液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)研究與挖掘工況能耗分析報(bào)告

1、WORD.91/105WORD.碩士學(xué)位論文挖掘機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)研究與挖掘工況能耗分析Research on Excavator Working Device Machanical-Hydraulic System and Analysis of Digging Conditions Energy Consumption專 業(yè)機(jī)械工程作 者 管偉導(dǎo) 師欠根教授中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院二零一三年五月中圖分類號(hào)TU621學(xué)校代碼 10533 UDC 621 密級 公開 碩士學(xué)位論文挖掘機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)研究與挖掘工況能耗分析Research on Excavator Working Device M

2、echanical-Hydraulic System and Analysis of Digging Conditions Energy Consumption管 偉學(xué)科專業(yè)：機(jī)械工程研究方向：液壓傳動(dòng)與控制學(xué)院（系、所）：機(jī)電工程學(xué)院指導(dǎo)教師：欠根 教授論文答辯日期答辯委員會(huì)主席中 南 大 學(xué)二零一三 年 五 月原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文

3、中作了明確的說明。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文使用授權(quán)書本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。作者簽名： 導(dǎo)師簽名 日期：年月日挖掘機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)研究與挖掘工況能耗分析摘要：液壓挖掘機(jī)的節(jié)能與作業(yè)效率是衡量其性能的重要方面。在復(fù)合挖掘作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)存在工作裝置液壓系統(tǒng)的能耗較高和鏟斗挖掘速度偏低的問題。上述問

4、題直接影響到整機(jī)的能耗和作業(yè)效率。本文以降低液壓挖掘機(jī)挖掘工況時(shí)系統(tǒng)能耗和提高挖掘作業(yè)效率為研究目的，以工作裝置機(jī)液系統(tǒng)為研究對象，開展典型挖掘工況下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和能耗研究。論文的主要工作如下：綜述了挖掘機(jī)節(jié)能意義，介紹了挖掘機(jī)上應(yīng)用的典型節(jié)能控制系統(tǒng)，并對挖掘機(jī)工作裝置閥控系統(tǒng)研究成果和能耗分析現(xiàn)狀進(jìn)行了概述。在詳細(xì)分析液壓挖掘機(jī)主泵、多路閥以與負(fù)流量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立了負(fù)流量控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過進(jìn)行變量泵源雙閥控系統(tǒng)的特性分析，從理論上論述了合理控制斗桿優(yōu)先節(jié)流可提高挖掘過程鏟斗油缸的挖掘速度。建立了工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，為工作裝置系統(tǒng)建模奠定了基礎(chǔ)?；贏MESim平臺(tái)建立了液壓

5、系統(tǒng)中各功能元件的仿真模型并進(jìn)行了深入分析。構(gòu)建了液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)仿真，并通過實(shí)測與仿真對比驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。本文對挖掘機(jī)的典型挖掘工況開展了仿真研究與能耗分析，得到挖掘工況下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)與挖掘工況的能耗分布，結(jié)果表明，挖掘過程中包括斗桿優(yōu)先閥在的節(jié)流產(chǎn)生的能耗最大。針對斗桿優(yōu)先閥產(chǎn)生的能耗過高和挖掘中對鏟斗回路的流量限制，本文對液壓系統(tǒng)回路中斗桿優(yōu)先閥的先導(dǎo)控制回路進(jìn)行了改進(jìn)，使優(yōu)先節(jié)流適應(yīng)挖掘工況要求。然后，利用仿真平臺(tái)對優(yōu)化前后的系統(tǒng)性能進(jìn)行了對比研究。研究表明，優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)在挖掘工況時(shí)，優(yōu)先閥口壓損下降，鏟斗油缸速度得到提升，實(shí)現(xiàn)了挖掘工況的節(jié)能。關(guān)鍵詞：液壓挖掘機(jī)；工

6、作裝置；AMESim仿真；挖掘能耗分類號(hào)：TU621Research on Excavator Working Device Mechanical-Hydraulic System and Analysis of Digging Conditions Energy ConsumptionAbstract: Energy-saving and operational efficiency of hydraulic excavator is an important aspect to measure its performance. Working device appear low speed

7、 and energy consumption hydraulic system is high for complex digging of hydraulic excavator. These problem affect the energy consumption and operating efficiency of excavator. To reduce the energy consumption and improve the efficiency in digging condition for excavator, the paper took medium-sized

