主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究分析 2024-09-28

裝載機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究分析

摘要：對(duì)裝載機(jī)整機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了全面的研究。對(duì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)若干理論問(wèn)題進(jìn)行了理論分析；分析了不同工況下裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；討論了換向閥控制工作油缸時(shí)的壓力損失，對(duì)具有同軸流量放大轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。
　　　1、裝載機(jī)整機(jī)液壓系統(tǒng)的應(yīng)用：
　　　1.1　裝載機(jī)整機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的工程背景及意義：
　　裝載機(jī)是工程機(jī)械中重要的機(jī)種，是一種集鏟、運(yùn)、裝、卸作業(yè)于一體的自行式機(jī)械。今后輪式裝載機(jī)仍將是工程機(jī)械中最重要的機(jī)種之一。一個(gè)液壓系統(tǒng)是由多個(gè)元件相互連接而成的，每個(gè)元件的工作性能往往不能代表整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能。因此有必要對(duì)整機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行較全面的分析研究。
　　1.2　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
　　實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室、試驗(yàn)沙場(chǎng)、野外原生土實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)地進(jìn)行。具體如下，針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案。對(duì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)如下參數(shù)進(jìn)行了分工況測(cè)量，測(cè)量參數(shù)為：(1)工作泵出口壓力；(2)動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔壓力‘(3)動(dòng)臂油缸有桿腔壓力；(4)轉(zhuǎn)斗油缸無(wú)桿腔壓力；(5)轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力I(6)轉(zhuǎn)向泵出口壓力；(7)轉(zhuǎn)向器人口壓力；(8)轉(zhuǎn)向油缸壓力(左、右)；(9)先導(dǎo)控制減壓閥控制壓力；(10)動(dòng)臂的角位移。分別在如下工況下進(jìn)行測(cè)試空載工況；①標(biāo)準(zhǔn)載荷工況(1.4噸，2.0噸，3.6噸，5.0噸)；②沙場(chǎng)實(shí)時(shí)裝載工況；③野外原生土實(shí)時(shí)裝載工況。
　　2、裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析：
　　2.1　概述：
　　所示為裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)。它由四個(gè)部分組成；
　　1　轉(zhuǎn)斗液壓缸；2　動(dòng)臂液壓缸；3　動(dòng)臂液壓缸換向閥；4　轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥；5　單向閥；6　液壓泵；7　濾油器；8　溢流閥；9　緩沖補(bǔ)油閥；10　油箱
　�、賱�(dòng)力元件——液壓泵；②執(zhí)行元件——兩個(gè)轉(zhuǎn)斗液壓缸和兩個(gè)動(dòng)臂液壓缸；③輔助元件；④控制調(diào)節(jié)裝置——用來(lái)控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分流體壓力、流量和方向的閥。
　　在該系統(tǒng)中設(shè)有方向控制閥、過(guò)載閥和溢流閥。
　　(1)方向控制閥——設(shè)有動(dòng)臂液壓缸換向閥和轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥，用來(lái)控制轉(zhuǎn)斗液壓缸的和動(dòng)臂液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向，使鏟斗和動(dòng)臂能停在某一位置，并可以通過(guò)控制換向閥的開(kāi)度來(lái)獲得液壓缸的不同速度。轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥是三位六通滑閥，它可控制鏟斗前傾、后傾和固定在某一位置等三個(gè)動(dòng)作，動(dòng)臂液壓缸換向閥是四位六通滑閥，它可控制動(dòng)臂上升、下降、固定和浮動(dòng)等四個(gè)動(dòng)作。動(dòng)臂浮動(dòng)位置可使裝載機(jī)在平地堆積作業(yè)時(shí)，工作裝置能隨地面情況自由浮動(dòng)。
　　(2)溢流閥——控制系統(tǒng)壓力。
