主頁（yè） > 技術文章 > 裝載機（jī）液壓係統實驗研（yán）究分（fèn）析 2024-09-28

裝載機液壓係統實驗研究（jiū）分析

摘要：對裝載機整機液壓係統進行了全麵的研究。對裝載機液（yè）壓係統若幹理（lǐ）論問題進行了理論分析；分析了不（bú）同工況下裝載（zǎi）機（jī）工作裝置液壓係統和轉（zhuǎn）向液壓係統的（de）實驗結果（guǒ）；討論了換向閥控製工作油缸時的壓力損失，對具有同軸流量放大轉向器的轉向係統的性能進行了（le）分（fèn）析。
　　　1、裝載機整機液壓係統的應用：
　　　1.1　裝載機整機（jī）液壓係統實驗測試（shì）的工程（chéng）背景及意義（yì）：
　　裝載機是工（gōng）程機械中（zhōng）重要的機種，是（shì）一（yī）種集（jí）鏟（chǎn）、運、裝、卸作業（yè）於一體的自行式機（jī）械。今後輪式裝載機（jī）仍將是工程機械中最重要的機種（zhǒng）之一。一個液壓係統是由多個（gè）元件相互連（lián）接而成的，每個元件的工作性能往往不（bú）能代表整個液壓係統的性能。因此（cǐ）有必要對整機液壓係統進行較全麵的分析研究。
　　1.2　實驗準備及實驗過程：
　　實驗在實驗室、試驗沙場、野外原生土實驗現場等場地進行。具體如下，針對產品特（tè）點設計了實驗方案（àn）。對裝載機液壓係統（tǒng）如下參數進行了（le）分工（gōng）況測（cè）量，測量參數為：(1)工作（zuò）泵出口壓力；(2)動臂油缸無（wú）杆腔壓力‘(3)動臂油缸有杆腔壓力；(4)轉鬥油缸無杆腔壓力；(5)轉鬥油缸有（yǒu）杆腔壓（yā）力I(6)轉向泵出（chū）口壓力；(7)轉向器人（rén）口壓力；(8)轉向油缸壓力(左、右)；(9)先（xiān）導控製減壓閥控製壓力；(10)動臂的角位移。分別在如下工況下進行測試空載工況；①標準載荷工況(1.4噸（dūn），2.0噸，3.6噸（dūn），5.0噸（dūn）)；②沙場實時（shí）裝載工況（kuàng）；③野外原生土實時裝載工況。
　　2、裝（zhuāng）載機工作裝置液壓係統的實驗分析：
　　2.1　概述：
　　所示為裝載機工作裝置液壓係統（tǒng）。它由四個部分組成；
　　1　轉鬥液壓（yā）缸；2　動臂液壓缸；3　動臂液壓缸換向（xiàng）閥；4　轉鬥液壓缸換向閥；5　單向（xiàng）閥；6　液壓泵；7　濾油器；8　溢流閥；9　緩衝補油閥（fá）；10　油箱
　　①動（dòng）力元件——液壓泵；②執行元件——兩個轉鬥液壓缸和兩（liǎng）個動臂液壓缸（gāng）；③輔助元件（jiàn）；④控製調（diào）節裝置——用來控（kòng）製和調節係（xì）統各（gè）部（bù）分流體壓力、流量（liàng）和方向的閥。
　　在該係統中設有方向（xiàng）控製閥、過（guò）載閥和溢流閥。
　　(1)方向控製閥——設有動臂液（yè）壓缸換向（xiàng）閥和轉鬥液壓缸換向閥，用來控製轉鬥液壓缸的和動（dòng）臂液壓缸（gāng）的運動方向，使鏟鬥（dòu）和動臂能停在某一位（wèi）置（zhì），並可以通過（guò）控（kòng）製換向閥的開度來獲得（dé）液壓缸的不同速度。轉鬥液壓缸換向閥是三位六通滑閥，它可（kě）控製（zhì）鏟鬥前傾、後傾和固定（dìng）在某一位置等三個動作，動臂液壓缸換（huàn）向閥（fá）是四位六通滑閥，它可（kě）控製動臂上升、下降、固定（dìng）和浮動等四個動作。動臂浮動位置可使裝載機在平地堆積作業時，工作裝置（zhì）能（néng）隨地麵情況自由浮動。
　　(2)溢流閥（fá）——控製係統（tǒng）壓力。
