西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第l 頁 摘要 小型液壓挖掘機(jī)主要用于城市等狹窄地區(qū)，代替人力勞動(dòng)，在世界工程 機(jī)械市場，屬于銷量最大的工程機(jī)械產(chǎn)品之一?？紤]到小挖的工作空間小、 作業(yè)地形復(fù)雜、方便操作、可控性要求高，就要求小挖具有良好的復(fù)合動(dòng)作、 精簡的液壓系統(tǒng)以及優(yōu)越的精細(xì)作業(yè)能力。博世力士樂公司開發(fā)的獨(dú)立流量 分配系統(tǒng)( l u d v ) 為單回路系統(tǒng)，具有裝配費(fèi)用低、占用空間小、系統(tǒng)緊湊等 特點(diǎn)，僅用1 臺變量泵即滿足了所有作業(yè)功能要求，同時(shí)小挖復(fù)合動(dòng)作時(shí)各 負(fù)載相近，l u d v 系統(tǒng)引起的能量損失較大挖少。 文中以樣機(jī)p z 7 0 7 的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對小型液壓挖掘 機(jī)的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。本機(jī)所采用的液壓系統(tǒng)即為博世力士樂的帶 l u d v 控制的系統(tǒng)。文章從整機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入手，詳細(xì)地分析了該液壓 系統(tǒng)各組成部分的工作原理，并以此為基礎(chǔ)，從兩個(gè)方面分析了l u d v 系統(tǒng) 的控制特性，一是針對理論分析，對節(jié)流控制系統(tǒng)、l s 控制系統(tǒng)與l u d v 控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的比較，得出在流量供應(yīng)充足的情況下，l s 系統(tǒng)與 l u d v 系統(tǒng)都具有良好的控制特性；另一方面是利用動(dòng)態(tài)仿真，運(yùn)用a m e s i m 軟件對飽和情況下的l s 系統(tǒng)與l u d v 系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，仿真結(jié)果證明 l u d v 系統(tǒng)比l s 系統(tǒng)的速度剛度好，與理論分析相符。并把此時(shí)的l u d v 模型按照樣機(jī)的液壓原理圖進(jìn)一步完善，外界的輸入根據(jù)樣機(jī)測試數(shù)據(jù)設(shè)定， 通過分析可知仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。 理論分析、a m e s i m 仿真和樣機(jī)測試結(jié)果充分說明了l u d v 系統(tǒng)適合小 挖。因仿真結(jié)果是符合理論分析與測試結(jié)果，證明了仿真模型的準(zhǔn)確性，為 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)更完善的建模仿真與液壓系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化提供了設(shè)計(jì)參 考。a m e s i m 軟件的運(yùn)用有利于挖掘機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與液壓配件的選擇，能充 分減少調(diào)試時(shí)間，因此本文提出了一種減輕設(shè)計(jì)人員勞動(dòng)強(qiáng)度與提高效率的 設(shè)計(jì)方法。 關(guān)鍵詞：小型挖掘機(jī)；a m e s i m ；l u d v ；l s ；壓力補(bǔ)償 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第l i 頁 a b s t r a c t t h em i n ih y d r a u l i ce x c a v a t o rr e p l a c et h em a n p o w e rw o r ki sm a i n l yu s e di n c a b i n e da r e as u c ha sc i t y , i nt h ew h o l ee n g i n e e r i n gm a c h i n e r ym a r k e t ，i tb e l o n g s t oo n eo fm a x i m u ms a l e sv o l u m ee n g i n e e r i n gm a c h i n e r yp r o d u c t s c o n s i d e r e dt h e s m a l lw o r k i n gs p a c e ，c o m p l e xt e r r a i n ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na n dc o n t r o l l a b l eo f t h em i n ie x c a v a t o r , i tr e q u e s t sm i n ie x c a v a t o r sp o s s e s st h eg o o dc o m p o u n d m o v e m e n t ，t h es i m p l i f i c a t i o nh y d r a u l i cs y s t e ma sw e l la ss u p e r i o rf i n ew o r k a b i l i t y t h el u d vc o n t r o ls y s t e mo fb o s c hr e x r o t hc o r p o r a t i o ni s t h e s i n g l e r e t u r nr o u t es y s t e ma n dp o s s e s s e sc h a r a c t e r i s t i c so fl o w e ra s s e m b l y e x p e n s e ，t a k i n gs m a l l e rs p a c e ，c o m p a c ts y s t e ma n d s oo n ，o n l yo n ev a r i a b l e d i s p l a c e m e n tp u m p c a nb e u s e dt o s a t i s f y a l lf u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s ， s i m u l t a n e o u s l yv a r i o u sl o a d sa r ea p p r o x i m a t ed u r i n gt h ec o m p o u n dm o v e m e n t s ， t h ee n e r g yl o s sc a u s e db yt h el u d v s y s t e mi ss m a l l e rt h a nt h el a r g ee x c a v a t o r i nt h e p a p e r , b a s e d o nt h e p r o t o t y p i c a l p z 7 0 - 7 s r e s e a r c h ，d e s i g n ， m a n u f a c t u r ea n de x p e r i m e n t ，h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m so ft h em i n ih y d r a u l i c e x c a v a t o rw e r es t u d i e d w ea d o p tt h eb o s c hr e x r o t hl u d vc o n t r o ls y s t e m i nt h i sp r o t o t y p e s t a r t i n gf r o mt h ec o m