8、hydraulic excavator mechanical-hydraulic system as the object, researched on dynamic characteristic and energy consumption of the system.The main research work as follows:The article summarized conservation significance of excavator and typical energy-saving control system .Then,give a summary of th

9、e excavator working device valve control system and its energy consumption research.In this paper, The basic principle and characteristics of hydraulic excavator pump, multi-way valve and negative flow control system was analysised detailly. The mathematic model of a negative flow control system was

10、 created based on the above analysis. The compound action coupling mechanism of working device was illustrated through the analysis about variable pump source and dual-valve system characteristic. Then,set up working device kinematic model ,it laid the foundation for wording device system simulation

11、 model.The simulation model of hydraulic system major function element was set up and analyzed deeply. The simulation model of hydraulic excavator working device mechanical-hydraulic system was built up. Then by comparing the simulation results with experimental results, the accuracy of the model wa

12、s verified.Based on the model,this paper studied the typical digging condition of excavator and energy consumption,got the result about dynamic response of digging and distribution of the digging energy consumption.It shows that throtting losses which contain priority valve generating and overflow l

13、oss is large.Then the hydraulic system circuit was improved based on the above result and compared energy consumption of these two hydraulic system.The result show that the energy consumption of priority valve declined and bucket cylinder speed increased in the optimized hydraulic system .The new hy

14、draulic system is more energy-saving.Keywords:hydraulic excavator, working device, AMESim simulation, energy consumption of digging conditions.Classification: TU621目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356761844原創(chuàng)性聲明 PAGEREF _Toc356761844 h IHYPERLINK l _Toc356761845摘要 PAGEREF _Toc356761845 h IIHYPERLI

15、NK l _Toc356761846Abstract PAGEREF _Toc356761846 h IIIHYPERLINK l _Toc356761847目錄 PAGEREF _Toc356761847 h VHYPERLINK l _Toc3567618481 緒論 PAGEREF _Toc356761848 h 1HYPERLINK l _Toc3567618491.1 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc356761849 h 1HYPERLINK l _Toc3567618501.2液壓挖掘機(jī)典型節(jié)流控制系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc356761850 h 2HYPER

16、LINK l _Toc3567618511.4挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc356761851 h 7HYPERLINK l _Toc3567618521.5挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)能耗研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc356761852 h 10HYPERLINK l _Toc3567618531.6 本文的主要研究 PAGEREF _Toc356761853 h 11HYPERLINK l _Toc3567618542 液壓挖掘機(jī)負(fù)流量系統(tǒng)研究與工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 PAGEREF _Toc356761854 h 13HYPERLINK l _Toc3567618552.1挖

17、掘機(jī)液壓系統(tǒng)元件分析 PAGEREF _Toc356761855 h 13HYPERLINK l _Toc3567618562.1.1泵控系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc356761856 h 13HYPERLINK l _Toc3567618572.1.2多路換向閥簡述 PAGEREF _Toc356761857 h 15HYPERLINK l _Toc3567618582.1.3 挖掘機(jī)負(fù)流量系統(tǒng)特性分析 PAGEREF _Toc356761858 h 18HYPERLINK l _Toc3567618592.2變量泵源雙閥控系統(tǒng)特性分析 PAGEREF _Toc356761859 h

18、19HYPERLINK l _Toc3567618602.3 挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與其重心求解 PAGEREF _Toc356761860 h 23HYPERLINK l _Toc3567618612.3.1連桿坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換與運(yùn)動(dòng)學(xué)基本方程 PAGEREF _Toc356761861 h 23HYPERLINK l _Toc3567618622.3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)正解 PAGEREF _Toc356761862 h 25HYPERLINK l _Toc3567618632.3.3運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解 PAGEREF _Toc356761863 h 26HYPERLINK l _Toc3567618642.