　　(3)緩衝補油閥(雙（shuāng）作用閥)——它（tā）由過（guò）載閥（fá）和單向閥組成，並聯裝在轉鬥液壓缸的回路（lù）上，其作用由三個：①當轉鬥液壓缸滑閥在中位時，轉鬥液壓缸前後腔均閉死，如鏟鬥受到額外衝擊載荷，引起局部油路壓力劇升（shēng），將（jiāng）導致換向閥和液壓缸之（zhī）間的元件、管路的破壞。設置過載閥即能緩衝該過載油壓。②在動臂升降過程中，使轉鬥液壓缸自動進行（háng）泄油和補油。裝載機連杆機構上設有限位塊，當動臂（bì）在升降至某一位置時，可能會出現（xiàn）連杆機構的幹涉現象。③裝載機在卸載時，能實現鏟鬥靠自重快速下翻。並順勢撞擊限位塊，使鬥內剩料卸淨。當卸料時，壓力油進入轉鬥液壓缸前（qián）腔實現轉（zhuǎn）鬥。當鏟鬥重心越過鬥下餃點後，鏟鬥在重力作（zuò）用下加速（sù）翻轉。但其速度（dù）受（shòu）到液壓泵供油速度（dù）的（de）限製，由於緩衝補油閻（yán）中的單向閥及時向轉鬥液壓缸前腔補油，使鏟鬥能快速下翻（fān），撞（zhuàng）擊限位塊，實現撞鬥卸料。為了提（tí）高裝載機的作業效率，該（gāi）係統采用雙泵合流、分流、轉向優先的卸（xiè）荷係統。當轉向時，轉向泵向工作係統提供多餘的油液。不轉向時，轉向泵的全部油液經（jīng）合流（liú）單向閥進入工作裝置係統。當工作裝置係統壓力達到卸荷閥調定的壓力，轉向（xiàng）泵提供（gòng）給（gěi）工作裝置的油（yóu）液經卸荷閥流回油箱，從而使液力機械（xiè）傳動係統提供更大的鏟（chǎn）入力。合（hé）理的利用了發動機（jī）的（de）功率，提高了整機的作業效率。
　　2.2　空載工況實驗
　　2.2.1　空載實驗的實驗（yàn）環境（jìng）
　　空載實驗是在工作裝（zhuāng）置無負載的（de）情（qíng）況下進行的，它（tā）表明（míng）了係統在無負載幹擾的情況下係統自身的性能（néng）。通過（guò）對該工況的（de）實（shí）驗，可以（yǐ）了解整機液壓係統的原始特性以及整機工作時的機構運動情況空（kōng）載實驗（yàn）在實驗室進行（háng），分別在發動機（jī）低速、中速、高速等三種情況下，完成裝載機工作裝置的收鬥、動臂起升、卸鬥、動（dòng）臂下降等動（dòng）作。在此期間測試並紀錄轉向泵出口、工作泵出口、動臂油缸（gāng）下腔、動臂油缸上腔、轉（zhuǎn）鬥油缸有杆腔、轉鬥油缸無杆腔（qiāng）等6個點的壓力，以及（jí）動（dòng）臂轉角、鏟鬥轉角等共計8個物理量的動態過（guò）程（chéng）。
　　2.2.2　空載實驗典型實驗
　　分別是三種（zhǒng）不同的發（fā）動機轉速下工（gōng）作裝置5個物理量的時域陣列曲線。這5個物理量分別是：1通道：轉向（xiàng）泵壓力；2通道；工作泵壓力；3通道：動臂油缸下腔的壓力；4通道：轉鬥油（yóu）缸無杆腔壓力，5通道（dào）：轉（zhuǎn）鬥油缸有杆腔壓（yā）力（lì）。其橫坐標描述的時間曆程包（bāo）括了收鬥、動臂上（shàng）升、卸鬥、鏟鬥放平、動臂下降等5個裝載機完成鏟裝工作的動作。
　　2.3　工作裝（zhuāng）置連杆（gǎn）機（jī）構幹涉狀態實驗
　　實驗用裝載機采用轉鬥油缸後置式反轉六杆機構。這種機（jī）構有如（rú）下（xià）特（tè）點；(1)轉鬥油缸（gāng）無（wú）杆腔進油時轉鬥鏟取物料，並且連杆係統的（de）倍力係數能設計成較大值，所以（yǐ）可（kě）以獲（huò）得較（jiào）大的鏟取力；(2)恰當的選擇（zé）各構件尺寸，不僅能得到良好的鏟鬥平動性能，而且可以實現鏟鬥的自動放平；(3)結構十分緊湊，前懸小，司機視野好。缺點是搖臂和連（lián）杆（gǎn）布置容（róng）易發生構件相互幹涉。實驗時將（jiāng）轉（zhuǎn）鬥油（yóu）缸（gāng）縮回，使鏟鬥處於完全卸鬥狀態。此時提升動臂，在動臂提升過程中，測試結果表明有明顯的機構幹（gàn）涉現象。
　　3、裝載機轉向液壓係統實（shí）驗
　　3.1　空載原地轉向實驗
　　與裝載機（jī）工作裝置液壓控製係統不同，轉向液壓係統常見的轉向液壓係（xì）統有：(1)助力型轉向係統；(2)負荷傳感器全（quán）液壓轉向器和優先閥組（zǔ）成的轉向係統}(3)流量放大轉向係統I(4)雙泵（bèng）卸荷轉向係統空載實驗是在鏟鬥內（nèi）不裝物料時進行原地轉向，實驗時分別在發動機不（bú）同工作轉速下測試轉向泵出口、轉向器入口，左右轉向油缸人口等4個壓力（lì）值。實驗結果表明，轉向器自身（shēn）是穩定的。
3.2　沙（shā）場模擬工況實驗（yàn）
　　模擬（nǐ）工作過程中裝載機轉向的性能，我們可以看到：轉向時的壓（yā）力振擺依然存在（zài）。轉向壓力損失較大。