p l e t em a c h i n eh y d r a u l i cs y s t e m sd e s i g n ， t h ep a p e ra n a l y z e dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo fh y d r a u l i cs y s t e md e t a i l e d l y , t h e n ， l u d vc o n t r o lc h a r a c t e r i s t i c sw a sa n a l y z e df r o mt w oa s p e c t s f i r s t l y , i nt e r m so f t h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h et h r o t t l ec o n t r o ls y s t e m ，t h el sc o n t r o ls y s t e ma n dt h e l u d vc o n t r o ls y s t e mw e r ec o m p a r e dd e t a i l e d l y , t h er e s u l t ss h o w , i nt h ef l o w u n s a t u r a t e ds i t u a t i o n ，t h el ss y s t e ma n dt h el u d vs y s t e mp o s s e s sg o o dc o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c s ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h ed y n a m i cs i m u l a t i o no fl ss y s t e ma n dt h e l u d vs y s t e mw a sc a r r i e do nu n d e rt h ef l o ws a t u r a t e ds i t u a t i o nu s i n ga m e s i m s o f t w a r e ，t h es i m u l a t i o n r e s u l t sc o n f o r mt ot h et h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d d e m o n s t r a t et h a tt h el u d vs y s t e mp o s s e s sb e t t e rs p e e dr i g i d i t yt h a nl ss y s t e m t h e nt h el u d vm o d e lw a sc o n s u m m a t e du l t e r i o r l ya c c o r d i n gt o h y d r a u l i c s c h e m a t i c d i a g r a m o ft h e p r o t o t y p e ，t h e o u t s i d e i n p u t sw e r eh y p o t h e s i z e d a c c o r d i n gt ot h eb a s i sp r o t o t y p i n gt e s t i n gd a t a ，i t o b t a i n st h a tt h es i m u l a t i o n r e s u l t sa n dt h et e s tr e s u l t sh a v eg o o du n i f o r m i t yt h r o u g ht h ec o m p a r i s o n 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 ii 頁 t h et h e o r e t i c a l a n a l y s i sr e s u l t s ，t h ea m e s i ms i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h e p r o t o t y p i n gt e s t i n gr e s u l t ss h o wt h el u d vs y s t e ma d a p tt ot h em i n ie x c a v a t o r b e c a u s et h es i m u l a t i o nr e s u l t sc o n f o r mt ot h er e s u l t so ft h et h e o r e t i c a la n a l y s i s a n dt h et e s t ，i tp r o v e st h a tt h es i m u l a t i o nm o d e l sa r ea c c u r a c ya n di tp r o v i d e s d e s i g nr e f e r e n c ef o rm o d e l i n gs i m u l a t i o no ft h ec o m p l e t em a c h i n eh y d r a u l i c s y s t e ma n do p t i m i z a t i o no fh y d r a u l i cs y s t e m u s i n gt h es o f t w a r eo fa m e s i mi s p r o p i t i o u st od e s i g no fh y d r a u l i cs y s t e ma n dc h o i c eo fh y d r a u l i ce q u i p m e n t sa n d c a l la l s or e d u c et h ed e b u gt i m ef u l l y s ot h ep a p e rp r o v i d e sad e s i g nm e t h o do f r e d u c i n gt h el a b o ri n t e n s i t ya n di m p r o v i n gd e s i g ne f f i c i e n c y k e yw o r d s ：m i n ie x c a v a t o r ；a m e s i m ；l u d v ；is ；p r e s s u r ec o m p e n s a t i o n 西南交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué) 校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查 閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān) 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位 論文。 本學(xué)位論文屬于 1 保密口，在年解密后適用本授權(quán)書； 2 不保密口，使用本授權(quán)書。 ( 請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“ ) 學(xué)位論文作者簽名：菘通菇k 日期：加哆、殳多 指導(dǎo)老師簽名：孑堙 日期：矽，f 、弘 西南交通大學(xué)學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究 工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其 他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的 個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說明。本人完全意識到本聲明的法 律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 本論文的意義在于證明了l u d v 控制系統(tǒng)的優(yōu)良的復(fù)合動(dòng)作能力。 