一种改善挖掘机平地性能的方法

李志辉+韦磊+石子贡+李健

【摘 要】市场反馈挖掘机需要具备良好的平地功能，尤其对细沙子进行平地作业，要求地面平整，且操作简单、可控。国内大型挖掘机常用于石方装载工况而忽略平地性能，因此当需要进行平地作业时，机器无法满足客户需求。平地作业是一个复合动作过程，斗杆往回收的同时，动臂需要微调，才能保证斗尖在一个平面内运动。针对此特殊工况，进行了大量的调查分析，设计了多种结构的主控阀阀芯，并且合理分配流量，使两个动作之间协调配合，以便更好地完成平地作业。

【Abstract】 According to the market feedback， the excavator needs have good leveling performance， especially for fine sand ground operations， it requires the ground is leveling， mechanical operation is simple and controllable. The leveling performance of domestic large excavator is ignored due to the common application on rock loading conditions， so when a leveling job is needed，the machine can not meet the needs of customers. Leveling work is a complex process， and when the dipper is being recovered， the moving arm needs fine-tuning to ensure that the tip of the dipper moves in a plane. In this special case， a lot of investigation and analysis were carried out. The main control valve spool of various structures was designed， and the flow was rationally allocated， so that the coordination between the two actions was completed， and the ground operation was completed.

【关键词】液压系统；平地性能；阀芯；动臂 ；斗杆；测试

【Keywords】hydraulic system； leveling performance； spool； boom；dipper；test

【中图分类号】U415.51+1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0152-02

1 引言

挖掘机平地作业如图1所示，主泵①为窜联柱塞泵，为系统提供流量。主阀②有四根阀芯，根据先导控制信号③对流量进行换向及分配，为动臂油缸④斗杆油缸⑥输出不同的流量。动臂油缸、斗杆油缸根据不同的流量按不同的速度和方向运动，使动臂⑤上升或下降，使斗杆⑦收回或打开。

斗杆⑦收回时，斗杆绕支点O做圆弧向下运动，因此动臂⑤需要同步上升，才能保证斗尖在一个平面上运动。当斗杆运动到垂直位置时，斗杆绕支点做圆弧向上运动，此时动臂需要同步下降。斗杆与动臂同时动作的过程中，两个动作需要互相配合，才能保证平地效果。

大型挖掘机多数为负流量控制系统，原理如图1所示，前泵P1分别为动臂1和斗杆2两根阀芯供油，后泵P2分别为动臂2和斗杆1两根阀芯供油。在先导压力油作用下，四根阀芯开口不一样，四根阀芯输出的流量不同，进而实现动臂和斗杆复合动作。但是P1泵给动臂1和斗杆2分配流量时，两个阀芯输出的流量会受到阀芯开口的影响，当提供给动臂1流量多时，供给斗杆2的流量必然减少，因此当其中一个动作速度变快时，另一个动作就会变慢。同理，P2泵分别给动臂2和斗杆1分配流量时也是一样。因此，该系统挖掘机的动臂和斗杆之间协调性能差，平地效果较差，前端斗杆速度快，造成动臂提升慢，前端出现凹坑。接着降低斗杆速度，又造成动臂提升快，形成抬头趋势，几乎无法平地。

2 挖掘机平地性能改善方法

2.1 平地作业时油缸位移等参数

当挖掘机做平地作业时，斗尖在一个水平平面上运动，斗杆油缸伸出，动臂油缸先伸出后收缩。动臂油缸速度较慢，平地开始时稍微上升，到了垂直位置后动臂稍微下降。斗杆油缸伸出前段速度较快，后段速度较慢，两个油缸的速度都不是一个固定值，在平地作业过程中一直变化，因此对于液压系统而言，控制较为复杂，需要很好的控制先导压力，使动臂油缸、斗杆油缸的移动速度符合要求，才能得到良好的平地效果。

2.2 平地性能改善方法

为了达到最佳的控制效果，应该使用分泵控制，即P1泵仅给动臂1供油，P2泵仅给斗杆1供油，从而使复合动作过程中，动臂的速度和斗杆的速度互不干扰。如图2所示，更改斗杆逻辑阀，斗杆逻辑阀下位工作时，限制P1泵供给斗杆2的流量，使P1泵单独给动臂1供油。如红色线条所示，P1泵只给动臂大腔供油。同时，更改动臂1阀芯开口，使液压油平缓通过动臂1阀芯，在单泵大流量供油下控制更可靠。 更改动臂2阀芯开口，动臂上升负载大而斗杆收回负载轻，负载不同的情况下优先给低负载供油，因此P2泵仅给斗杆1供油，如橙色线条所示。同时，更改斗杆1阀芯开口，使液压油平缓通过斗杆1阀芯，在单泵大流量供油下控制更可靠。

通过以上分析，分别改善斗杆逻辑阀、动臂1阀芯、动臂2阀芯、斗杆1阀芯、斗杆2阀芯，前泵P1给动臂大腔供油，后泵P2给斗杆大腔供油，分泵控制，使动臂提升和斗杆回收两个动作互不干扰。通过控制先导压力信号，改变动臂1阀芯的流量、斗杆1阀芯的流量，即可有效控制动臂油缸、斗杆油缸的速度，实现最佳控制效果。

2.3 测试验证

2.3.1 测试采集数据

铲斗齿尖焊接平板，并在沙坑处做平地操作。采集动臂、斗杆先导压力，采集动臂油缸位移及斗杆油缸位移。

2.3.2 测试结果

①实际平地效果比较好，机手认为先导控制协调性能可以接受。

②斗尖轨迹基本上是一条直线，不再出现抬头或凹坑的现象。

③客户试机体验后，基本认可改善结果，认为可以对细沙进行平地操作。

3 结语

对主阀阀芯进行更改，利用分泵控制，给两个油缸合理分配流量，可以实现较好的平地操作，满足客户需求。

【参考文献】

【1】路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

【2】官忠范.液压传动系统[M].北京：机械工业出版社，2004.

【3】雷天覺.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，1998.

【4】金钟振.挖掘机——原理、测试与维修[M].上海：上海交通大学出版社，2011.

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