19、3.4工作裝置重心求解 PAGEREF _Toc356761864 h 28HYPERLINK l _Toc3567618652.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc356761865 h 29HYPERLINK l _Toc3567618663 液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)建模 PAGEREF _Toc356761866 h 31HYPERLINK l _Toc3567618673.1 AMESim仿真概述 PAGEREF _Toc356761867 h 31HYPERLINK l _Toc3567618683.2 負(fù)流量控制泵模型的建立 PAGEREF _Toc356761868 h 31

20、HYPERLINK l _Toc3567618693.3 多路閥系統(tǒng)主閥模型的建立與分析 PAGEREF _Toc356761869 h 32HYPERLINK l _Toc3567618703.3.1 主閥仿真模型的建立 PAGEREF _Toc356761870 h 33HYPERLINK l _Toc3567618713.3.2 主閥芯節(jié)流口的設(shè)計(jì)與計(jì)算 PAGEREF _Toc356761871 h 33HYPERLINK l _Toc3567618723.3.3 單片主閥仿真模型的初步驗(yàn)證 PAGEREF _Toc356761872 h 37HYPERLINK l _Toc35676

21、18733.4 多路閥系統(tǒng)其他液壓元件的建模與分析 PAGEREF _Toc356761873 h 38HYPERLINK l _Toc3567618743.4.1 斗桿流量再生解除閥的建模與分析 PAGEREF _Toc356761874 h 38HYPERLINK l _Toc3567618753.4.2 動(dòng)臂斗桿優(yōu)先閥的建模與分析 PAGEREF _Toc356761875 h 40HYPERLINK l _Toc3567618763.4.3 動(dòng)臂回轉(zhuǎn)優(yōu)先閥的建模與分析 PAGEREF _Toc356761876 h 43HYPERLINK l _Toc3567618773.5 液壓挖掘

22、機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)模型的建立 PAGEREF _Toc356761877 h 45HYPERLINK l _Toc3567618783.5.1 工作裝置機(jī)械模型建立 PAGEREF _Toc356761878 h 45HYPERLINK l _Toc3567618793.5.2 負(fù)載計(jì)算與曲線擬合 PAGEREF _Toc356761879 h 46HYPERLINK l _Toc3567618803.5.3 整機(jī)機(jī)液仿真模型的建立與封裝 PAGEREF _Toc356761880 h 49HYPERLINK l _Toc3567618813.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc356761

23、881 h 50HYPERLINK l _Toc3567618824 液壓挖掘機(jī)挖掘工況仿真研究 PAGEREF _Toc356761882 h 51HYPERLINK l _Toc3567618834.1 挖掘機(jī)機(jī)液系統(tǒng)仿真模型的驗(yàn)證 PAGEREF _Toc356761883 h 51HYPERLINK l _Toc3567618844.1.1 動(dòng)臂單動(dòng)作實(shí)測與仿真對比 PAGEREF _Toc356761884 h 51HYPERLINK l _Toc3567618854.1.2 斗桿單動(dòng)作實(shí)測與仿真對比 PAGEREF _Toc356761885 h 52HYPERLINK l _To

24、c3567618864.1.3 鏟斗單動(dòng)作實(shí)測與仿真對比 PAGEREF _Toc356761886 h 54HYPERLINK l _Toc3567618874.1.4 空挖復(fù)合動(dòng)作實(shí)測與仿真對比 PAGEREF _Toc356761887 h 55HYPERLINK l _Toc3567618884.1.5 工作裝置各液壓缸實(shí)驗(yàn)與仿真壓力數(shù)值對比 PAGEREF _Toc356761888 h 57HYPERLINK l _Toc3567618894.2 挖掘機(jī)挖掘工況的仿真研究 PAGEREF _Toc356761889 h 57HYPERLINK l _Toc3567618904.2.

25、1 負(fù)載模擬 PAGEREF _Toc356761890 h 57HYPERLINK l _Toc3567618914.2.2 復(fù)合挖掘系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 PAGEREF _Toc356761891 h 59HYPERLINK l _Toc3567618924.2.3 斗桿優(yōu)先閥動(dòng)態(tài)特性分析 PAGEREF _Toc356761892 h 60HYPERLINK l _Toc3567618934.2.4 斗桿流量再生解除閥動(dòng)態(tài)特性分析 PAGEREF _Toc356761893 h 61HYPERLINK l _Toc3567618944.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc356761894

26、 h 62HYPERLINK l _Toc3567618955 液壓挖掘機(jī)挖掘工況能耗研究與回路優(yōu)化 PAGEREF _Toc356761895 h 63HYPERLINK l _Toc3567618965.1 復(fù)合挖掘過程能耗研究 PAGEREF _Toc356761896 h 63HYPERLINK l _Toc3567618975.1.1 泵輸出能量分析 PAGEREF _Toc356761897 h 63HYPERLINK l _Toc3567618985.1.2 復(fù)合挖掘過程的有用功 PAGEREF _Toc356761898 h 64HYPERLINK l _Toc35676189