不同于以往理論分析，本文從實(shí)際建模仿真到后面的樣機(jī)測試，通過實(shí) 際的仿真曲線說明了各系統(tǒng)的復(fù)合運(yùn)行情況，證明了l u d v 控制系統(tǒng)是 滿足小型挖掘機(jī)的工作要求。同時(shí)本仿真模型為液壓系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化 提供了設(shè)計(jì)參考，仿真與試驗(yàn)結(jié)果的相近得出利用a m e s i m 仿真軟件進(jìn) 行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法具有較強(qiáng)工程運(yùn)用價(jià)值。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 頁 第1 章緒論 1 1小型挖掘機(jī)簡介 小型挖掘機(jī)主要用于城市、狹窄地區(qū)，代替人力勞動(dòng)。主要作業(yè)是挖掘、 裝載、整地、起重等，用于城市管道工程、道路、住宅建設(shè)、基礎(chǔ)工程和園 林作業(yè)等n ”。小型挖掘機(jī)體積小，機(jī)動(dòng)靈活，并趨向于一機(jī)多能，配備多種 工作裝置，除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、 破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業(yè)架、鉸盤 及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時(shí)，發(fā)展專門用途的特種挖掘機(jī)， 如低比壓、低嗓聲、水下專用和水陸兩用挖掘機(jī)等?？傊且环N多用途萬 能型的城市建設(shè)機(jī)械。由于這種機(jī)械的特點(diǎn)很靠近人，因此在設(shè)計(jì)上除了要 求耐久性、可靠性和作業(yè)效率等，還需著重考慮人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào)，特別 要注意以下幾點(diǎn)“，： 1 安全性即機(jī)械作業(yè)過程中不要與周圍的人和物相碰撞，防傾翻穩(wěn)定 性好。 2 低公害即排放要求高、低震動(dòng)、低噪音，聲音要比較悅耳。 3 與周圍環(huán)境能調(diào)和，形象要美觀，形體和色彩不要引起人們不愉快 感，對人有親和感。 4 盡量擴(kuò)大其使用功能，可裝多種附屬裝置，應(yīng)成為城市萬能型工程 機(jī)械。 5 操縱簡便，任何人一學(xué)就會，都能操縱。 小型挖掘機(jī)具有中型挖掘機(jī)的多項(xiàng)功能，又具有便于運(yùn)輸、能耗低、靈 活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，非常適用于空間狹小的施工場地作業(yè)，而且價(jià)格低、 質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便，所以在小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混 凝土破碎、電纜埋設(shè)、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培等工程中得到了廣泛的 應(yīng)用。由于滿足基本的挖掘、裝載、整地、起重等功能外，必須考慮到工作 空間小( 人力所不能至) 、地形復(fù)雜、方便操作、可控，目前市場對小型挖掘 機(jī)性能要求如下n ，： 1 改進(jìn)挖掘機(jī)可控性和控制精確性以及復(fù)合動(dòng)作。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁 2 簡化液壓系統(tǒng)、降低成本，達(dá)到大作業(yè)量與低油耗的動(dòng)態(tài)平衡。 3 改進(jìn)工作可靠性。 4 改進(jìn)駕駛操作舒適性及降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高單位生產(chǎn)率。 5 改進(jìn)操作安全性。 6 低振動(dòng)、低噪音適用生活區(qū)工作。 同時(shí)，小型挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)原則是確保設(shè)備可以在狹窄、復(fù)雜，也就是大 型挖掘機(jī)不能進(jìn)入的地區(qū)進(jìn)行高效施工。小型挖掘機(jī)因使用環(huán)境的特殊要求， 它必須具有如起重機(jī)的精細(xì)作業(yè)等特性，此有別于中大型挖掘機(jī)m 。中國的 小挖市場( 指機(jī)重1 3 t 以下) 在中國挖掘機(jī)行業(yè)過去的十年，關(guān)鍵配套液壓 件等的先天性國產(chǎn)缺損，導(dǎo)致了在中大型挖掘機(jī)市場被韓、日、美、歐等外 資企業(yè)瓜分了9 0 以上的分額。經(jīng)十年艱苦奮斗，國內(nèi)企業(yè)奪回了近2 7 份 額，特別是大型和小型液壓挖掘機(jī)上，近兩年已有較大起色。中國小型挖掘 機(jī)市場上人們好像又看到了中國制造的“曙光 ，正在奪回和擴(kuò)大國產(chǎn)小挖市 場。國內(nèi)小挖制造企業(yè)正由少數(shù)幾家發(fā)展到6 0 余家，這不能不說這是行業(yè)的 大發(fā)展，而且出現(xiàn)了許多年產(chǎn)銷量超千臺企業(yè)陽，。 1 1 1 小型挖掘機(jī)的現(xiàn)狀及前景 國內(nèi)小挖目前已形成1 5 t 至8 t 全系列產(chǎn)品，并占有國內(nèi)市場的主要份額， 且略有出口。近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，小型挖掘機(jī)市場逐漸升 溫，被業(yè)內(nèi)人士普遍看好。目前，我國正處在道路交通、能源水利、城市建 設(shè)等各方面基礎(chǔ)建設(shè)的高峰期，但前些年大量投入使用的高速公路等基礎(chǔ)設(shè) 施，正越來越多地進(jìn)入維護(hù)保養(yǎng)期，同時(shí)城市建設(shè)也由“大拆大建逐漸向 “精雕細(xì)刻”轉(zhuǎn)變，因此小型化的土方工程施工會越來越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2 0 0 5 年我國共銷售3 3 6 4 2 臺液壓挖掘機(jī)，小型挖掘機(jī)( 整機(jī)質(zhì)量小于或等于1 3 t 履帶式或輪胎式挖掘機(jī)) 在挖掘機(jī)總銷售量中比重不斷攀升，2 0 0 5 年小型液 壓挖掘機(jī)的銷量約1 2 0 0 0 臺，所占比重超過了3 5 ，比2 0 0 4 年提升了2 2 ， 其中外資( 含中外合資) 企業(yè)銷量近7 0 0 0 臺，國內(nèi)企業(yè)共銷售5 0 0 0 余臺， 出口量為2 0 0 0 余臺。 2 0 0 5 年是中國小挖市場銷量突飛猛進(jìn)的一年，估計(jì)到2 0 0 8 年中國將形 成第二代成熟的小挖客戶，也就是在2 0 0 8 年到2 0 0 9 年前后形成一個(gè)采購高 峰，屆時(shí)對小挖產(chǎn)品整體的要求會相對提高町。如果不出現(xiàn)國家政策調(diào)整的 話，預(yù)計(jì)2 0 0 8 年將達(dá)到2 2 萬臺，2 0 0 9 年2 8 萬臺，2 0 1 0 年突破3 5 萬臺， 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁 總體上會在2 0 1 2 - 2 0 1 5 年前后達(dá)到小型挖掘機(jī)與中大型挖掘機(jī)市場保有量 0 5 ：1 的比例，。按照工程機(jī)械行業(yè)“十一五”規(guī)劃預(yù)測，到“十一五一末， 我國液壓挖掘機(jī)市場需求量約為7 0 0 0 0 臺，其中小型液壓挖掘機(jī)的需求量將 會繼續(xù)攀升。 由于我國的挖掘機(jī)起步晚，不論在產(chǎn)品品種、性能參數(shù)以及使用可靠性、 售后服務(wù)等方面，與國外相比均存在著相當(dāng)大的差距。