負(fù)載敏感泵的變量響應(yīng)特性對(duì)挖掘機(jī)性能的影響_莫有瑜_圖文

1、負(fù)載敏感泵的變量響應(yīng)特性對(duì)挖掘機(jī)性能的影響莫有瑜(廣西玉柴重工有限公司液壓技術(shù)研究所,廣西玉林 537005摘 要:負(fù)載敏感系統(tǒng)泵的變量響應(yīng)特性直接關(guān)系到挖掘機(jī)的整體匹配性能優(yōu)劣,變量響應(yīng)速度的快慢影響各動(dòng)作的協(xié)調(diào)性以及泵的壽命。從負(fù)載敏感系統(tǒng)原理出發(fā),細(xì)致分析影響負(fù)載敏感泵的變量響應(yīng)因素及需要注意的關(guān)鍵性問題,為挖掘機(jī)液壓件的國產(chǎn)化提供實(shí)踐支持,減少國產(chǎn)化液壓件和系統(tǒng)匹配的進(jìn)程時(shí)間。關(guān)鍵詞:負(fù)載敏感;動(dòng)態(tài)測試;變量特性;阻尼;吸空中圖分類號(hào):TH 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4414(201103-0096-03The i m pact of variable response

2、characteristics of load sensitive pu m p on excavator perfor m anceM o You-yu(H ydraulic technology instit u te of Guan gx i Yuchai heavy indus try Co .,L t d,Yuli n Guangx i 537005,ChinaAbstrac t :V a riab l e response character i stics o f load sensiti ve syste m pu m p is directl y related to the

3、 overallma tch i ng perfor m ance qua lity o f ex cava t o r ,and how the speed of var i able response qu ick l y or slow l y i s also a ffecti ng the each acti on coo rd i nati on and the life of pu mp .Fro m l oad sensitive theory ,t he facto rs wh ich i m pacts on v ariab l e response charac teri

4、sti cs o f load sensiti vepump and the key issues need to be noticed are ana lyzed carefu ll y .It prov i des practical support t o ex cavato r hydrauli c parts ofthe locali zati on ,can reduc pro cess ti m e o f l oca liza tion hydrau li c parts and ma tch sy stem .K ey word s :load sensiti ve ;dyn

5、am ic testi ng ;va riab l e charac teristi cs ;damp i ng;suck e mpty1 引 言液壓件一直是制約著我國工程機(jī)械發(fā)展的瓶徑之一,隨著近幾年工程機(jī)械的迅猛發(fā)展越來越引起液壓同行的關(guān)注。由于負(fù)載敏感系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)控制方式,系統(tǒng)一般由一個(gè)帶負(fù)荷傳感控制的液壓泵供油,具有結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能省油、復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)性高等特點(diǎn)。由于具有比較多優(yōu)點(diǎn)以及應(yīng)用歷史比較久遠(yuǎn),該系統(tǒng)也是國內(nèi)爭相模仿和制造的對(duì)象。目前國內(nèi)對(duì)挖掘機(jī)液壓件基本上是全盤照搬進(jìn)口件結(jié)構(gòu),由于部件生產(chǎn)廠家缺少對(duì)整機(jī)匹配的經(jīng)驗(yàn),以及自身制造能力的不足使得在對(duì)整機(jī)的匹配調(diào)

6、節(jié)中,出現(xiàn)了油缸吸空、掉頭、動(dòng)作停頓不連續(xù)等故障,對(duì)泵的流量控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整也無法問題。早前也有文獻(xiàn)資料中提及負(fù)載敏感系統(tǒng)LS 反饋信號(hào)對(duì)管道通徑的選擇對(duì)系統(tǒng)性能穩(wěn)定的影響1,從這個(gè)出發(fā)點(diǎn)筆者做了相應(yīng)的對(duì)比試驗(yàn)(改換不同管道內(nèi)徑的膠管連接,但故障同樣存在。本文針對(duì)該故障模式進(jìn)行對(duì)比分析,以令讀者往后遇到此類故障處理時(shí)起到引導(dǎo)作用。2 原因分析挖掘機(jī)工作裝置各單動(dòng)動(dòng)作過程中出現(xiàn)吸空、掉頭、動(dòng)作先慢后快等現(xiàn)象主要跟流量、閥背壓有直接關(guān)系,但由于動(dòng)臂提升過程中同樣存在先慢后快現(xiàn)象,那么引起此類故障的原因主要是流量的建成時(shí)間。因?yàn)闇y試動(dòng)作為空載單動(dòng)作,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本恒定,引起流量不足的問題主要還是受泵