　　(3)緩沖補(bǔ)油閥(雙作用閥)——它由過(guò)載閥和單向閥組成，并聯(lián)裝在轉(zhuǎn)斗液壓缸的回路上，其作用由三個(gè)：①當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸滑閥在中位時(shí)，轉(zhuǎn)斗液壓缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引起局部油路壓力劇升，將導(dǎo)致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、管路的破壞。設(shè)置過(guò)載閥即能緩沖該過(guò)載油壓。②在動(dòng)臂升降過(guò)程中，使轉(zhuǎn)斗液壓缸自動(dòng)進(jìn)行泄油和補(bǔ)油。裝載機(jī)連桿機(jī)構(gòu)上設(shè)有限位塊，當(dāng)動(dòng)臂在升降至某一位置時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)的干涉現(xiàn)象。③裝載機(jī)在卸載時(shí)，能實(shí)現(xiàn)鏟斗靠自重快速下翻。并順勢(shì)撞擊限位塊，使斗內(nèi)剩料卸凈。當(dāng)卸料時(shí)，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗。當(dāng)鏟斗重心越過(guò)斗下餃點(diǎn)后，鏟斗在重力作用下加速翻轉(zhuǎn)。但其速度受到液壓泵供油速度的限制，由于緩沖補(bǔ)油閻中的單向閥及時(shí)向轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔補(bǔ)油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實(shí)現(xiàn)撞斗卸料。為了提高裝載機(jī)的作業(yè)效率，該系統(tǒng)采用雙泵合流、分流、轉(zhuǎn)向優(yōu)先的卸荷系統(tǒng)。當(dāng)轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向泵向工作系統(tǒng)提供多余的油液。不轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向泵的全部油液經(jīng)合流單向閥進(jìn)入工作裝置系統(tǒng)。當(dāng)工作裝置系統(tǒng)壓力達(dá)到卸荷閥調(diào)定的壓力，轉(zhuǎn)向泵提供給工作裝置的油液經(jīng)卸荷閥流回油箱，從而使液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)提供更大的鏟入力。合理的利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高了整機(jī)的作業(yè)效率。
　　2.2　空載工況實(shí)驗(yàn)
　　2.2.1　空載實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境
　　空載實(shí)驗(yàn)是在工作裝置無(wú)負(fù)載的情況下進(jìn)行的，它表明了系統(tǒng)在無(wú)負(fù)載干擾的情況下系統(tǒng)自身的性能。通過(guò)對(duì)該工況的實(shí)驗(yàn)，可以了解整機(jī)液壓系統(tǒng)的原始特性以及整機(jī)工作時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況空載實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)低速、中速、高速等三種情況下，完成裝載機(jī)工作裝置的收斗、動(dòng)臂起升、卸斗、動(dòng)臂下降等動(dòng)作。在此期間測(cè)試并紀(jì)錄轉(zhuǎn)向泵出口、工作泵出口、動(dòng)臂油缸下腔、動(dòng)臂油缸上腔、轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔、轉(zhuǎn)斗油缸無(wú)桿腔等6個(gè)點(diǎn)的壓力，以及動(dòng)臂轉(zhuǎn)角、鏟斗轉(zhuǎn)角等共計(jì)8個(gè)物理量的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
　　2.2.2　空載實(shí)驗(yàn)典型實(shí)驗(yàn)
　　分別是三種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下工作裝置5個(gè)物理量的時(shí)域陣列曲線(xiàn)。這5個(gè)物理量分別是：1通道：轉(zhuǎn)向泵壓力；2通道；工作泵壓力；3通道：動(dòng)臂油缸下腔的壓力；4通道：轉(zhuǎn)斗油缸無(wú)桿腔壓力，5通道：轉(zhuǎn)斗油缸有桿腔壓力。其橫坐標(biāo)描述的時(shí)間歷程包括了收斗、動(dòng)臂上升、卸斗、鏟斗放平、動(dòng)臂下降等5個(gè)裝載機(jī)完成鏟裝工作的動(dòng)作。
　　2.3　工作裝置連桿機(jī)構(gòu)干涉狀態(tài)實(shí)驗(yàn)
　　實(shí)驗(yàn)用裝載機(jī)采用轉(zhuǎn)斗油缸后置式反轉(zhuǎn)六桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)；(1)轉(zhuǎn)斗油缸無(wú)桿腔進(jìn)油時(shí)轉(zhuǎn)斗鏟取物料，并且連桿系統(tǒng)的倍力系數(shù)能設(shè)計(jì)成較大值，所以可以獲得較大的鏟取力；(2)恰當(dāng)?shù)倪x擇各構(gòu)件尺寸，不僅能得到良好的鏟斗平動(dòng)性能，而且可以實(shí)現(xiàn)鏟斗的自動(dòng)放平；(3)結(jié)構(gòu)十分緊湊，前懸小，司機(jī)視野好。缺點(diǎn)是搖臂和連桿布置容易發(fā)生構(gòu)件相互干涉。實(shí)驗(yàn)時(shí)將轉(zhuǎn)斗油缸縮回，使鏟斗處于完全卸斗狀態(tài)。此時(shí)提升動(dòng)臂，在動(dòng)臂提升過(guò)程中，測(cè)試結(jié)果表明有明顯的機(jī)構(gòu)干涉現(xiàn)象。
　　3、裝載機(jī)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
　　3.1　空載原地轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)
　　與裝載機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)不同，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)有：(1)助力型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；(2)負(fù)荷傳感器全液壓轉(zhuǎn)向器和優(yōu)先閥組成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)}(3)流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)I(4)雙泵卸荷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)空載實(shí)驗(yàn)是在鏟斗內(nèi)不裝物料時(shí)進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向，實(shí)驗(yàn)時(shí)分別在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工作轉(zhuǎn)速下測(cè)試轉(zhuǎn)向泵出口、轉(zhuǎn)向器入口，左右轉(zhuǎn)向油缸人口等4個(gè)壓力值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)向器自身是穩(wěn)定的。