因此，其發(fā)展趨勢是 引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)高質(zhì)量、多功能、多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品， 加強(qiáng)基礎(chǔ)元件、部件的生產(chǎn)，尤其是提高液壓元件的質(zhì)量，以達(dá)到在滿足產(chǎn) 品可靠性的前提下，降低產(chǎn)品成本，并提高產(chǎn)品的售后服務(wù)水平。 從全球范圍看，小型挖掘機(jī)市場已處于成熟發(fā)展期，需求穩(wěn)定并呈緩慢 上升趨勢，2 0 0 5 年小型液壓挖掘機(jī)約占全球工程機(jī)械產(chǎn)品銷量的1 9 ，僅次 于輪式裝載機(jī)的銷量。西歐、日本、北美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)是小型挖掘 機(jī)的主要消費(fèi)地，且產(chǎn)品需求結(jié)構(gòu)趨于小型化和微型化，主要為6 噸和6 噸 以下產(chǎn)品，需求量也相當(dāng)大。美國、日本、歐洲等地區(qū)的小型土方機(jī)械年需 求量在1 0 萬1 5 萬臺左右b ，。 目前，許多國外企業(yè)正在中國加大投資，如韓國斗山、現(xiàn)代在中國實(shí)現(xiàn) 年銷2 0 0 0 臺小挖目標(biāo)的基礎(chǔ)上加大技改與新產(chǎn)品研發(fā)，目標(biāo)直指年產(chǎn)小挖 5 0 0 0 臺。日本石川島也在廈門建廠生產(chǎn)小挖力爭1 0 的份額，日本久保田也 希望能占領(lǐng)2 0 的份額。 另一方面，小型挖掘機(jī)的技術(shù)發(fā)展順應(yīng)全球多樣化施工現(xiàn)場的需求，經(jīng) 歷了三十多年的歷史演變過程，經(jīng)過不斷的改進(jìn)完善，在技術(shù)性能、作業(yè)功 能、作業(yè)效率、安全、環(huán)保、節(jié)能和維護(hù)保養(yǎng)等方面有了大幅度的提高，形 成了比較一致的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)規(guī)范?，F(xiàn)在，國外幾乎所有的挖掘機(jī)制造商 都涵蓋了小型挖掘機(jī)的所有型號，具有性能優(yōu)越、多功能化的顯著特點(diǎn)。世 界上專業(yè)批量生產(chǎn)小型挖掘機(jī)的著名企業(yè)有2 0 多家，主要分布在日本、美國、 歐洲等發(fā)達(dá)地區(qū)，處于前列的有日本的小松、久保田、石川島、洋馬，美國 的凱斯、山貓，德國的阿特拉斯、雪孚，韓國的現(xiàn)代、大宇等公司“”。隨著 小型挖掘機(jī)市場的慢慢興起，國內(nèi)生產(chǎn)小型挖掘機(jī)的企業(yè)逐年增多，產(chǎn)量的 不斷增加，小型挖掘機(jī)市場的競爭將會愈演愈烈。 1 1 2 小型挖掘機(jī)配套件的發(fā)展?fàn)顩r 中國工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會工程機(jī)械配套件分會有關(guān)人員，對國內(nèi)9 個(gè)主要 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4 頁 生產(chǎn)小型挖掘機(jī)的企業(yè)進(jìn)行走訪時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用國內(nèi)配套件問題不少。比如國 產(chǎn)液壓元件的技術(shù)水平、質(zhì)量水平和可靠性，特別是可靠性水平達(dá)不到為小 型液壓挖掘機(jī)配套的要求。但從國外采購配件的弊端已讓國內(nèi)小挖生產(chǎn)企業(yè) 倍受煎熬，價(jià)格高，且無商量余地。目前國產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)液壓元件基本上 全部依賴國外進(jìn)口，如變量柱塞泵、馬達(dá)和多路閥等，為小型液壓挖掘機(jī)配 套的全套液壓系統(tǒng)從國外采購成本約占整機(jī)的3 0 ，由于國內(nèi)目前生產(chǎn)不出 這類元件，就只能花高價(jià)買國外的產(chǎn)品，而且是“一口價(jià) ，沒有商量余地， 如果加上發(fā)動(dòng)機(jī)也在國外采購，將占整機(jī)成本4 0 以上。同時(shí)特殊要求不能 滿足。由于小挖整機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，常常需要對液壓系統(tǒng)和元件做局部改進(jìn)， 而這種改進(jìn)，不少企業(yè)由于負(fù)荷太滿無暇顧及，所以很難及時(shí)滿足國內(nèi)小挖 生產(chǎn)企業(yè)的特殊要求。 雖然目前小型挖掘機(jī)零部件國產(chǎn)化率已達(dá)到7 0 ，占采購成本的5 0 ， 但小型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的泵、閥、馬達(dá)等關(guān)鍵技術(shù)、工藝和知識產(chǎn)權(quán)基本 掌握在日本、德國等少數(shù)國家廠商手中，采購成本占據(jù)了整機(jī)成本的3 0 以 上。照此下去，我們的許多小挖生產(chǎn)企業(yè)就面臨只有一半生產(chǎn)能力的局面， 如何達(dá)到2 0 1 0 年的3 0 0 0 0 臺市場需求? 要么自己改為生產(chǎn)其它產(chǎn)品，要么和 大挖一樣，把這個(gè)好不容易建立起來的小挖市場拱手讓給國外企業(yè)! 因此， 只有依靠國內(nèi)企業(yè)開發(fā)液壓件，在2 年左右形成小批生產(chǎn)能力，到2 0 1 0 年達(dá) 到市場需求的3 0 ，即1 0 0 0 0 套的生產(chǎn)銷售，才能有效地緩解國外液壓件生 產(chǎn)廠的制約陽，。國內(nèi)為小挖配套的多路閥的開發(fā)開始于1 9 9 4 年，柱塞泵、馬 達(dá)等液壓件的開發(fā)開始于1 9 9 8 年，直到現(xiàn)在，產(chǎn)品的可靠性依然很較低，不 能滿足小挖主機(jī)廠進(jìn)行批量生產(chǎn)裝機(jī)的要求。與挖掘機(jī)相配套的小型發(fā)動(dòng)機(jī) 技術(shù)也掌握在日本、美國、德國等發(fā)達(dá)國家手中。目前，我國企業(yè)在挖掘機(jī) 的關(guān)鍵部件上還必須依賴進(jìn)口。所以我國企業(yè)必須注重提高關(guān)鍵零部件的制 造技術(shù)和工藝，提高核心部件的國產(chǎn)化率。健全的配套體系是一個(gè)產(chǎn)業(yè)形成 工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。所以，零部件的國產(chǎn)化率尤其是液壓元件的國產(chǎn)化供應(yīng)， 是振興和發(fā)展國產(chǎn)小型挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在。 國內(nèi)零部件企業(yè)在工作油缸、四輪一帶、回轉(zhuǎn)支承、駕駛室、座椅、電 氣儀表等方面已經(jīng)取得技術(shù)突破，基本可以替代進(jìn)口，但是在工藝性和可靠 性上需要重點(diǎn)加強(qiáng)。國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)在提高設(shè)計(jì)和制造水平，滿足環(huán)保要求 后，已經(jīng)可以配套小型挖掘機(jī)使用?？傊?，小型挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)元件的國 產(chǎn)化在3 5 年內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)，屆時(shí)中國小型挖掘機(jī)的零部件配套體系可以完善 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第5 頁 和成熟，為國產(chǎn)小挖的規(guī)?