小型履帶式挖掘機液壓系統(tǒng)的研究

張 晨,謝 廣（山重建機有限公司,山東 臨沂 276000）

?

小型履帶式挖掘機液壓系統(tǒng)的研究

張 晨,謝 廣
（山重建機有限公司,山東 臨沂 276000）

摘 要：履帶式液壓挖掘機是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經過預松后的土壤和巖石。在現(xiàn)如今的水利建設工程中，工業(yè)建設工程中、城鎮(zhèn)建設中小型履帶式挖掘機的使用還是非常廣泛的。隨著我國工程技術的快速發(fā)展，小型履帶式液壓挖掘機在使用數(shù)量和產品品質方面都有明顯的改觀。但是就液壓系統(tǒng)而言，小型挖掘機在這方面的技術還不是很成熟，小型履帶式挖掘機的液壓系統(tǒng)還有待進一步的研究。

關鍵詞：小型；履帶式挖掘機；液壓系統(tǒng)

0 引言

工業(yè)革命促進了工業(yè)技術的發(fā)展和進步，隨著近現(xiàn)代全新的技術和工藝的出現(xiàn)，挖掘機也在不斷的進行改進，無論是材料上還是生產工藝方面都取得了很大的進步。從蒸汽驅動的單斗挖掘機的出現(xiàn)到上個世紀九十年代電子智能化控制的挖掘機的使用，挖掘機的經歷了五個階段、一百多年的發(fā)展歷程。目前，小型履帶式挖掘機的出現(xiàn)，在不同領域的建筑中都發(fā)揮了重要的作用。

1 液壓系統(tǒng)的類型研究。

按照液壓泵的具體情況可以將液壓系統(tǒng)分為定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)。

1.1 定量系統(tǒng)

定量系統(tǒng)是小型挖掘機最早使用的系統(tǒng)類型。定量系統(tǒng)所采用的定量泵的排量恒定不變，流量隨著液壓泵輸入的轉速變化而變化。定量系統(tǒng)的構成沒有那么復雜，所選用的齒輪泵的價格也不高，比較經濟實用，所以現(xiàn)在一些小型農用的挖掘機還在繼續(xù)使用，我們就其中的兩種定量系統(tǒng)進行簡單的分析。（1）單泵定量系統(tǒng)。定量系統(tǒng)的液壓泵功率的大小要與系統(tǒng)本身能承載的最大外負荷對應的工作速度相適合，這是因為定量泵的流量是恒定不變的，它的輸出與油泵的出口壓力成正比。在一般的情況下，挖掘機碰上最大外負的可能性很小，如果在工作過程中所承載的最大外負荷的平均值不超過六十個百分點，這樣就會造成功率的資源浪費；（2）雙泵定量系統(tǒng)。由兩臺定量液壓泵構成的液壓系統(tǒng)我們把它定義為雙泵定量系統(tǒng)。包括雙泵單回路液壓系統(tǒng)和雙泵雙回路液壓系統(tǒng)。

雙泵單回路定量系統(tǒng)是由兩臺定量泵進行工作的，其中一臺的設定壓力比另一臺的設定壓力要高一些。如果所承載的外負荷不是很大的時候，兩臺泵是同時工作的，兩臺泵輸出的流量總和就是系統(tǒng)能夠獲得的能量；當外負荷的壓力高于臨界值的時候，壓力低的那個泵就會停止向主油路供油，而由壓力較高的那個泵進行供油，這樣使流量降低，提高液壓系統(tǒng)功率的使用，降低消耗。

由于定量系統(tǒng)的齒輪泵比較低廉，構成簡單，沖擊力強，一般在低負荷的情況下，設備的使用壽命更長，同時定量系統(tǒng)流量和執(zhí)行元件的速度都比較恒定，設備裝置容易控制，方便使用。但是它的定量泵角功率太大，需要功率大的發(fā)動機與之相配，使發(fā)動機的功率利用率降低，嚴重影響生產效率。

1.2 變量系統(tǒng)

定量系統(tǒng)的弊端比較明顯，所以在上個世紀中后期挖掘機上的變量系統(tǒng)開始出現(xiàn)。變量系統(tǒng)能夠隨著負荷的改變而自動調節(jié)液壓泵的排量，現(xiàn)在很多大中型挖掘機都在使用這個系統(tǒng)。變量液壓系統(tǒng)的發(fā)電機功率不是固定的，是根據挖掘機所要承載的平均外負荷和作業(yè)的速度來確定的，目前變量系統(tǒng)的使用比較廣泛。具體包括恒功率變量系統(tǒng)和壓力切斷控制系統(tǒng)。