27、95.1.3 進(jìn)油節(jié)流損失 PAGEREF _Toc356761899 h 64HYPERLINK l _Toc3567619005.1.4 回油節(jié)流損失 PAGEREF _Toc356761900 h 65HYPERLINK l _Toc3567619015.1.5 優(yōu)先閥口節(jié)流損失 PAGEREF _Toc356761901 h 66HYPERLINK l _Toc3567619025.1.6 旁路回油與溢流損失 PAGEREF _Toc356761902 h 67HYPERLINK l _Toc3567619035.1.7 單向閥開啟與管路損失 PAGEREF _Toc356761903

28、 h 68HYPERLINK l _Toc3567619045.2 多路閥系統(tǒng)回路改進(jìn)與仿真研究 PAGEREF _Toc356761904 h 69HYPERLINK l _Toc3567619055.2.1 多路閥系統(tǒng)回路改進(jìn) PAGEREF _Toc356761905 h 69HYPERLINK l _Toc3567619065.2.2 仿真模型對比 PAGEREF _Toc356761906 h 70HYPERLINK l _Toc3567619075.2.3 仿真效果對比 PAGEREF _Toc356761907 h 72HYPERLINK l _Toc3567619085.3本章

29、小結(jié) PAGEREF _Toc356761908 h 74HYPERLINK l _Toc3567619096 實(shí)驗(yàn)研究 PAGEREF _Toc356761909 h 75HYPERLINK l _Toc3567619106.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c容 PAGEREF _Toc356761910 h 75HYPERLINK l _Toc3567619116.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF _Toc356761911 h 75HYPERLINK l _Toc3567619126.3 實(shí)驗(yàn)方案 PAGEREF _Toc356761912 h 76HYPERLINK l _Toc3567619136.4 實(shí)驗(yàn)

30、結(jié)果與分析 PAGEREF _Toc356761913 h 78HYPERLINK l _Toc3567619146.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc356761914 h 80HYPERLINK l _Toc3567619157 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc356761915 h 81HYPERLINK l _Toc3567619167.1 全文總結(jié) PAGEREF _Toc356761916 h 81HYPERLINK l _Toc3567619177.2 后續(xù)研究工作展望 PAGEREF _Toc356761917 h 81HYPERLINK l _Toc356761918

31、參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc356761918 h 82HYPERLINK l _Toc356761919附錄1 SWE230LC液壓挖掘機(jī)工作裝置仿真參數(shù)列表 PAGEREF _Toc356761919 h 86HYPERLINK l _Toc356761920附錄2 SWE230LC液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)仿真參數(shù)列表 PAGEREF _Toc356761920 h 87HYPERLINK l _Toc356761921攻讀碩士期間主要研究成果 PAGEREF _Toc356761921 h 89HYPERLINK l _Toc356761922致 PAGEREF _Toc35676192

32、2 h 901 緒論1.1 課題研究背景與意義液壓挖掘機(jī)是基礎(chǔ)建設(shè)中使用最為廣泛的一種工程機(jī)械，對節(jié)省人力、提高作業(yè)效率、保證工程質(zhì)量具有非常重要的意義1。挖掘機(jī)的發(fā)展歷史可以追溯到19世紀(jì)三四十年代的美國2，至今已經(jīng)有一百多年歷史。由于我國工程機(jī)械相關(guān)技術(shù)起步較晚，一直以來都與世界先進(jìn)水平有一定差距，包括挖掘機(jī)在的工程機(jī)械產(chǎn)品主要零部件和關(guān)鍵技術(shù)都依靠國外廠家。但近十年來，在國土建行業(yè)的帶動(dòng)下，中國已經(jīng)成為世界第一大挖掘機(jī)消費(fèi)市場。據(jù)中國工程機(jī)械行業(yè)統(tǒng)計(jì)，我國挖掘機(jī)2005-2012年保有量為1149862臺(tái)3。圖1-1反應(yīng)了近年來國市場挖掘機(jī)銷量變化：圖1-1 2005年至2012年4月挖