；l(fā)展打下最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參照韓國挖掘機(jī)產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展軌跡，再用幾年的時(shí)間國產(chǎn)小挖就能占據(jù)國內(nèi)半壁江山，并能參與全 球市場競爭。 1 2 液壓系統(tǒng)簡介 液壓系統(tǒng)是聯(lián)結(jié)負(fù)載與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的中間環(huán)節(jié)，是將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率最 終傳遞給工作機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳動(dòng)鏈系統(tǒng)。由于液壓挖掘機(jī)經(jīng)常做復(fù)合動(dòng)作，而 液壓泵的流量是有限的，復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓泵的流量不能滿足所有動(dòng)作同時(shí) 進(jìn)行時(shí)的流量要求。因此現(xiàn)代液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)首先就要解決系統(tǒng)的流量 分配問題；同時(shí)又要符合節(jié)能的要求，減少能量損失。 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)由動(dòng)力元件( 各種液壓泵) 、執(zhí)行元件( 液壓缸、 液壓馬達(dá)) 、控制元件( 各種閥) 和輔助裝置( 冷卻器、濾油器) 用油管按一 定的方式連接起來組合而成，用來把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能，以油液為介質(zhì)，經(jīng)動(dòng) 力元件轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，進(jìn)行傳遞，然后再經(jīng)過執(zhí)行元件轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)施 各種動(dòng)作。由于液壓系統(tǒng)的功能是傳遞、分配和控制機(jī)械動(dòng)力，因此是液壓 挖掘機(jī)的關(guān)鍵部分。在國外，8 0 年代以前液壓挖掘機(jī)主要采用的都是定量泵； 到了8 0 年代初期，挖掘機(jī)上開始應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，而機(jī)電一體化首先考 慮的是在提高液壓挖掘機(jī)工作效率的同時(shí)減少燃油消耗，因此，最初的改進(jìn) 是將定量泵改成變量泵，使發(fā)動(dòng)機(jī)在較好的狀態(tài)下運(yùn)行；到8 0 年代后期，液 壓系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的地步，這一時(shí)期的主要目的是為了節(jié)能，提高 工作效率。 液壓傳動(dòng)的效率既與液壓元件及其控制方式帶來的能量損失有關(guān)，也與 系統(tǒng)的類型有關(guān)，有時(shí)由于系統(tǒng)回路本身的因素造成的損失大于液壓元件固 有的能量損失“町n ”。通過分析液壓系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)，能夠充分認(rèn)識和理解挖 掘機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展的過程和趨勢。依照油液的循環(huán)情況，液壓系統(tǒng)一般可分 為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。由于閉式系統(tǒng)具有每一負(fù)載必須由獨(dú)立泵源驅(qū)動(dòng)的 缺點(diǎn)，決定了其不能滿足挖掘機(jī)多負(fù)載同時(shí)動(dòng)作的要求。相反，開式系統(tǒng)由 于能夠滿足挖掘機(jī)多負(fù)載驅(qū)動(dòng)的要求而得到廣泛的應(yīng)用。在開式系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)了多種形式和種類，可以從不同的角度對其進(jìn)行分類。從 多路閥的形式可分開中心系統(tǒng)和閉中心系統(tǒng)；從液壓泵的流量在工作中是否 變化，可分為定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)。目前國內(nèi)外廣泛采用的是變量系統(tǒng)。下 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第6 頁 面具體分析和比較一下這兩種系統(tǒng)的特性。 1 2 1 定量液壓系統(tǒng) 在定量系統(tǒng)中，由于流量固定，當(dāng)外載荷小時(shí)，不能增大流量，提高作 業(yè)速度，功率不能充分利用；而當(dāng)外載荷大時(shí)，又不能減小流量，提高轉(zhuǎn)矩， 以克服尖峰載荷。因此，為了保證主機(jī)工作，定量系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率主要根 據(jù)主機(jī)最大外載荷和正常作業(yè)速度來確定，在一般情況下，功率有很大貯備， 但挖掘機(jī)正常作業(yè)時(shí)，平均外載荷只有最大外載荷的5 0 6 0 ，也即發(fā)動(dòng)機(jī) 功率實(shí)際上只利用了5 0 一6 0 n ”。正是由于定量系統(tǒng)的效率較低，造成能源 的浪費(fèi)及系統(tǒng)發(fā)熱，所以現(xiàn)在新開發(fā)的大型液壓挖掘機(jī)上已經(jīng)很少再采用定 量系統(tǒng)。但由于定量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠，且由于流量固定， 執(zhí)行元件速度穩(wěn)定，因此適合于要求開挖面質(zhì)量較好的場合。故定量系統(tǒng)在 中小型液壓挖掘機(jī)上還有一定的應(yīng)用。定量系統(tǒng)在小型挖掘機(jī)上應(yīng)用，主要 原因是：定量泵結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，工作可靠；由于定量泵經(jīng)常在非滿負(fù)載 下工作，其壽命比變量泵相對較長；同時(shí)由于定量系統(tǒng)流量固定，執(zhí)行元件 的速度也穩(wěn)定，工作裝置的軌跡容易控制，因此開挖面較好“帥”。圖1 - 1 為定 量系統(tǒng)原理圖，圖1 2 為其特性圖。 q p 1p kp n p lp p a ) 流量特性b ) 功率特性 圖1 - 1單泵定量系統(tǒng)圖1 2 單泵定量系統(tǒng)的特性 1 2 2 變量液壓系統(tǒng) 由于定量系統(tǒng)存在上述無法解決的問題，2 0 世紀(jì)6 0 年代出現(xiàn)了變量泵 系統(tǒng)并在歐洲生產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)上開始應(yīng)用。變量系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)的系統(tǒng)回 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7 頁 路和換向閥，具有隨負(fù)載的變化而自動(dòng)改變液壓泵排量的特點(diǎn)，自從應(yīng)用后 便迅速取代定量泵，目前大、中型挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的主油路基本上都采用變 量泵供油n 3 1 。因?yàn)樽兞肯到y(tǒng)有較好的節(jié)能性，所以在小挖上應(yīng)用也越來越廣 泛。