，壓差減小為3 MPa，而且在回轉過程中，壓力由波動較大逐步減小變得比較平穩；

(3) 比左右回轉的速度與設計值，可以看出回轉速度在T口堵住或者系統中C1、C2口加阻尼后，回轉速度逐漸減小到合理可控區間，即回轉速度明顯地得到了有效的控制。

3.2　回轉平穩性的測試驗證

回轉平穩性考量的是回轉過程的平穩性以及回轉啟、停時車輛的平穩性[9]，具體測試是測量回轉系統中的元件(回轉馬達)的壓力及壓力波動，制動器的壓力及壓力波動。

同樣地，按照圖1所示的液壓回轉系統，設置變量因子“不堵T口”、“堵T口”、“堵T口+阻尼”，在相同的工況即一、二號臂變幅最大，空載的情況下，分別測試，得到其回轉過程中的壓力沖擊測試圖，如圖6～圖8所示，經過數據記錄分析得到壓力沖擊特性表，見表2所示。

圖6　沒堵T口,一二號臂基本臂,變幅最大,空載,正常操作

　　　　測試量變量因子　　　　　回轉沖擊左回轉沖擊差值/MPa右回轉沖擊差值/MPa對比測試值不堵T口10．7211．62———堵T口4．366．66沖擊差值減小60%堵T口+阻尼0．514．04沖擊差值減少到原來的34%，左回轉幾乎沒有沖擊

圖7　堵T口, 一二號臂基本臂變幅最大, 空載, 正常操作

圖8　堵T口加阻尼, 一二號臂基本臂變幅最大, 空載, 正常操作

從圖6～圖8的壓力沖擊測試圖，結合表2，可以看出：

(1) 對比回轉過程中的壓力沖擊測試圖，回轉緩沖閥T口堵住或者系統中增加阻尼后，隨著背壓的增大，回轉過程中馬達及制動器壓力曲線較為平穩，壓力波動逐步變小，回轉比較平穩；

(2) 不堵T口由原來的壓力沖擊107.2/116.2 bar，加堵后減小了60%，壓力沖擊值明顯地減小，在此基礎上增加阻尼，沖擊差值減少到原來的34%，壓力沖擊進一步減小，表明在停止時，回轉動作比較平穩。

4　結論

通過對大型工程機械車輛液壓回轉的速度過快、不易控制及停轉沖擊等問題的分析與研究，改進了現有液壓回轉系統，并得出以下結論：

(1) 將回轉緩沖閥T口堵上，增加了背壓，提高了比例伺服閥的控制性能，起到了回流過程中節流的作用，有效地降低了回轉速度，提高了操作穩定性；

(2) 在回轉緩沖閥T口堵上的基礎上，緩沖閥C1、C2口各增加一個長3 mm、孔徑為2 mm的阻尼，減小了壓力沖擊，增加了控制范圍，提高了抗干擾能力。

參考文獻：

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