挖掘機液壓控制系統(tǒng)

挖掘機液壓控制系統(tǒng)
　目前，機電液一體是液壓挖掘機的主要發(fā)展方向，其目的是實現(xiàn)液壓挖掘機的全自動化，即人們對液壓挖掘機的研究，逐步向機電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，使挖掘機由傳統(tǒng)的杠桿操縱逐步發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、電氣操縱、液壓伺服操縱、無線電操縱、電液比例操縱和計算機直接操縱。所以，對挖掘機的機電液一體化的研究，主要集中在液壓挖掘機的控制系統(tǒng)上。
　　液壓挖掘機控制系統(tǒng)是對發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達）等所構(gòu)成的動力系統(tǒng)進行控制的系統(tǒng)。按控制功能，可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和力（或壓力）控制系統(tǒng)；按控制元件，可分為發(fā)動機控制系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、多路換向閥控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件控制系統(tǒng)和整機控制系統(tǒng)。
　　目前，液壓挖掘機控制系統(tǒng)已發(fā)展到復合控制系統(tǒng)。
　　發(fā)動機的控制系統(tǒng)
　　由柴油機的外型特性曲線可知，柴油機是近似的恒扭矩調(diào)節(jié)，其輸出功率的變化表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速的變化，但輸出扭矩基本不變化。油門開度增加（或減?。?，柴油機輸出功率就增加（或減?。?，由于輸出扭矩基本不變，所以柴油機轉(zhuǎn)速也增加（或減小），即不同的油門開度對應著不同的柴油機轉(zhuǎn)速。由此可見，對柴油機控制的目的是，通過對油門開度的控制來實現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
　　目前應用在液壓挖掘機柴油機上的控制裝置有電子功率優(yōu)化系統(tǒng)、自動怠速裝置、電子調(diào)速器、電子油門控制系統(tǒng)等。
　　液壓元件控制系統(tǒng)
　　對液壓泵的控制都是通過調(diào)節(jié)其變量擺角來實現(xiàn)的。根據(jù)控制形式的不同，可分為功率控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)和組合控制系統(tǒng)等三大類。其中的功率控制系統(tǒng)有恒功率控制、總功率控制、壓力切斷控制和變功率控制等；流量控制系統(tǒng)有手動流量控制、正流量控制、負流量控制、最大流量二段控制、負荷傳感控制和電氣流量控制等；組合控制系統(tǒng)是功率控制和流量控制的組合控制，在液壓控制機上應用最多。
　　液壓控制閥控制系統(tǒng)
　　1）先導型控制系統(tǒng) 換向控制閥的控制形式有直動型（用手柄直接操縱換向閥主閥芯，目前少用）和先導型兩種。后者是用先導閥控制先導油液，再用先導油液控制換向閥的主閥芯，它又分為機液先導型和電液先導型兩類。
　　2）負荷傳感控制系統(tǒng) 閥控系統(tǒng)實質(zhì)上是節(jié)流式系統(tǒng)。在液壓挖掘機上，目前常用的是一般的三位六通多路閥，其滑閥的微調(diào)性能和復合操作性能差。20世紀90年代以來，在液壓挖掘機上開始采用負荷傳感控制系統(tǒng)，其控制閃不論是中位開式方式還是中位閉式方式，都附帶有壓力補償閥。采用電子控制壓力補償?shù)囊簤和诰驒C液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)比較，負荷傳感控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：
　?。?）節(jié)省能源消耗。普通三位六通換向閥無論采用定量泵還是變量泵，總要有一部分油液經(jīng)溢流閥溢掉，浪費了能量。而使用負荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量全部用于負載上，泵的壓力僅比負荷壓力大1-3MPa。
　?。?）流量控制精度高，不受負荷壓力變化的影響。
　?。?）幾個執(zhí)行元件可以同步運動或以某種速比運動，且互不干擾。普通三位六通閥系統(tǒng)用的是并聯(lián)油路，當幾個執(zhí)行元件同時動作時，泵輸出的油液首先流向壓力低的執(zhí)行元件，不能同步。
