LUDV系统挖掘机液压系统设计要点及意义

王 刚　李 晖

山重建机有限公司研究院

LUDV系统挖掘机液压系统设计要点及意义

王 刚李 晖

山重建机有限公司研究院

液压挖掘机在诸多的工程基建等领域发挥着重要的作用，是一种非常重要具有广泛应用价值的工程机械。液压系统是整机设计的难点，也是设计重点，更是挖掘机产品质量重要保证。

液压系统；挖掘机；LUDV系统；设计

前言

液压挖掘机有着质量高、效率高等优点，其在建设施工中有着广泛的应用，挖掘机的主要工作就是挖掘土壤，其挖掘任务由工作装置来完成，挖掘机一般在户外工作，因此经常面临复杂的工作环境，这就对其液压系统的设计提出了更高的要求。

1　液压挖掘机概述

1.1挖掘机液压系统结构组成

挖掘机主要动作包括：动臂升降、转台回转、铲斗装卸、斗杆收放、整机行走以及其它辅助动作，除去辅助动作（例如整机转向等）挖掘机的主要动作都要考虑全功率驱动，主要动作：动臂升降、斗杆收放、铲斗卸载、转台回转、整机行走。按照功能的不同可将挖掘机整机的液压系统划分为三个部分，分别是：工作装置、回转和行走等三大液压系统，挖掘机主液压系统的基本组成，如图1所示。

图1　挖掘机液压系统示意图

在挖掘作业中，挖机的外部阻力主要来自挖掘阻力，对其在切向和法向进行分解，分别写作F1、F2。前者与齿尖垂直，后者则与齿尖相切，可写作：

F1=k0bh（1）

F2=ψF1（2）

式中：k0—挖掘比阻力，Ⅲ级土壤的挖掘比阻力为19.5N/cm2；b—斗宽，cm；h—挖掘深度，一般情况下h=（0.1～0.3）b，cm；ψ—

挖掘阻力系数，Ⅲ级土壤挖掘阻力系数为0.42。

1.2液压挖掘机的作业特点

（1）铲斗挖掘。采用铲斗液压缸进行挖掘常用于清除障碍，挖掘较松软的土壤以提高生产率，因此，在一般土方工程挖掘中（III级土-下土壤的挖掘）铲斗挖掘最常用。（2）斗杆挖掘。在较坚硬的土质条件下工作时，为了能够装满铲斗，中小型液压挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸进行挖掘。（3）联合挖掘工况：由铲斗、斗杆液压缸复合动作进行挖掘的工况，必要时还需配以动臂液压缸的动作。主要用于需要轨迹控制的情况。

1.3液压挖掘机作业的要求

由于液压挖掘机的作业对象和工作条件变化较大，其要求主要体现在：（1）实现各种主要动作时，阻力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压马达的压力和流量也能相应变化；（2）为了充分利用发动机功率和缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作）同时进行复合动作。

2　LUDV液压系统

传统普通负荷传感系统为保证整机正常工作，输出泵压力仅与负荷最高压力值相适应，即仅在最高负荷回路才发挥作用，其他情况下仅通过压力补偿控制来保持阀出口处压力差为恒定值。若阀口完全张开，系统所需流量超出泵能力限值时，系统失去动作能力。LUDV液压系统是一种新型负载敏感液压系统，很好解决上述问题。压力补偿阀是一个定压差的减压阀，与节流阀构成调速阀，由液体流经节流孔时伯努利流量方程可知：

式中：Q—流量，m3/s；Cq—流量系数；AT—多路阀开口面积，m2；ΔP—多路阀进出油口压差，Pa；ρ—液体密度，kg/m3。

由于液体密度和流量系数一般为定值，由式（1）可知，流过节流阀流量与进出口两端压差ΔP和开口面积AT有关。由于普通系统阀前补偿不具有使各节流阀两端压差ΔP相等的能力，故经过节流口流量同时受开口面积和负载压力影响，故当系统所要求流量值超出液压泵所能提供限值时，其会优先选择负载要求低执行机构，而高负载回路上执行机构动作速度就会降低，使动作变得不协调。系统压力补偿阀是阀后补偿；系统最高负荷压力限制既影响液压泵变量控制装置，同时还对压力补偿阀端口产生反馈影响；普通系统压力补偿阀采用定压差减压，而LUDV系统则基于比例溢流阀进行控制。通过调整，使系统能实时依据负载变化调整流量，节约能量；基于比例溢流阀，使可操控性更优越，降低操作强度。

3　液压挖掘机液压系统的设计要点

液压挖掘机中有着十分复杂的机构，这些机构在工作的过程中需要经常性的制动、启动，使得其外负载出现变化较大，受到的冲击较大，且振动增多，液压挖掘机的工作条件相对复杂，这就对液压挖掘机液压系统的设计提出了较高的要求，而液压挖掘机液压系统设计的关键就是要把握液压系统的设计要求。

3.1动力性要求

动力性要求指的是在发动机不发生过载现象的基础上尽量充分发挥发动机的功率作用，以此来提升挖掘机的生产效率。液压挖掘机的外负载变化较大，这就对挖掘机发动机和液压系统的匹配性提出了较高的要求，如果外负载较小，则应当提升油泵的输出流量以此来提升挖掘机相关元件的运动速度，从而提升生产效率，在液压系统设计的过程中，可以采用合流设计方式来提升挖掘机发动机的功率利用率。

3.2操作性要求

（1）调速要求：随着科技的发展，现代挖掘机中对于速度的调节控制性能要求较高，这种性能要求对于保证挖掘机执行元件的稳定性和可靠性至关重要，挖掘机工作环境相对复杂，工作工程中外荷载及阻力变化较大，这就要求液压系统设计中的调速性能要良好；（2）复合操纵性要求：挖掘机作业过程中会出现多种作业动作，动作执行配合相对复杂，这就对液压系统设计提出了复合操纵性能的要求，当多元件共同动作时，要保证元件之间互不干涉，独立动作。

3.3节能性要求

挖掘机工作时间较长，如何实现节能对于保证挖掘机的工作效率有着重要的作用，在进行液压系统的设计过程中，应当积极采用各种节能措施。在进行挖掘机相关执行元件的速度条件控制的过程中，液压系统需要的流量比油泵输出流量大，会导致流量损耗，因此在进行液压系统的设计过程中，要求尽量减小此部分流量的损耗。

3.4安全性要求

一般来说，挖掘机的工作环境相对恶劣，这就导致挖掘机荷载变化较大，冲击振动较大，对挖掘机的安全性能要求较高，液压系统设计中应当有过载保护设计，以此来避免荷载变化冲击对液压作用元件的损害，保证挖掘机的安全性。

4　结束语

总而言之，液压挖掘机在各个建设领域中都有着重要的应用，在液压挖掘机工作总中，复杂的工作条件又对液压系统提出了较高的要求，由此可见，挖掘机液压系统的合理设计是至关重要的。

［1］姜英.挖掘机液压系统设计与分析［D］.江西理工大学，2011.

［2］孙慧.WY2-200液压挖掘机液压系统设计［J］.机床与液压，2013，14:72-74.