3.2　沙場(chǎng)模擬工況實(shí)驗(yàn)
　　模擬工作過(guò)程中裝載機(jī)轉(zhuǎn)向的性能，我們可以看到：轉(zhuǎn)向時(shí)的壓力振擺依然存在。轉(zhuǎn)向壓力損失較大。
　　.3、滿(mǎn)載障礙轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)
　　裝載機(jī)在工作時(shí)轉(zhuǎn)向阻力一般較小，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力設(shè)定為14Mpa。主要是考慮到在轉(zhuǎn)向遇到障礙時(shí)具有一定的越障能力。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了障礙轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將裝載機(jī)鏟斗裝滿(mǎn)，小角度轉(zhuǎn)向越過(guò)高15cm的垂直障礙。
　4、裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)特性分析
　　4.1　作為主換向閥的對(duì)稱(chēng)四通比例換向閥控制非對(duì)稱(chēng)液壓油缸時(shí)的性能分析
實(shí)驗(yàn)樣機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)所用的主換向閥為比例方向閥。比例方向閥的節(jié)流面積比通常只有兩種，即對(duì)稱(chēng)型(面積比為1:1)的和非對(duì)稱(chēng)型(面積比為2:1)的。而面積比為1:1或接近1:1的液壓缸由對(duì)稱(chēng)型的閥芯來(lái)控制，面積比為2:1或接近2:1的則由非對(duì)稱(chēng)型的閥芯來(lái)控制，由于實(shí)驗(yàn)樣機(jī)所用的比例方向閥為對(duì)稱(chēng)型，而工作裝置油缸為單活塞桿式油缸，在裝載機(jī)的使用過(guò)程中為了避免由于對(duì)稱(chēng)型比例閥控制非對(duì)稱(chēng)型液壓缸在換向過(guò)程中所帶來(lái)的壓力躍變，在控制換向過(guò)程中將操縱手柄的換向中位設(shè)計(jì)了一定的死區(qū)，從而有效的避免了上述情況的發(fā)生。
4.2　換向閥在液壓系統(tǒng)中的壓降損失
　　換向閥是具有液流方向控制功能和流量控制功能的復(fù)合閥。換向閥的壓力損失使油液流經(jīng)換向閥時(shí)造成能量損失，引起發(fā)熱，使系統(tǒng)效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成閥不能正常工作。我們可依據(jù)換向閥的閥芯結(jié)構(gòu)將其分為對(duì)稱(chēng)類(lèi)(面積比為1:1)和不對(duì)稱(chēng)類(lèi)(面積比為2:1)兩種，對(duì)稱(chēng)類(lèi)的有“O”型、“H”型等l不對(duì)稱(chēng)類(lèi)的換向閥有“Y”型、“P”型、“M”型。同時(shí)我們也知道液壓執(zhí)行元件的負(fù)載也基本上是不對(duì)稱(chēng)的。如油缸的伸出和縮回時(shí)受力不同，液壓馬達(dá)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)負(fù)載也不同。這樣，我們就有機(jī)會(huì)組合油流方向和負(fù)載方向，使系統(tǒng)作功行程的壓力損失最小。
　5、同軸流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分析
　　5.1　液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理
　　本系統(tǒng)為“雙泵合分流同軸流量放大轉(zhuǎn)向優(yōu)先卸荷液壓系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“同軸流量放大卸荷系統(tǒng)”。工作原理如下所示。
　　1、轉(zhuǎn)向油缸；2、雙向緩沖補(bǔ)油閻；3、同軸流量放大轉(zhuǎn)；4、優(yōu)先卸荷閩；5、轉(zhuǎn)向泵；6、濾清器；7、機(jī)油箱；8、工作泵
　　5.2　同軸流量放大轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)與工作原理
同軸流量放大轉(zhuǎn)向器是在擺線(xiàn)轉(zhuǎn)閥式全液壓轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上加以改動(dòng)而成的一種新型轉(zhuǎn)向器，在原擺線(xiàn)轉(zhuǎn)閥式全液壓轉(zhuǎn)向器的閥套上添加了一排油孔，作為放大油路通道。同時(shí)，增加負(fù)荷傳感控制油路。
5.3　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型
　　5.3.1　建模時(shí)的假設(shè)
　　(1)油液的密度。粘度，彈性模量，阻尼孔的特征系數(shù)為定值；(2)泄漏流置忽略不計(jì)I(3)認(rèn)為進(jìn)人轉(zhuǎn)向器的油液流量為恒流量；(4)系統(tǒng)中換向閥和單向閥的局部損失忽略不計(jì)。
　　5.3.2　轉(zhuǎn)向教學(xué)模型
　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)左轉(zhuǎn)向模式與右轉(zhuǎn)向模式工作原理完全相同，因此，以向左轉(zhuǎn)向?yàn)槔治鲛D(zhuǎn)向系統(tǒng)特性。如圖3所示為向左轉(zhuǎn)向時(shí)簡(jiǎn)化的油路圖，A表示孔R(shí)與閥芯上槽j所形成的節(jié)流口；B表示孔短槽i與雙號(hào)H孔所形成的節(jié)流口；C表示雙號(hào)H孔與閥體上a孔所形成的節(jié)流口ID表示閥體上a孔與單號(hào)H孔所形成的節(jié)流口DE表示單號(hào)H孔與閥芯上槽j孔所形成的節(jié)流口；F表示閥套孔c1與閥芯上槽j所形成的節(jié)流口；G表示閥套孔c2與閥芯上槽K所形成的節(jié)流口。

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