挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的動態(tài)研究

石昊哲

內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團)有限公司元寶山露天煤礦

挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的動態(tài)研究

石昊哲

內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團)有限公司元寶山露天煤礦

在我國經(jīng)濟與社會快速發(fā)展的過程中，擁有挖掘和裝載兩項功能的挖掘裝載機憑借著自身功能全面性、較強機動性的優(yōu)勢在其中發(fā)揮著較為重要的作用。在本文就挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開的動態(tài)研究中，這一研究主要是為了彌補我國當(dāng)下挖掘裝載機研究存在的不足，并同時為我國挖掘裝載機的更好研發(fā)帶來一定啟發(fā)。

挖掘裝載機；反鏟裝置；回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)

前言：

在我國當(dāng)下的水利建設(shè)、市政建設(shè)、電力建設(shè)、民用建筑建設(shè)等多種領(lǐng)域，挖掘裝載機都有著極為廣泛的應(yīng)用，而由于挖掘裝載機具備可以更換工作附具的能力，這就使得挖掘裝載機也可以被稱為多功能小型工程機械。不同于發(fā)達國家擁有70余年挖掘裝載機的使用與研發(fā)歷史，我國在挖掘裝載機的使用與研發(fā)上距離發(fā)達國家都存在著較大差距，而為了盡可能拉近這一差距，正是本文就挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開動態(tài)研究的原因所在。

1.液壓回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動學(xué)分析

為了較為深入完成本文就挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開的相關(guān)研究，我們首先需要就挖掘裝載機的液壓回轉(zhuǎn)機構(gòu)展開運動學(xué)分析，而在這一分析中筆者忽略機械加工或裝配帶來的尺寸誤差，進行了回轉(zhuǎn)運動數(shù)學(xué)模型的建立，圖1為這一回轉(zhuǎn)運動數(shù)學(xué)模型建立中應(yīng)用的挖掘裝載機反鏟裝置示意圖，結(jié)合該圖我們能夠較為直觀了解挖掘裝載機反鏟裝置的組成，而由此我們就可以進行挖掘裝載機液壓回轉(zhuǎn)機構(gòu)的流量、回轉(zhuǎn)角度、回轉(zhuǎn)角速度、回轉(zhuǎn)角加速度等數(shù)值的計算，而結(jié)合MATLAB軟件進行上述計算的仿真計算，這一仿真計算中筆者應(yīng)用左右活塞桿移動速度可近似用一線性關(guān)系對挖掘裝載機液壓回轉(zhuǎn)機構(gòu)過“拐點”后將有回轉(zhuǎn)角速度突然增大的現(xiàn)象進行了描述，而這一描述主要圍繞回轉(zhuǎn)換向閥控制的液壓油流向并沒有改變、機構(gòu)的限制、系統(tǒng)流量進入左側(cè)油缸中的小腔展開[1]。

圖1 挖掘裝載機反鏟裝置示意圖

2.回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真

在完成挖掘裝載機液壓回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動學(xué)分析后，我們還需要進行回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真，而這一仿真中筆者假設(shè)泵轉(zhuǎn)動部件的摩擦和慣性忽略不計、三位四通閥內(nèi)泄漏忽略不計、執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)泄漏忽略不計。

2.1 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)模型的建立

在回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)模型的建立中，綜合分析傳遞函數(shù)法、方塊圖和信號流圖、功率鍵合圖法等液壓系統(tǒng)的動態(tài)建模方法，筆者最終選擇了具備便于遵循和理解、模塊化結(jié)構(gòu)、方便修改擬用系統(tǒng)模型等特質(zhì)的功率鍵合圖法，并進行了功率鍵合圖的繪制、油缸帶緩沖裝置動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立、溢流緩沖動態(tài)模型的建立，其中油缸帶緩沖裝置動態(tài)數(shù)學(xué)模型具體表現(xiàn)為，而溢流緩沖動態(tài)模型中的與閥口相連的油缸液容模型則表現(xiàn)為

2.2 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真計算

結(jié)合上文基于功率鍵合圖法進行的功率鍵合圖的繪制、油缸帶緩沖裝置動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立、溢流緩沖動態(tài)模型的建立，筆者應(yīng)用MATLAB軟件中的Simulink功能進行了回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)確定，并結(jié)合四階龍格—庫塔法進行了動態(tài)仿真，介于篇幅原因本文只對挖掘裝載機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)主溢流閥流量系數(shù)、閥芯開口寬度、節(jié)流間隙、液壓油的密度參數(shù)進行直觀展示，分別為2.5×10-9(m3/s)/Pa、0.014m、0.01m、0.9×103(kg/m3)[3]。

3.影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的因素分析

在完成挖掘裝載機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真后，我們還需要結(jié)合這一仿真求的的相關(guān)結(jié)果進行影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的因素分析，應(yīng)用便攜式液壓系統(tǒng)分析儀、SIM傳感器組、Activa傳感器組、Activa輔助傳感器，筆者進行了回轉(zhuǎn)至極限位置的動態(tài)特性測試與回轉(zhuǎn)至中間位置制動時動態(tài)特性測試，結(jié)合這兩方面測試我們能夠斷定上文中求得的油缸帶緩沖裝置動態(tài)數(shù)學(xué)模型與溢流緩沖動態(tài)模型具備著較高的準(zhǔn)確性與可靠性，而這一準(zhǔn)確性與可靠性的判定主要是由于上文進行的影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性因素進行的兩方面分析所取得結(jié)果具備變化趨勢上的一致性，而二者仿真計算的結(jié)果與試驗測試數(shù)據(jù)不相通也較好證明了這一一致性具備的真實價值[4]。

結(jié)合本文研究中進行的影響挖掘裝載機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的因素分析，筆者最終斷定了緩沖裝置、過載溢流閥和液壓油的體積彈性模量都會影響挖掘裝載機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性，而結(jié)合緩沖裝置的影響，在具體的挖掘裝載機回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計人員就需要在允許情況下適當(dāng)進行拉長緩沖柱塞長度；值得注意的是，由于溶入液壓油空氣的壓縮破裂問題在當(dāng)下的技術(shù)條件下還無法實現(xiàn)根除，相關(guān)設(shè)計人員必須不斷對其進行相關(guān)研究。

結(jié)論：

在本文就挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開的動態(tài)研究中，筆者詳細(xì)論述了液壓回轉(zhuǎn)機構(gòu)運動學(xué)分析、回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真、影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的因素分析等內(nèi)容，并結(jié)合緩沖裝置、過載溢流閥和液壓油的體積彈性模量這三方面影響挖掘裝載機反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的因素提出了系統(tǒng)自身的設(shè)計要點，希望這一設(shè)計要點能夠為相關(guān)設(shè)計人員帶來一定啟發(fā)。

[1]常秋紅.礦用裝載機液壓系統(tǒng)與挖掘裝置的優(yōu)化計算與仿真研究[D].長安大學(xué),2012.

[2]王云華.挖掘裝載機挖掘裝置液壓系統(tǒng)仿真與實驗分析[D].吉林大學(xué),2012.

[3]魏蒼棟.ZWY-160/55型挖掘式裝載機總體設(shè)計研究[D].河北科技大學(xué),2014.

[4]朱杰.小型液壓挖掘機工作裝置與液壓系統(tǒng)的分析研究[D].西南交通大學(xué),2008.

石昊哲(1988.9–)，男，漢族，黑龍江五大連池市人，本科，助理工程師，現(xiàn)從事內(nèi)燃設(shè)備管理方面工作。