　　.3、滿載障礙轉向實驗
　　裝載機在工作時轉向阻力一般較小，而轉向係（xì）統壓力設定（dìng）為14Mpa。主要是考慮到在轉向遇（yù）到障礙時具有一定的越障能力。為此我們設計（jì）了障礙轉向（xiàng）實驗。實驗時將裝載機鏟鬥裝（zhuāng）滿，小角度轉（zhuǎn）向越過高15cm的垂直障礙。
　4、裝載機工作裝置液壓係統特性分析
　　4.1　作為（wéi）主換向閥的對稱（chēng）四（sì）通比例換向閥控製非對稱液壓油缸時的（de）性（xìng）能（néng）分析
實驗樣機工作裝置液壓控製係統所用的主換向閥為（wéi）比（bǐ）例方向閥。比例方向閥的節流麵積比通常隻有兩種，即對稱型(麵積比為1:1)的和非對稱型(麵積比為2:1)的。而麵積比為1:1或接近（jìn）1:1的液壓缸由對稱型的閥芯來控（kòng）製，麵積比為2:1或接近2:1的則由非對稱型的閥芯來控製，由於實驗樣機所用的比例方向閥為對稱型，而工作裝置油缸（gāng）為單活塞杆式油缸，在（zài）裝載機的使用過程中為（wéi）了避免（miǎn）由於對稱型比例閥控製非（fēi）對稱型液壓缸在（zài）換向過程中所帶來的壓力（lì）躍變，在控製換向過程中將操縱手柄的換向中位設計了一定的死區，從而有效的避免了上述情況的發生。
4.2　換（huàn）向閥在液（yè）壓係統中的壓降損失
　　換向閥是具有液流方向控製功能和（hé）流量（liàng）控製功（gōng）能的複合閥。換向閥的壓力損失（shī）使油液（yè）流經換向閥時造成（chéng）能量損失，引起發熱（rè），使係統（tǒng）效率降低，嚴（yán）重時會造成閥不能（néng）正常工作（zuò）。我們可依據（jù）換向閥（fá）的閥芯結構將（jiāng）其分為對稱類(麵積比為1:1)和不對稱類（lèi）(麵積比為2:1)兩種，對稱（chēng）類的有“O”型、“H”型等l不對稱類的換（huàn）向閥有“Y”型、“P”型、“M”型。同時我們也知道液壓執（zhí）行元（yuán）件的負載也基本上是不對稱的。如油缸的伸出和縮回時受力不同，液壓馬達的正轉和反轉時負（fù）載也不同。這樣，我們就有（yǒu）機（jī）會組合油流方向和（hé）負載方向，使係統作功行程的壓（yā）力損（sǔn）失最小。
　5、同軸流量放大轉向（xiàng）係（xì）統分析（xī）
　　5.1　液（yè）壓轉向係統的工（gōng）作原理
　　本係統為“雙泵合分（fèn）流同軸流量放大轉向優先卸荷液壓係統”，簡稱“同軸流量放大卸荷（hé）係統”。工（gōng）作原理如下所示。
　　1、轉向油缸；2、雙向緩（huǎn）衝補油閻；3、同軸流量放大轉；4、優先卸荷閩；5、轉向泵；6、濾清器；7、機油箱；8、工作泵
　　5.2　同軸流量放大轉向器的結構與工作原理
同軸流量放大轉向器是在（zài）擺線轉閥式全液壓轉（zhuǎn）向器的基礎（chǔ）上加以（yǐ）改動而成的一種新型轉向器，在原擺線轉閥式全液壓轉向器的閥套上添加了一（yī）排油孔，作為放大油路通道。同時，增加負荷傳感控製油路。
5.3　轉（zhuǎn）向係統數學模型
　　5.3.1　建模時的假設
　　(1)油液的密度。粘度，彈性模量，阻（zǔ）尼孔的特征係數為定值；(2)泄漏流置忽略不計I(3)認為進人轉向器的油液流量為恒流（liú）量；(4)係統中換向閥和單向閥的局部（bù）損失忽略不計（jì）。
　　5.3.2　轉向教學模型
　　轉（zhuǎn）向係統左轉向（xiàng）模式（shì）與右（yòu）轉向模式工作原理完（wán）全相同，因此，以向左轉向為例分析轉向係統特（tè）性。如圖3所示為向左轉向時簡化的油路圖，A表（biǎo）示孔R與閥芯上槽j所形成的節（jiē）流口；B表示孔短槽i與雙（shuāng）號H孔所形成的節流口（kǒu）；C表示（shì）雙號H孔與閥體上a孔所形成的節流口ID表示閥體上a孔與單號H孔所形成的節流口DE表示單號H孔與閥芯上槽j孔所形成的（de）節流口；F表示閥套孔c1與閥芯上槽j所形成的節流口；G表示閥套（tào）孔c2與閥芯上槽K所形成的節流口。

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