液压挖掘机多路阀同步性能负载敏感性分析

O旷水章（湖南交通工程学院 湖南 421009）

液压挖掘机多路阀同步性能负载敏感性分析

O旷水章
（湖南交通工程学院 湖南 421009）

传统负流量控制多路阀进行复合动作时，其各分支输出流量受负载压力影响较大，有动作协同性差的不足点，出于这一现象，搭建了负流量控制多路阀数学模型，对其负载敏感性进行了仿真分析，找到了影响其同步性能的敏感因素。

液压挖掘机；多路阀；同步性能

引言

伴随改革开放的继续推进，工业现代化继续深入，社会对工程机械的资源有效率和工作性能等提出了进一步的需要。目前国外对多路阀的研究已经相对成熟，已经大量的投入到生产使用当中，最知名的如德国的Rexroth、美国的Husco和日本的Kyb等生产厂商。国内也有部分高等院校和研究机构对它进行过一些研究。本文通过对负流量节流控制系统的理论研究，搭建负流量控制系统的数学模型。通过AMESim软件搭建挖掘机结构的仿真模型，对挖掘机在执行复合动作时多路阀的同步性能负载敏感性进行仿真分析，找出影响其同步性能的敏感因素。

1.负流量控制系统研究

(1)工作原理

图1 负流量控制原理

本章将分析的主体是川崎企业研发的K3V系列多路阀及液压泵组建的负流量控制系统，其多路阀中的三位六通阀的负流量控制系统可以简化为如图1所示的结构。其工作原理如下：当不操纵多路阀动作（即主阀芯处于中位）时，节流口A、B口关闭，旁路回油口O全开，系统通过旁路回油口O卸荷；当控制多路阀运动时，节流口A、B口慢慢开启，从主液压泵的压力油液体被隔成两份，其中一份通过节流口A进入执行元件做功，然后经过节流口B回到油箱，同时随着旁路回油口O的逐渐关闭，另一部分流量则经过多路阀的旁路回油口O，节流后回到油箱(以下将这部分流量称为“旁路回油”)，产生很大的功率损失，使系统严重发热。

(2)数学计算模型

液压泵流量连续方程：

液压泵到节流口O及节流口A的关系表达式：

节流口A的压力—流量表达式：

节流口O上的流量—压力方程：

负流量检测口R上的流量—压力方程：

2.建模仿真分析

考虑多路阀里面的任一个阀，其结构是节流控制的三位六通阀。当操作手柄运动时，阀芯的位移量是由先导压，力的大小来决定的，接着改变各节流口的通流面积。应用AMESim中HCD库搭建负流量控制多路阀仿真模型，其中节流口通流面积随阀芯行程变化的数据通过matlab编程计算得到。本文主要针对挖掘机动臂联及回转联的协同控制采取建模仿，真分析，图2是进行回转联及动臂联协同动作时的AMESim仿真模型。

给挖掘机实现回转-动臂协同运动仿真研究，回转联及动臂联的载荷压力都调节到15Mpa，另外的数据按如下表1调节好。从而获得两动作阀在相等的载荷下的流量分配规律线，见3图。通过读图可知，理想流，量分，配曲线及仿真得，到的流量分，配曲线大概类似，可知在回，转联及动，臂联载荷压力相等的状态时，可以根据驾驶者的动作达到流量分配。

表1 AMESim模型仿真参数表

给回转联及动臂联设置不一样的载荷压力实现仿真研究，载荷力大小分别调节为20、10Mpa，另外数据保持一样，可得两控制联在不等载荷时的分配流量规律，如图3。分析曲线可知，理论分配流量曲线及仿真获得的分配流量曲线区别不小，分析原因为回转阀载荷力比动臂阀载荷力小，从此使得回转阀的液压油变多，大于理论流量值；流经动臂阀的流量变少，小于理论流量值。可知在两联复合动作且载荷力不同的状态时，不能根据驾驶者想法达到理论流量配置。

图3 复合动作流量分配（负载不同）

3.试验验证

(1)试验方案

该试验是在自行设计制造的多路阀综合检测试验台上完成。

(2)试验分析

实现载荷力不等大的协同运动试验时，给回转阀载荷力调节到10MPa，动臂阀载荷力调节到20MPa，通过试验获得的配置流量规律见4图。

进行试验获得的回转-动臂协同运动配置流量规律和仿真研究算出的协同运动配置流量规律进行比较分析，可知两类办法获得的数据非常接近，偏差不大，从而可以证明仿真研究获得的各联阀配置流量曲线是正确有效的，可以证明仿真模型的正确性。

图4 动臂-回转联流量试验曲线（负载不同）

由之前对多路阀，阀芯节流口面积和负流量，控制数据的研究，可见阀口O的面积变化规律对整个系统的控制性能起决定性作用，而与阀口A和B差不多没有联系。可以把原来的节流孔通流，面积导入到AMESim模型中仿真分析，判断仿真结果动臂联流量与理想流量曲线之间的偏差是否小于3L/min，假设小于则所求的面积则是需要的优化值，否则，以仿真结果得到的流量为初始数据代入到节流口面积优化公式中进行迭代循环计算，达到条件才结束。

4.结论

(1)建立的负流量控制系统仿真模型是正确的，为设计人员对液压系统中各结构参数优化设计提供了依据。

(2)可以通过优化负流量控制多路阀，解决传统多路阀输出流量受载荷压力影响较大、协同运动难以实现合理配油的问题；优化后系统的压力损失将会减小，系统的节能效果会提升。

[1]投资工程机械关键零部件领域的最好时机[J].液压气动与密封, 2011(09):38.

[2]张德胜,郭勇.液压挖掘机典型液压控制系统分析[J].建筑机械, 2007(21):86-88.

[3]郭雄华,曹显利.挖掘机负流量液压系统的控制特性分析[J].液压与气动,2011(05): 55-57.

[4]LMS.AMESim系统建模和仿真实例教程[M].北京航空航天大学出版社,2011.

Load Sensitivity Analysis of Hydraulic Shovel Multitandem Valve Synchronous Property

Kuang Shuizhang

(Hunan Traffi c Engineering College, Hunan, 421009)

When the traditional negative fl ow control multi-way valve takes the composite moves, its output fl ow of each branch is infl uenced greatly by the loading pressure and has the shortcoming of weak action synchronicity. In order to solve this problem, we establish the mathematical model of negative fl ow control multi-way valve and take simulation analysis of its loading sensitivity, besides, we fi nd out the sensitive factors infl uencing the synchronization performance.

hydraulic shovel；multitandem valve；synchronous property

湖南省教育厅高等学校科研项目(15C0494)、湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目(634)

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旷水章（1986～），男，湖南交通工程学院，研究方向：汽车电子。