簡而言之，變量液壓系統(tǒng)采用變量泵作為主泵。在泵的變量范圍內(nèi)，流 量可以隨著外載荷的變化而變化，當(dāng)外載荷較小時(shí)，流量增大，作業(yè)速度加 快，功率基本上保持恒定，而外載荷大時(shí)，流量減小，轉(zhuǎn)矩增大，以克服尖 峰負(fù)荷。由于液壓挖掘機(jī)作業(yè)速度變化較大，在定量系統(tǒng)中，只能依靠節(jié)流， 使一部分流量溢流回油箱來調(diào)節(jié)速度，造成功率損失及系統(tǒng)發(fā)熱，而變量泵 由于自身能夠根據(jù)外載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，提高作業(yè)速度，從而提高生 產(chǎn)率，而且發(fā)動(dòng)機(jī)功率可以充分利用，有較好的節(jié)能作用，是當(dāng)前液壓挖掘 機(jī)廣泛采用的系統(tǒng)。變量液壓系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率通常按照挖掘機(jī)所要克服的平 均外載荷和正常的作業(yè)速度來確定。由于定量系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率要按最大外 負(fù)荷來定，而變量系統(tǒng)的功率決定于平均負(fù)荷，當(dāng)作業(yè)速度相同時(shí)，同等級 挖掘機(jī)采用定量系統(tǒng)所需功率約為變量系統(tǒng)的1 3 1 4 倍，而功率利用率平均 約為6 0 。變量系統(tǒng)在變量范圍內(nèi)理論上可得到1 0 0 的功率利用n “，因此得 到廣泛應(yīng)用。而控制系統(tǒng)對變量系統(tǒng)的效率及挖掘機(jī)性能有很大影響，對其 相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析相當(dāng)必要。 1 2 3 幾種常用的液壓控制系統(tǒng) 小型挖掘機(jī)的作業(yè)場地大多在社區(qū)里，所以除滿足可靠、節(jié)能、高效等 大型挖掘機(jī)要求的性能外，還需重點(diǎn)突出安全、低公害、美觀、操作維護(hù)簡 單。由于作業(yè)空間的限制，必須控制精度高、靈活，所以小型挖掘機(jī)不是大 型挖掘機(jī)的按比例縮小，它有獨(dú)到的技術(shù)特點(diǎn)及性能要求。控制模式是挖掘 機(jī)的靈魂，液壓系統(tǒng)采用先進(jìn)的與負(fù)載無關(guān)的控制模式，產(chǎn)品的精細(xì)化操作 和舒適性可以得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，使產(chǎn)品性能更加可靠“”。 挖掘機(jī)每完成一次挖掘、卸載作業(yè)，動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)都要各自 動(dòng)作一次，負(fù)載、速度的不斷變化以及復(fù)合動(dòng)作的飽和性決定了泵壓和排量 的不斷變化，所以挖掘機(jī)要通過機(jī)電液控制來滿足不同工況的要求。目前世 晁對于小型液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的控制模式主要有電控模式、電液聯(lián)合控制 模式以及液控模式等，其中典型的挖掘機(jī)液壓控制模式有如圖1 3 所示n 盯n 帕 的負(fù)流量的節(jié)流控制、負(fù)荷傳感控制和負(fù)載獨(dú)立流量分配控制3 種。以下就 幾種常見的系統(tǒng)作簡要說明。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第8 頁 其一負(fù)流量的節(jié)流控制系統(tǒng)。液壓油在經(jīng)過換向閥回油箱前增加一個(gè)節(jié) 流閥，根據(jù)節(jié)流閥前的壓力大小來調(diào)節(jié)主泵排量。如圖1 3 a 所示，當(dāng)換向閥 回油量大時(shí)，控制油路的壓力升高，主泵排量減小，反之，主泵排量增大。 執(zhí)行元件動(dòng)作的快慢，由操作人員操縱先導(dǎo)滑閥決定，先導(dǎo)滑閥的控制壓力 決定換向閥開度，換向閥開度決定了回油量的大小，進(jìn)而控制了泵排量，比 正流量控制更加精細(xì)n ”。 酐躊琶 a ) 負(fù)流量節(jié)流控制系統(tǒng)b ) l s 控制系統(tǒng)c ) l u d v 控制系統(tǒng) 圖1 3 液壓控制方式 其二是中位封閉的負(fù)荷傳感系統(tǒng)如圖1 3 b 所示。在多年來眾所周知的負(fù) 載傳感系統(tǒng)( l o a ds e n s i n g ) q b ，與負(fù)載壓力無關(guān)性是通過設(shè)在測量阻尼孔前的 壓力補(bǔ)償閥實(shí)現(xiàn)的。通過各自的壓力補(bǔ)償閥以及負(fù)載傳感泵的作用，能使泵 的輸出壓力和流量自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載需求，大幅度提高液壓系統(tǒng)效率。將負(fù)荷傳 感控制用于類似挖掘機(jī)這樣的行走式工程機(jī)械，是在2 0 世紀(jì)6 0 7 0 年代被提 出n 8 2 “，但直到1 9 8 8 年才在歐洲真正用于液壓挖掘機(jī)n “。進(jìn)入9 0 年代后，日 本也開始在這方面加以研究心“，并推出了一系列相應(yīng)的挖掘機(jī)產(chǎn)品，如小松 公司的p c 2 0 0 6 幢”、日立建機(jī)的e x 2 0 0 2 心4 等。將負(fù)荷傳感控制應(yīng)用于液壓挖 掘機(jī)時(shí)，為了保證正常工作，泵輸出壓力只能與最高的負(fù)載壓力適應(yīng)，即負(fù) 荷傳感控制只在最高負(fù)載回路上起作用，對其他負(fù)載壓力較低的回路采用壓 力補(bǔ)償，使閥口壓差繼續(xù)保持定值。當(dāng)閥口丌度過大，使系統(tǒng)要求的流量超 出泵的供油能力時(shí)，最高負(fù)載回路上的執(zhí)行元件速度將會降低直到停止運(yùn)動(dòng)， 使挖掘機(jī)動(dòng)作失去協(xié)調(diào)性。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第9 頁 其三為獨(dú)立流量分配系統(tǒng)即l u d v 系統(tǒng)如圖1 3 c 所示，該系統(tǒng)解決了負(fù) 荷傳感存在的問題，在此方案中，壓力補(bǔ)償閥設(shè)在多路閥的下游，各執(zhí)行元 件中的最高壓力信號被傳遞給所有壓力補(bǔ)償閥和液壓泵。在負(fù)荷傳感控制中， 傳統(tǒng)的壓力補(bǔ)償閥是基于定差減壓原理的，而上述流量分配型的壓力補(bǔ)償閥 是基于比例溢流閥原理。最高負(fù)載壓力信號被作為比例控制信號傳遞給所有 的壓力補(bǔ)償閥，使所有多路閥的輸出壓力都被限定在同樣的壓力即最高負(fù)載 壓力下，而負(fù)荷傳感控制器也在最高負(fù)載壓力的作用下，對液壓泵排量進(jìn)行 控制，使泵輸出的壓力比最高負(fù)載壓力高出一個(gè)固定值。這樣，所有的多路 閥閥口上的壓差就可以控制在同一個(gè)值。即使泵輸出流量不足，無法維持多 路閥閥口上正常的負(fù)荷傳感壓差，但在溢流型壓力補(bǔ)償閥的作用下，仍然可 以使所有多路閥閥口上的壓差繼續(xù)保持一致。在這種情況下，雖然各執(zhí)行機(jī) 械的工作速度會降低，但由于所有閥口上的壓差一致，因此各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工 作速度之間經(jīng)比例關(guān)系仍然保持不變，從而保證了挖掘機(jī)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。 2 0 世紀(jì)9 0 年代以來，在液壓挖掘機(jī)上開始使用獨(dú)立流量分配系統(tǒng)，一 般由變量泵、中閉式負(fù)荷傳感多路閥、卸荷閥、壓差傳感器及電氣控制部分 組成，其控制閥無論在中位開式還是在中位閉式方式，都附有壓力補(bǔ)償閥。 各控制系統(tǒng)的共同點(diǎn)、不同點(diǎn)及應(yīng)用范圍如表1 - 1 所列。 