　　負荷傳感控制系統(tǒng)包括負荷傳感控制閥和負荷傳感控制泵（或定量泵）。 
　　3）完全負荷傳感控制系統(tǒng) 完全負荷傳感控制系統(tǒng)由負荷傳感控制閥和負荷傳感控制變量泵組成。
　　上述的負荷傳感控制閥只解決了滑閥的微調(diào)性能和復合操作性能，而沒有解決節(jié)省能源問題。定量泵和負荷傳感控制閥的系統(tǒng)也沒有節(jié)省能源消耗，因為泵所輸出的流量超過執(zhí)行元件（液壓缸和液壓馬達）所需要的流量時，多余的油液經(jīng)壓力補償閥流回油箱（為保持壓差恒定）變?yōu)闊崮?。只有完全負荷傳感控制系統(tǒng)才能解決節(jié)省能源問題。
　　4）帶次級壓力補償閥的負荷傳感系統(tǒng)德國力士樂公司等（包括Atlas公司、Eder公司）在其生產(chǎn)的液壓挖掘機上設置了負荷傳感分流器LUOV（Last Unabhangige Durchfluss Vereilung）系統(tǒng)，其主要作用是：當多個執(zhí)行元件同時工作、所需的流量大于液壓泵的流量時，產(chǎn)生供油不足的現(xiàn)象，這不能使正在工作臺的執(zhí)行元件與負載壓力無關的控制得到保證。LUDV系統(tǒng)能保證在供油不足時所有執(zhí)行元件的工作速度按正比例下降，以獲得與負載壓力無關的控制。
　　執(zhí)行元件控制系統(tǒng)
　　1）行走自動二速系統(tǒng) 行走自動二速系統(tǒng)只有在行走速度轉(zhuǎn)換開關處于二速位置時才具有此功能。此時，其信號使行走二速電磁閥換向；與此同時，通過二速用伺機服缸使行走馬達處于二速位置，挖掘機可高速行走。
　　另外，控制選擇閥還受行走壓力的作用，在上坡等負載大的時候，控制選擇閥向一速的一側(cè)換向；二速用伺服的控制油壓卸荷，使行走馬達自動向一速位置轉(zhuǎn)換，驅(qū)動力增大。
挖掘機在平地上行走及下坡行走等工況時，行走阻力變小，控制選擇閥再換向，對二速用伺服缸作用，行走馬達自動地又回到二速位置上，使控制機高速行走。
　　2）轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)搖晃防止機構(gòu) 轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)搖晃防止機構(gòu)是挖掘機轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)停止后消除其搖晃的機構(gòu)，其工作原理是：
　　回轉(zhuǎn)馬過停止運轉(zhuǎn)的過程中，反轉(zhuǎn)防止閥兩側(cè)受卸荷壓力作用，彈簧壓縮。由于左、右壓力相等，反轉(zhuǎn)防止閥不能換向。
　　回轉(zhuǎn)馬達停止運轉(zhuǎn)后B口側(cè)壓力比A口側(cè)高，對回轉(zhuǎn)馬達產(chǎn)生反力作用，回轉(zhuǎn)馬達搖晃，此時A口側(cè)壓力比B口側(cè)的高，對反轉(zhuǎn)防止閥產(chǎn)生壓力。由于閥中有節(jié)流孔，產(chǎn)生時間滯后，滑閥向右移動，從而使A口與B口聯(lián)通、壓力相等。因此，轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)搖晃僅一次而已。
　　3）工作裝置控制系統(tǒng) 液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)中有六個執(zhí)行元件——左、右行走馬達，轉(zhuǎn)達臺回轉(zhuǎn)馬達，動臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸。為了提高挖掘機的生產(chǎn)率和節(jié)省能源消耗，在挖掘機的挖掘裝載過程中，需要回轉(zhuǎn)馬達和三種液壓缸協(xié)調(diào)動作，即工作裝置控制系統(tǒng)應具備如下三項功能：
　　（1）控制機控制功能。鏟斗沿水平面或與水平面成一定角度的直線運動，圓弧運動；任意軌跡運動。
　?。?）裝載挖掘功能。完成滿斗提升、回轉(zhuǎn)和卸載。在這一過程中要求鏟斗相對于地平面保持開始提升時的角度，以防止鏟斗內(nèi)物料在提升過程中撒落。
　?。?）復位控制功能。卸載后通過動臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn)等四個動作的聯(lián)動，使鏟斗恢復到開始挖掘的位置。
　　上述挖掘機工作裝置的控制形式有機液控制和計算機控制等兩種方式。
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