7、排量的影響。 泵的變量響應(yīng)速度特性直接影響到系統(tǒng)構(gòu)建的快慢。圖1 泵控原理圖負(fù)載敏感系統(tǒng),復(fù)合動(dòng)作時(shí)采用壓力補(bǔ)償閥與LS 反饋信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)各補(bǔ)償閥開口,起到按需流量分配的作用,單動(dòng)作不存在這方面的影響。為此,從泵的LUDV 控制原理結(jié)構(gòu)出發(fā)如圖1所示,筆者將關(guān)注點(diǎn)主要放在了泵變量機(jī)構(gòu)的單向節(jié)流閥上,流量控制閥只影響變量油路的切換以及最小排量的設(shè)定,它的配合精度不會(huì)引起油路切換的時(shí)間,除非卡閥。因此用不同的泵匹配同樣的多路閥進(jìn)行試驗(yàn)就可得出結(jié)果,#96#應(yīng)用與試驗(yàn)#機(jī)械研究與應(yīng)用#*收稿日期:2011-04-06作者簡介:莫有瑜(1980-,男,廣西玉林人,助理工程師,主要從事汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系

8、統(tǒng)、挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究以及核心液壓部件的設(shè)計(jì)工作。這種方式也可以證明LS 反饋信號(hào)對(duì)故障引起有無影響。從理論上分析出單向節(jié)流閥與變量機(jī)構(gòu)的配合要點(diǎn)。3 對(duì)比試驗(yàn)對(duì)比試驗(yàn)條件如表1所示。表1 試驗(yàn)條件主泵多路閥主泵功率(k W 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/m i n挖掘機(jī)噸位(t對(duì)比測試動(dòng)作泵單向節(jié)流孔等效面積(mm 2泵變量機(jī)構(gòu)形式及彈簧系數(shù)力士樂力士樂3220006斗桿單動(dòng)0.43相同力源力士樂3220006斗桿單動(dòng)0.14相同海特克力士樂3220006斗桿單動(dòng)0.46相同在同一臺(tái)挖掘機(jī)上同一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速換上不同廠家的泵匹配力士樂的多路閥,檢測同一個(gè)動(dòng)作,以此作為對(duì)比分析的基礎(chǔ)。4 動(dòng)態(tài)測試在測試

9、過程中,反復(fù)操作執(zhí)行單個(gè)動(dòng)作,用H ydro techi n k 動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)采集整個(gè)操作過程,以下是從測試過程中采集放大的單個(gè)動(dòng)作循環(huán)(斗桿收斗桿放。動(dòng)態(tài)測試曲線圖中對(duì)應(yīng)符號(hào)分別為:P 1(泵出口壓力,線1,P 2(LS 反饋壓力,線2,P 3(斗桿大腔壓力,線3,P 4(斗桿小腔壓力,線4,Q 1(泵出口流量,線5,d p (泵反饋處壓差P 1P 2,線6,動(dòng)態(tài)圖橫坐標(biāo)為時(shí)間,s ,系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度為0.2m s ,每個(gè)循環(huán)測試30s 。由于篇幅的限制以及便于清晰顯示測試結(jié)果,下面測試圖的縱坐標(biāo)只給出斗桿大腔的工作壓力與流量范圍,其中P 1、P 2、P 3、P 4的縱坐標(biāo)范圍都是310ba

10、r ,d p 的縱坐標(biāo)范圍是130bar 。力士樂系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測試狀態(tài)圖如圖2所示,下面的數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示的是斗桿大腔進(jìn)油響應(yīng)時(shí)間階段開始 和結(jié)束兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。圖2 力士樂泵斗桿運(yùn)動(dòng)圖力源泵配力士樂多路閥系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測試狀態(tài)圖如圖3所示,下面的數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示的是斗桿大腔進(jìn)油響應(yīng)時(shí)間階段開始和結(jié)束兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。海特克泵配力士樂多路閥系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測試狀態(tài)圖如圖4所示,下面的數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示的是斗桿大腔進(jìn)油 響應(yīng)時(shí)間階段開始和結(jié)束兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。圖3 辦源泉泵斗桿 運(yùn)動(dòng)圖圖4 海特克泵斗桿運(yùn)動(dòng)圖5 測試數(shù)據(jù)分析依據(jù)測試圖,力士樂的響應(yīng)時(shí)間約0.5s ,力源約1.3s ,海特克約0.3s 。在測試中,只有力源系統(tǒng)存在先慢后快