表1 - 1 控制系統(tǒng)比較 類型共同點(diǎn)不同點(diǎn) 應(yīng)用場合 存在節(jié)流損失與溢流損不宜用于安全 節(jié)流控制系統(tǒng)失，控制范圍受負(fù)載影響，性要求較高的設(shè) 在流量供 需要合流技術(shù)等備 應(yīng)充足下， 都可以根據(jù) 減小了節(jié)流損失，無溢流 不宜用于系統(tǒng) l s 控制系統(tǒng)用戶的需要 損失，控制范圍不受負(fù)載影 常處于流量飽和 調(diào)節(jié)泵的排 響，流量飽和時(shí)多負(fù)載相互 的設(shè)備 量，使各負(fù) 影響 載按要求運(yùn) 單泵單回路系統(tǒng)，流量飽 主要用于負(fù)載 l u d v 控制系統(tǒng) 行 和時(shí)負(fù)載間按開口面積按 相差不大的設(shè)備， 比如小型挖掘機(jī) 比例分配流量 等 本論文研究的液壓挖掘機(jī)采用b o s c hr e x r o t h 公司的帶l u d v 控制的單 泵供油系統(tǒng)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第10 頁 1 3 國內(nèi)外小型液壓挖掘機(jī)的主要差距 通過以上分析得到與國外相比，目前國產(chǎn)小型挖掘機(jī)主要差距是： 1 在液壓系統(tǒng)及元件方面，國內(nèi)企業(yè)基本上還不具備生產(chǎn)各種具有節(jié) 能效果的多路閥和液壓泵的能力，國產(chǎn)具有節(jié)能性的挖掘機(jī)一般多是選擇國 外液壓元件和系統(tǒng)組裝而成。另外，國產(chǎn)挖掘機(jī)還沒有開發(fā)出閥控缸的電子 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，多路閥上沒有能量回收裝置，工作裝置動(dòng)作欠協(xié)調(diào)，這些都 是國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)的差距。 2 通過實(shí)際使用證明，目前國產(chǎn)柴油機(jī)的綜合性能指標(biāo)還無法最佳滿 足小型挖掘機(jī)的要求，與國外工程機(jī)械用柴油機(jī)相比，國產(chǎn)柴油機(jī)普遍存在 轉(zhuǎn)矩儲備低，過載能力、可靠性差等缺點(diǎn)，這也是制約國產(chǎn)挖掘機(jī)發(fā)展的主 要因素。 3 國內(nèi)沒有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方法，部分企業(yè)完全是模仿。對于國外而言， 因?yàn)槠渖a(chǎn)挖掘機(jī)時(shí)間比較長，設(shè)計(jì)理論不斷更新，美、英、日等國家推廣 采用有限壽命設(shè)計(jì)理論以替代傳統(tǒng)的無限壽命設(shè)計(jì)理論和方法，并將疲勞損 傷累積理論、斷裂力學(xué)、有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)控制的電液伺服 疲勞試驗(yàn)技術(shù)、疲勞強(qiáng)度分析方法等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于挖掘機(jī)的強(qiáng)度研究方面 促進(jìn)了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)高效和競爭力。美國提出了考核動(dòng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方 法，并創(chuàng)立了預(yù)測產(chǎn)品失效和更新的理論。日本制定了挖掘機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度評 定程序，研制了可靠性處理系統(tǒng)啪，。在上述基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，借助于大量 試驗(yàn)，縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)周期，加速了挖掘機(jī)更新?lián)Q代的進(jìn)程，并提高其 可靠性和耐久性。 綜上所述，國內(nèi)小型挖掘機(jī)的差距還大，首先急需攻克液壓配套件，同 時(shí)應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、智能化；在設(shè)計(jì)理論方面，應(yīng)更 新設(shè)計(jì)理論，提高可靠性，延長使用壽命；并注重外觀的精美與人機(jī)工程學(xué) 的運(yùn)用。 1 4 本論文研究內(nèi)容 本文以樣機(jī)p z 7 0 7 的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對小型液壓挖掘 機(jī)的液壓控制系統(tǒng)展開研究。從本文內(nèi)容來看，第二章針對于7 t 樣機(jī)p z 7 0 7 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 1 頁 的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，其中包括工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)以及多路閥 等。第三章針對目前小型液壓挖掘機(jī)采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，其中包 括節(jié)流控制、l s 控制、l u d v 控制等。第四章為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析，以挖掘機(jī) 中典型的l s 與l u d v 控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，基于a m e s i m 仿真軟件在系 統(tǒng)輸入相同情況下進(jìn)行兩種控制系統(tǒng)的對比分析，結(jié)合樣機(jī)中液壓配套件的 參數(shù)，同時(shí)將l u d v 系統(tǒng)進(jìn)一步完善，建立了液壓泵、多路閥及工作裝置的 簡化模型，為后面的試驗(yàn)曲線的比較作準(zhǔn)備。第五章對樣機(jī)進(jìn)行了一系列的 測試，并對相關(guān)的測試曲線與仿真曲線進(jìn)行對比，得出模型建立的準(zhǔn)確性。 綜上所述，本論文的目的之一在于以實(shí)際的仿真曲線比較兩系統(tǒng)的綜合 性能，并通過對仿真結(jié)果與理論分析進(jìn)行比較，得出仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性；目 的之二進(jìn)行樣機(jī)測試，并對測試結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析，以試驗(yàn)結(jié)果 證明建立的仿真模型的準(zhǔn)確性，從而得出仿真結(jié)果是可信的，為液壓系統(tǒng)的 進(jìn)一步改進(jìn)提供數(shù)據(jù)參考。分析證明運(yùn)用a m e s i m 軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)減少了 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中液壓配套件選擇的難度，更提高了工作效率以及減少測試 中問題解決的時(shí)間。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第12 頁 第2 章樣機(jī)液壓系統(tǒng)分析 液壓挖掘機(jī)主要組成部分有：工作裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、液壓系 統(tǒng)、傳動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備等，液壓技術(shù)體現(xiàn)在各個(gè)組成部分 之中。