33、掘機(jī)國市場銷量圖中數(shù)據(jù)顯示近幾年來挖掘機(jī)市場呈現(xiàn)較大增長。受宏觀經(jīng)濟(jì)和淡季需求不足的影響，2012年1-4月挖掘機(jī)市場出現(xiàn)了一定的下滑，國挖掘機(jī)產(chǎn)銷量出現(xiàn)暫時(shí)低迷。但總體而言，挖掘機(jī)市場呈現(xiàn)較大幅度的增長，預(yù)計(jì)未來數(shù)年挖掘機(jī)市場增長空間依然存在。對于國挖掘機(jī)市場而言，主要由日系、系、歐美和國產(chǎn)品牌構(gòu)成。近兩年，國產(chǎn)挖掘機(jī)通過技術(shù)創(chuàng)新和提高產(chǎn)品質(zhì)量，成功的將市場份額從不足25%提升至50%4，取得了令人鼓舞的成績，如圖1-2所示。然而，由于國挖掘機(jī)械起步較晚，目前還與世界一流產(chǎn)品存在一定差距，液壓系統(tǒng)和主要液壓元件依然受制于國外技術(shù)。而且，由于施工條件惡劣、動(dòng)力系統(tǒng)與作業(yè)工況不匹配等原因，國產(chǎn)挖

34、掘機(jī)的功率利用率也僅為50%-70%，挖掘機(jī)作業(yè)性能得不到充分發(fā)揮57。圖1-2 2010-2012年國挖掘機(jī)市場格局挖掘機(jī)工作效率偏低、能耗過高，會(huì)嚴(yán)重影響挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)嚴(yán)重發(fā)熱，有的甚至高達(dá)80攝氏度以上8。在挖掘機(jī)上采用節(jié)能技術(shù)，不僅能提高挖掘作業(yè)的效率、減少系統(tǒng)能耗和排放，同時(shí)也能減低作業(yè)沖擊和噪聲，提高機(jī)器可靠性。資料顯示，工程機(jī)械40%的故障來自液壓系統(tǒng)，15%左右的來自發(fā)動(dòng)機(jī)9。因此，液壓系統(tǒng)能耗已經(jīng)成為衡量工程機(jī)械先進(jìn)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)10，針對挖掘機(jī)挖掘作業(yè)進(jìn)行節(jié)能研究具有十分重要的意義。1.2液壓挖掘機(jī)典型節(jié)流控制系統(tǒng)概述液壓系統(tǒng)是液壓挖掘機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系

35、統(tǒng)，作業(yè)過程存在較大壓力、流量損失，造成了挖掘機(jī)工作效率偏低。針對上述問題，世界上眾多工程機(jī)械廠商相繼開發(fā)出一系列液壓元件和控制技術(shù)，以提高挖掘機(jī)工作效率。以下介紹挖掘機(jī)中常用的幾種節(jié)能控制系統(tǒng)：1.恒功率控制（1）全功率控制圖1-3全功率控制系統(tǒng)全功率控制是恒功率控制泵運(yùn)用到雙泵回路形成的一種控制方式11，如圖1-3所示，兩泵排量靠機(jī)械或液壓方式保持一致，雙泵在任何情況下輸出流量都一樣。它的優(yōu)點(diǎn)是:= 1 * GB3 在一定條件下能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率； = 2 * GB3 單泵都能100%的吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提高工作裝置作用能力； = 3 * GB3 結(jié)構(gòu)簡單5。兩泵排量一致，可以使需要同步

36、的動(dòng)作保持一致。當(dāng)挖掘機(jī)做單一動(dòng)作時(shí)，泵會(huì)輸出多余流量，造成系統(tǒng)溢流損失12，使系統(tǒng)不可避免的存在能量損失。（2）分功率控制對應(yīng)全功率控制系統(tǒng)，分功率控制系統(tǒng)是將兩個(gè)恒功率泵簡單的組合到一起，使每個(gè)泵最多只能吸收發(fā)動(dòng)機(jī)50%的功率，兩泵的流量可以根據(jù)自身回路負(fù)載變化而不受另一泵的影響。分功率控制對負(fù)載的適應(yīng)性較全功率強(qiáng)，但由于不能利用系統(tǒng)空余出的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。因此，系統(tǒng)對能量利用的不充分也限制了挖掘機(jī)的作業(yè)性能。（3）交叉功率控制鑒于全功率和分功率控制的不足，國外液壓件廠家開發(fā)出了交叉功率控制系統(tǒng)，如圖1-4所示。交叉功率控制通過兩臺(tái)排量和控制機(jī)構(gòu)完全一樣的泵串聯(lián)組成。因此交叉功率控制能夠像分功