11、的掉頭現(xiàn)象,并且后續(xù)調(diào)整流量控制閥沒有得到任何改善。由于力源泵的流量比較大,斗桿總體運(yùn)行時(shí)間和正常沒有什么區(qū)別,約2.6s 左右。海特克泵的穩(wěn)定性相對(duì)較低,斗桿運(yùn)動(dòng)性能感覺上與力士樂沒有什么區(qū)別,只有從動(dòng)態(tài)曲線圖上才能看出優(yōu)劣。國產(chǎn)泵同力士樂的最大區(qū)別為,空流或者過載時(shí)都無流量,該情況,加大了泵的沖擊和系統(tǒng)構(gòu)建的穩(wěn)定性,影響熱量的散發(fā),整體降低系統(tǒng)的可靠性,這點(diǎn)在以前的資料沒有很好的涉及,這對(duì)國內(nèi)從業(yè)人事負(fù)#97#應(yīng)用與試驗(yàn)#機(jī)械研究與應(yīng)用#載敏感認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了誤區(qū)。d p 主要是多路閥中的補(bǔ)償閥產(chǎn)生,它的大小主要是控制流量閥的開口以控制變量活塞活動(dòng)所需壓力,它只影響斜盤擺角的大小,不影響斜盤的運(yùn)

12、動(dòng)時(shí)間,在系統(tǒng)穩(wěn)定后基本是相同的,證明d p 對(duì)泵的變量特性與響應(yīng)時(shí)間不起主要作用。從動(dòng)態(tài)曲線圖看出,出現(xiàn)掉頭現(xiàn)象主要是流量從零到最大穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間,也即是泵從最小排量變量到正常排量的時(shí)間。影響泵變量時(shí)間主要是彈簧剛度以及節(jié)流孔的設(shè)定。彈簧剛度K 以及壓縮量構(gòu)成了變量機(jī)構(gòu)油液流動(dòng)的壓差$P ,它與節(jié)流孔面積的匹配決定了變量運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。由2$P =1/2E Q M2(1側(cè)有變量機(jī)構(gòu)卸油的時(shí)間為:t =V 液q =V 液A M =V 液P r22$PEQ(2式中:V 液為變量機(jī)構(gòu)等效排出液體體積;$P 為變量機(jī)構(gòu)差動(dòng)力形成的壓差,主要由彈簧剛度及壓縮量決定;E 為節(jié)流孔的阻尼系數(shù),主要受加工精度與形

13、狀決定;r 為節(jié)流孔等效半徑。因?yàn)槿齻€(gè)廠家的泵結(jié)構(gòu)基本相同,變量機(jī)構(gòu)一樣,那么通過以上方程可知,變量響應(yīng)時(shí)間主要與E 正比,與r 成反比。因三個(gè)泵的功率調(diào)定相同,選用的彈簧的剛度系數(shù)一樣,忽略彈簧剛度的誤差,側(cè)變量響應(yīng)時(shí)間主要決定于節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)形式以及加工精度。由于采用的是V 形斜槽節(jié)流結(jié)構(gòu),加工深度、外形精度以及表面粗糙度控制難度大,并且不注意加工質(zhì)量穩(wěn)定的控制,造成了同樣是模仿力士樂,但卻得不到同樣的匹配性能的故障。只能模仿不能盲目跟從,應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。6 結(jié) 論(1挖掘機(jī)出現(xiàn)掉頭,動(dòng)作先慢后快故障原因主要由液壓泵引起,液壓泵的響應(yīng)特性影響了流量建立的時(shí)間,是這種故障的直接表

14、現(xiàn)形式。(2液壓泵的變量響應(yīng)特性主要受單向節(jié)流閥控制,它的結(jié)構(gòu)直接影響泵及其系統(tǒng)的性能。(3單向節(jié)流閥的精度影響到整泵的使用壽命與可靠性。(4液壓泵的最小排量調(diào)定應(yīng)不只是滿足保證泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泄漏量,而應(yīng)當(dāng)設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)時(shí)流量為8L /m i n 的排量要求處于待命狀態(tài)(即最小排量設(shè)定V =8mL /r。(5彈簧剛度以及壓縮調(diào)定量、節(jié)流孔形式及精度應(yīng)根據(jù)各自生產(chǎn)廠家的情況進(jìn)行調(diào)定生產(chǎn)加工,變量響應(yīng)時(shí)間應(yīng)控制在0.3s0.5s 左右。(6各生產(chǎn)廠家應(yīng)把液壓泵的變量響應(yīng)特性作為一項(xiàng)主要性能進(jìn)行檢測,以減少同類故障的再次產(chǎn)生。參考文獻(xiàn):1 宋海濤.負(fù)載反饋油管對(duì)負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響的探討J

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