動(dòng)力裝置輸出的功率能否得到有效利用，一直以來是挖掘機(jī)設(shè)計(jì)研究 人員努力追求的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的核心技術(shù)是對挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的研究。 本章就7 t 樣機(jī)p z 7 0 7 的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，下章就其液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行分 析，為后面仿真與試驗(yàn)作鋪墊。 如圖2 - 1 所示為p z 7 0 7 液壓挖掘機(jī)的外形結(jié)構(gòu)圖。 圖2 1液壓挖掘機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖 l 一發(fā)動(dòng)機(jī)；2 動(dòng)臂缸；3 一斗桿缸；4 鏟斗缸；5 一工作裝置； 6 行走馬達(dá)：7 一回轉(zhuǎn)馬達(dá) 4 主要結(jié)構(gòu)分為三大部分：底盤、平臺、工作裝置。工作裝置5 通過轉(zhuǎn)向 頭鉸接于回轉(zhuǎn)平臺的前端；回轉(zhuǎn)平臺與底盤問通過回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接；發(fā)動(dòng)機(jī)1 后置于回轉(zhuǎn)平臺上；駕駛室置于回轉(zhuǎn)平臺的左前角；底盤前端裝有推土鏟； 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 3 頁 行走架上裝履帶；傳動(dòng)系統(tǒng)為帶l u d v 控制的獨(dú)立流量分配液壓系統(tǒng)，其操 縱方式為全液壓先導(dǎo)式；電器系統(tǒng)兼有起動(dòng)、照明、監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警功能。 如圖所示，動(dòng)力系統(tǒng)即發(fā)動(dòng)機(jī)1 帶動(dòng)柱塞泵將液壓能傳遞給鏟斗油缸4 、斗 桿油缸3 、動(dòng)臂油缸2 、回轉(zhuǎn)馬達(dá)7 、行走馬達(dá)6 以及推土板等。 要了解和設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)，首先要分析液壓挖掘機(jī)的工作過程及 其作業(yè)要求，掌握各種液壓作用元件動(dòng)作時(shí)的流量、力和功率要求以及液壓 作用元件相互配合的復(fù)合動(dòng)作要求和復(fù)合動(dòng)作時(shí)油泵對同時(shí)作用的各液壓作 用元件的流量分配和功率分配情況。 2 1液壓挖掘機(jī)的工況分析 液壓挖掘機(jī)的作業(yè)過程包括以下幾個(gè)動(dòng)作：動(dòng)臂升降、斗桿收放、鏟斗 裝卸、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、整機(jī)行走以及其它輔助動(dòng)作。除了輔助動(dòng)作( 例如整機(jī)轉(zhuǎn)向 等) 不需全功率驅(qū)動(dòng)以外，其它都是液壓挖掘機(jī)的主要?jiǎng)幼?，要考慮全功率驅(qū) 動(dòng)。由于液壓挖掘機(jī)的作業(yè)對象和工作條件變化較大，主機(jī)的工作有兩項(xiàng)特 殊要求：其一是實(shí)現(xiàn)各種主要?jiǎng)幼鲿r(shí)，阻力與作業(yè)速度隨時(shí)變化，因此，要 求液壓缸和液壓馬達(dá)的壓力和流量也能相應(yīng)變化；其二是為了充分利用發(fā)動(dòng) 機(jī)功率和縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，工作過程中往往要求有兩個(gè)主要?jiǎng)幼? 例如提升 與回轉(zhuǎn)) 同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合動(dòng)作。 液壓挖掘機(jī)一個(gè)作業(yè)循環(huán)的組成和動(dòng)作的復(fù)合主要包括： 1 挖掘：通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸進(jìn)行挖掘，或者兩者配合進(jìn) 行挖掘，因此，在此過程中主要是鏟斗和斗桿的復(fù)合動(dòng)作，必要時(shí)，配以動(dòng) 臂動(dòng)作。 2 滿斗舉升回轉(zhuǎn)：挖掘結(jié)束，動(dòng)臂液壓缸將動(dòng)臂項(xiàng)起，滿斗提升，同 時(shí)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。 3 卸載：轉(zhuǎn)到卸土點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)臺制動(dòng)，用斗桿液壓缸調(diào)節(jié)卸載半徑，然 后鏟斗液壓缸回縮，鏟斗卸載。為了調(diào)整卸載位置，還要有動(dòng)臂液壓缸的配 合；此時(shí)是斗桿和鏟斗的復(fù)合動(dòng)作，間以動(dòng)臂動(dòng)作。 4 空斗返回：卸載結(jié)束，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸配 合，把空斗放到新的挖掘點(diǎn)，此時(shí)是回轉(zhuǎn)和動(dòng)臂或斗桿的復(fù)合動(dòng)作。 綜上所述，整個(gè)作業(yè)循環(huán)過程為：首先液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)行走馬達(dá)和配套 土方運(yùn)輸車輛一起進(jìn)入作業(yè)面，運(yùn)輸車輛倒車、調(diào)整，?？吭谕诰驒C(jī)的側(cè)方 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第14 頁 或后方。挖掘機(jī)司機(jī)扳動(dòng)操縱手柄，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥接通，于是回轉(zhuǎn)馬達(dá) 轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)上部平臺回轉(zhuǎn)，使工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘地點(diǎn)，在執(zhí)行上述過程的同 時(shí)操縱動(dòng)臂油缸換向閥，使動(dòng)臂油缸上腔進(jìn)油，將動(dòng)臂下降，直至鏟斗接觸 地面，然后司機(jī)操縱斗桿油缸和鏟斗油缸的換向閥，使兩者的大腔進(jìn)油，配 合動(dòng)作以加快作業(yè)進(jìn)度，進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作的挖掘和裝載，鏟斗裝滿后將斗桿油 缸和鏟斗油缸的操縱手柄扳回中位，使鏟斗和斗桿油缸閉鎖，再操縱動(dòng)臂油 缸換向閥，使動(dòng)臂油缸的下腔進(jìn)油，將動(dòng)臂提升，舉起裝滿土的鏟斗離開工 作面，隨即扳動(dòng)平臺回轉(zhuǎn)換向閥手柄，使上部平臺回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鏟斗轉(zhuǎn)至運(yùn)輸 車輛上方，再操縱斗桿油缸使斗桿高度稍降一些，并在適當(dāng)?shù)母叨炔倏v鏟斗 油缸使鏟斗卸土。土方卸完后，使平臺反轉(zhuǎn)并降低動(dòng)臂，直至鏟斗回到作業(yè) 點(diǎn)上方，以便進(jìn)行下一工作循環(huán)n ”。 2 2 液壓系統(tǒng)原理圖 4 1 1 1 6 n4 t h 6 b l r , i t l l l 6 n ! p 。拇 c o 門 艫u i 甜 圖2 2 液壓挖掘機(jī)