37、率系統(tǒng)，每一臺(tái)泵可以獨(dú)立控制各自的回路。圖1-4 國外某交叉?zhèn)鞲泄β士刂票玫珒杀糜滞ㄟ^交叉?zhèn)鞲锌刂疲绻渲幸慌_(tái)泵需要的功率較小，另一泵可以吸收剩余的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，從而可以100%利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率13。因此，交叉功率控制既能像全功率控制一樣吸收發(fā)動(dòng)機(jī)全部功率，又可以像分功率控制可以依據(jù)回路的負(fù)載壓力實(shí)現(xiàn)對各自回路的獨(dú)立控制。但交叉功率控制的工作點(diǎn)依然被限制在幾條功率曲線上，使泵工作點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配圍受到限制，不能吸收發(fā)動(dòng)機(jī)全部的功率，同樣地存在功率損失。因此，交叉功率控制通常與其他控制方式相結(jié)合5。2.正流量控制正流量控制系統(tǒng)最早由力士樂公司在上世紀(jì)八十年代提出，其主要特點(diǎn)是：操縱手柄的先導(dǎo)壓力不

38、僅控制多路換向閥，還用來調(diào)節(jié)泵的流量。正流量控制系統(tǒng)通常采用三位六通多路閥，如日立建機(jī)的EX400，其先導(dǎo)壓力由操作手柄引出14。當(dāng)執(zhí)行元件不動(dòng)作的時(shí)候，泵上沒有先導(dǎo)壓力作用，斜盤擺角最小，泵只輸出少量液壓油滿足系統(tǒng)泄漏。當(dāng)操縱先導(dǎo)手柄時(shí)，液壓先導(dǎo)回路建立起與手柄偏轉(zhuǎn)量成比例的壓力來控制多路閥的閥芯位移和泵的排量。隨著手柄偏轉(zhuǎn)量增大，系統(tǒng)作用在泵的變量機(jī)構(gòu)的先導(dǎo)壓力增大，使泵的排量成比例的增大15，其原理和特性曲線如圖1-5所示。因此，泵的流量和執(zhí)行元件的工作速度與先導(dǎo)控制壓力成正比例。負(fù)流量系統(tǒng)中的控制信號(hào)采集于多路閥的出口處，只有多路閥有動(dòng)作，負(fù)流量反饋信號(hào)才會(huì)發(fā)生變化，因此泵的變量控制要

39、滯后于多路閥的控制；而正流量系統(tǒng)中泵的控制壓力源于一次先導(dǎo)壓力，壓力信號(hào)同時(shí)傳至泵的變量機(jī)構(gòu)和多路閥先導(dǎo)端，此時(shí)兩者的動(dòng)作是同步的。所以與負(fù)流量控制系統(tǒng)相比較，正流量系統(tǒng)的操縱敏感性要好。圖(a)正流量原理圖(b)正流量系統(tǒng)特性曲線圖1-5 正流量原理與特性曲線3.負(fù)流量控制負(fù)流量控制系統(tǒng)原理如圖1-6(a)所示，泵輸出油液通過多路閥的控制使液壓油分為兩部分，一部分去液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，另一部分通過中央旁通路回油箱。為控制流回油箱的液壓油，減少能量損耗，在旁通回油通道上加裝一個(gè)節(jié)流孔，將節(jié)流孔產(chǎn)生的壓力引至泵的排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來控制泵的排量以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。由于節(jié)流孔孔徑固定，當(dāng)流過節(jié)流孔的流量增大，節(jié)流

40、孔前后壓差增大，將使泵的排量減小。因此，泵變量機(jī)構(gòu)的控制壓力與泵排量成負(fù)線性關(guān)系，所以此類系統(tǒng)稱為負(fù)流量系統(tǒng)。負(fù)流量系統(tǒng)在日本小松公司、日立建機(jī)公司得到了廣泛應(yīng)用。負(fù)流量系統(tǒng)Pt-Q特性曲線如圖1-6(b)所示。圖(a)負(fù)流量原理圖(b)負(fù)流量系統(tǒng)特性曲線圖1-6 負(fù)流量系統(tǒng)4.負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)負(fù)載敏感技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代的歐洲16，它是一種感受系統(tǒng)壓力-流量需求，且僅提供所需求流量和壓力的液壓回路。負(fù)載敏感系統(tǒng)通常包括負(fù)載傳感泵控系統(tǒng)、負(fù)載傳感多路閥和負(fù)載敏感（LS）閥。負(fù)載敏感泵控系統(tǒng)是一個(gè)具有壓差反饋，能在壓力指令條件下，實(shí)現(xiàn)泵對負(fù)荷流量隨機(jī)控制的閉環(huán)系統(tǒng)。它通過傳感器或梭閥連