（1）恒功率變量系統(tǒng)。恒功率變量系統(tǒng)在挖掘機上的使用越來越被各大企業(yè)所看重，主要的原因就是這個系統(tǒng)可以通過自身的調節(jié)保持功率恒定，也就是說其輸出功率主要靠變量泵口的壓力來調節(jié)油泵輸出流量和出口壓力的乘積。正是因為變量泵的排量具備這樣的優(yōu)勢，所以也就能更加充分的利用發(fā)動機的功率，提高挖掘機的性能。

（2）壓力切斷控制系統(tǒng)。壓力切斷控制系統(tǒng)可以避免系統(tǒng)溢流的損失，當主回路的壓力達到或者超過系統(tǒng)的安全設定時，每個系統(tǒng)的液壓流就會自動回流。但在這個時候系統(tǒng)的壓力往往也比較高，會使系統(tǒng)瞬間發(fā)熱，為了解決這些問題，大多數(shù)液壓挖掘機在采用這個系統(tǒng)都是為了能盡可能的降低泵的排出量，盡可能使其接近于零，從而降低系統(tǒng)的損失，降低系統(tǒng)的熱度，減少能量的消耗。

2 液壓系統(tǒng)的控制研究

從世界范圍來看，很多廠商都致力于液壓元件和節(jié)能控制技術的研發(fā)，考慮到挖掘機本身的協(xié)調性和復合動作的要求，很多品牌都開發(fā)了屬于自己的多路閥液壓系統(tǒng)，多種控制手段的使用，使各個元件既能保持動作協(xié)調，還能保證獨立運動。從節(jié)能環(huán)保的角度來看，現(xiàn)在比較多見的節(jié)能控制系統(tǒng)包括節(jié)流控制、負流量控制、正流量控制和負載敏感控制系統(tǒng)。

2.1 節(jié)流控制系統(tǒng)

現(xiàn)在小型履帶式挖掘機使用的基本都是比較簡單的節(jié)流控制系統(tǒng)，屬于中位開式液壓系統(tǒng)，采用三位六通閥，由兩條供油路供油，一條是并聯(lián)供油，一條是直通供油。由于它的調速性能受負荷壓力以及油泵流量的影響比較明顯，所以在操縱、調速和微調上的性能表現(xiàn)較差，如果系統(tǒng)中有執(zhí)行元件與復合動作同時進行時，就會相互干擾，加大操縱的控制難度，所以只運用在經濟型的小型挖掘機上。

2.2 負流量控制系統(tǒng)

它是一種采用變量泵驅動的閥控系統(tǒng)。主泵調節(jié)機構的控制壓力是節(jié)流閥的閥前壓力，所以由節(jié)流閥的閥前壓力來協(xié)調變量泵的排量。節(jié)流閥的先導控制力隨著流量的增大而增大，隨著流量的減少而減小。現(xiàn)在很多國際品牌的挖掘機都推出了使用這個系統(tǒng)的產品。

2.3 正流量控制系統(tǒng)

上個世紀末正流量控制系統(tǒng)開始運用在挖掘機上。該系統(tǒng)直接運用操縱手柄的先導壓力來調節(jié)主泵油液的排量，主泵的排量隨著先導控制力的變化而變化，所以叫做正流量控制系統(tǒng)。由于正流量控制系統(tǒng)對梭閥有一定的要求，給整個系統(tǒng)的控制增加了難度，曾經嚴重影響了該系統(tǒng)的推廣使用。

2.4 負載敏感控制系統(tǒng)

在上個世紀中后期還有一項探索在挖掘機的歷史上值得一提的就是負載敏感控制系統(tǒng)。它的工作原理就是利用負載壓力信號作為進行油量補償?shù)姆答佇盘枺诤艽蟪潭壬咸岣吡送诰驒C的工作效率。到了上個世紀末期，液壓挖掘機已經開始使用節(jié)能控制系統(tǒng)。

3 小結

小型履帶式挖掘機的使用率極高，在挖掘機的系統(tǒng)中，液壓系統(tǒng)的設計和研究是十分重要的，而我國挖掘機的研究開發(fā)比較晚，這就更加的要求我們一定要不斷的加強對液壓系統(tǒng)的了解和研究，這對以后的行業(yè)發(fā)展具有非常大的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]小型挖掘機閉中心液壓系統(tǒng)的分析研究[D].青島大學,2011.

[2]挖掘機液壓系統(tǒng)建模與仿真[J].工程機械,2010(08).

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.183