LUDV系統挖掘機液壓系統設計要點及意義

王 剛　李 暉

山重建機有限公司研究院

LUDV系統挖掘機液壓系統設計要點及意義

王 剛李 暉

山重建機有限公司研究院

液壓挖掘機在諸多的工程基建等領域發揮著重要的作用，是一種非常重要具有廣泛應用價值的工程機械。液壓系統是整機設計的難點，也是設計重點，更是挖掘機產品質量重要保證。

液壓系統；挖掘機；LUDV系統；設計

前言

液壓挖掘機有著質量高、效率高等優點，其在建設施工中有著廣泛的應用，挖掘機的主要工作就是挖掘土壤，其挖掘任務由工作裝置來完成，挖掘機一般在戶外工作，因此經常面臨復雜的工作環境，這就對其液壓系統的設計提出了更高的要求。

1　液壓挖掘機概述

1.1挖掘機液壓系統結構組成

挖掘機主要動作包括：動臂升降、轉臺回轉、鏟斗裝卸、斗桿收放、整機行走以及其它輔助動作，除去輔助動作（例如整機轉向等）挖掘機的主要動作都要考慮全功率驅動，主要動作：動臂升降、斗桿收放、鏟斗卸載、轉臺回轉、整機行走。按照功能的不同可將挖掘機整機的液壓系統劃分為三個部分，分別是：工作裝置、回轉和行走等三大液壓系統，挖掘機主液壓系統的基本組成，如圖1所示。

圖1　挖掘機液壓系統示意圖

在挖掘作業中，挖機的外部阻力主要來自挖掘阻力，對其在切向和法向進行分解，分別寫作F1、F2。前者與齒尖垂直，后者則與齒尖相切，可寫作：

F1=k0bh（1）

F2=ψF1（2）

式中：k0—挖掘比阻力，Ⅲ級土壤的挖掘比阻力為19.5N/cm2；b—斗寬，cm；h—挖掘深度，一般情況下h=（0.1～0.3）b，cm；ψ—

挖掘阻力系數，Ⅲ級土壤挖掘阻力系數為0.42。

1.2液壓挖掘機的作業特點

（1）鏟斗挖掘。采用鏟斗液壓缸進行挖掘常用于清除障礙，挖掘較松軟的土壤以提高生產率，因此，在一般土方工程挖掘中（III級土-下土壤的挖掘）鏟斗挖掘最常用。（2）斗桿挖掘。在較堅硬的土質條件下工作時，為了能夠裝滿鏟斗，中小型液壓挖掘機在實際工作中常以斗桿液壓缸進行挖掘。（3）聯合挖掘工況：由鏟斗、斗桿液壓缸復合動作進行挖掘的工況，必要時還需配以動臂液壓缸的動作。主要用于需要軌跡控制的情況。

1.3液壓挖掘機作業的要求

由于液壓挖掘機的作業對象和工作條件變化較大，其要求主要體現在：（1）實現各種主要動作時，阻力與作業速度隨時變化，因此，要求液壓缸和液壓馬達的壓力和流量也能相應變化；（2）為了充分利用發動機功率和縮短作業循環時間，工作過程中往往要求有兩個主要動作）同時進行復合動作。

2　LUDV液壓系統

傳統普通負荷傳感系統為保證整機正常工作，輸出泵壓力僅與負荷最高壓力值相適應，即僅在最高負荷回路才發揮作用，其他情況下僅通過壓力補償控制來保持閥出口處壓力差為恒定值。若閥口完全張開，系統所需流量超出泵能力限值時，系統失去動作能力。LUDV液壓系統是一種新型負載敏感液壓系統，很好解決上述問題。壓力補償閥是一個定壓差的減壓閥，與節流閥構成調速閥，由液體流經節流孔時伯努利流量方程可知：

式中：Q—流量，m3/s；Cq—流量系數；AT—多路閥開口面積，m2；ΔP—多路閥進出油口壓差，Pa；ρ—液體密度，kg/m3。

由于液體密度和流量系數一般為定值，由式（1）可知，流過節流閥流量與進出口兩端壓差ΔP和開口面積AT有關。由于普通系統閥前補償不具有使各節流閥兩端壓差ΔP相等的能力，故經過節流口流量同時受開口面積和負載壓力影響，故當系統所要求流量值超出液壓泵所能提供限值時，其會優先選擇負載要求低執行機構，而高負載回路上執行機構動作速度就會降低，使動作變得不協調。系統壓力補償閥是閥后補償；系統最高負荷壓力限制既影響液壓泵變量控制裝置，同時還對壓力補償閥端口產生反饋影響；普通系統壓力補償閥采用定壓差減壓，而LUDV系統則基于比例溢流閥進行控制。通過調整，使系統能實時依據負載變化調整流量，節約能量；基于比例溢流閥，使可操控性更優越，降低操作強度。

3　液壓挖掘機液壓系統的設計要點

液壓挖掘機中有著十分復雜的機構，這些機構在工作的過程中需要經常性的制動、啟動，使得其外負載出現變化較大，受到的沖擊較大，且振動增多，液壓挖掘機的工作條件相對復雜，這就對液壓挖掘機液壓系統的設計提出了較高的要求，而液壓挖掘機液壓系統設計的關鍵就是要把握液壓系統的設計要求。

3.1動力性要求

動力性要求指的是在發動機不發生過載現象的基礎上盡量充分發揮發動機的功率作用，以此來提升挖掘機的生產效率。液壓挖掘機的外負載變化較大，這就對挖掘機發動機和液壓系統的匹配性提出了較高的要求，如果外負載較小，則應當提升油泵的輸出流量以此來提升挖掘機相關元件的運動速度，從而提升生產效率，在液壓系統設計的過程中，可以采用合流設計方式來提升挖掘機發動機的功率利用率。

3.2操作性要求

（1）調速要求：隨著科技的發展，現代挖掘機中對于速度的調節控制性能要求較高，這種性能要求對于保證挖掘機執行元件的穩定性和可靠性至關重要，挖掘機工作環境相對復雜，工作工程中外荷載及阻力變化較大，這就要求液壓系統設計中的調速性能要良好；（2）復合操縱性要求：挖掘機作業過程中會出現多種作業動作，動作執行配合相對復雜，這就對液壓系統設計提出了復合操縱性能的要求，當多元件共同動作時，要保證元件之間互不干涉，獨立動作。

3.3節能性要求

挖掘機工作時間較長，如何實現節能對于保證挖掘機的工作效率有著重要的作用，在進行液壓系統的設計過程中，應當積極采用各種節能措施。在進行挖掘機相關執行元件的速度條件控制的過程中，液壓系統需要的流量比油泵輸出流量大，會導致流量損耗，因此在進行液壓系統的設計過程中，要求盡量減小此部分流量的損耗。

3.4安全性要求

一般來說，挖掘機的工作環境相對惡劣，這就導致挖掘機荷載變化較大，沖擊振動較大，對挖掘機的安全性能要求較高，液壓系統設計中應當有過載保護設計，以此來避免荷載變化沖擊對液壓作用元件的損害，保證挖掘機的安全性。

4　結束語

總而言之，液壓挖掘機在各個建設領域中都有著重要的應用，在液壓挖掘機工作總中，復雜的工作條件又對液壓系統提出了較高的要求，由此可見，挖掘機液壓系統的合理設計是至關重要的。

［1］姜英.挖掘機液壓系統設計與分析［D］.江西理工大學，2011.

［2］孫慧.WY2-200液壓挖掘機液壓系統設計［J］.機床與液壓，2013，14:72-74.