41、接檢測負(fù)荷（壓力）變化信號(hào)，對變量泵自動(dòng)控制并做相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)，使至少一個(gè)控制閥主控邊上的節(jié)流壓差保持不變。這樣，泵的輸出流量就始終與閥的開度相一致，即與換向閥調(diào)節(jié)的執(zhí)行組件所需流量相適應(yīng)，而與負(fù)荷壓力無關(guān)17。但當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)操縱兩個(gè)或多個(gè)閥芯，則僅有最大負(fù)荷壓力執(zhí)行元件的閥芯保持恒定的壓差PLS。進(jìn)入該執(zhí)行元件的流量可由換向閥開度控制，而進(jìn)入其他執(zhí)行元件的流量依然會(huì)受到各個(gè)負(fù)荷的大小與閥芯位置的影響，對要求復(fù)合動(dòng)作的挖掘機(jī)很不適應(yīng)。為了解決上訴問題，使各執(zhí)行器動(dòng)作互不干擾，在負(fù)載傳感多路閥系統(tǒng)的多路閥進(jìn)油或或回油口引入壓力補(bǔ)償器，以保持負(fù)荷的平衡。常見的負(fù)荷傳感系統(tǒng)有以下幾種類型：閥前壓力補(bǔ)

42、償（LS系統(tǒng)）、閥后壓力補(bǔ)償（LUDV系統(tǒng)）、回油壓力補(bǔ)償（東芝IB系統(tǒng)），其原理如下圖1-7。負(fù)載敏感系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是變量泵向數(shù)個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)供油，其中一個(gè)負(fù)荷最大的元件，將其負(fù)荷壓力通過梭閥反饋到LS閥與變量機(jī)構(gòu)，而其他執(zhí)行元件則通過各自的壓力補(bǔ)償閥使各換向閥出口的油壓一樣。因此，當(dāng)兩個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)操作時(shí)，不論負(fù)荷大小，壓力補(bǔ)償閥的作用就使得各換向閥的進(jìn)口與出口之間的壓差一樣，從而泵輸出的油量將按各閥的開度大小比例進(jìn)行分流。LUDV系統(tǒng)LS系統(tǒng)IB系統(tǒng)圖1-7 負(fù)荷傳感系統(tǒng)原理對比與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)比較，負(fù)荷傳感系統(tǒng)有三大優(yōu)勢： = 1 * GB3 節(jié)能效果顯著； = 2 * GB3 流量控

43、制精度高且不受負(fù)載變化影響； = 3 * GB3 保證復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)性，不受負(fù)載變化影響。其中LS系統(tǒng)中的壓力補(bǔ)償閥是基于定差減壓原理，所以當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)流量飽和時(shí)，比例分流效果將被破壞；而LUDV系統(tǒng)中的壓力補(bǔ)償閥是基于比例溢流原理，最高負(fù)荷壓力作為比例控制信號(hào)傳遞給壓力補(bǔ)償閥。同時(shí)最高負(fù)載壓力LS閥對液壓泵的排量進(jìn)行控制，使泵的輸出壓力較最高負(fù)荷壓力高出一個(gè)固定值。這樣所有的多路閥閥口的壓降都被控制在同一值，即使泵供油不足，執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度會(huì)下降，由于所有閥口壓降是一致的，各工作機(jī)構(gòu)速度還是按閥口開度成比例分流。對于型液壓挖掘機(jī)而言，目前常用的有正流量、負(fù)流量和負(fù)載敏感系統(tǒng)，這三種流量調(diào)節(jié)控制方式

44、中，在國挖掘機(jī)上應(yīng)用較多的是負(fù)流量控制系統(tǒng)，其次是負(fù)載敏感系統(tǒng)。近年來，隨著機(jī)電液一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，電子控制也逐漸應(yīng)用于正流量和負(fù)流量控制的液壓系統(tǒng)中，形成了電控正流量系統(tǒng)和電控負(fù)流量系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)更加精確的控制，改善系統(tǒng)性能，表1-1所示為世界上主要的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商各種控制方式應(yīng)用統(tǒng)計(jì)。表1-1 各種控制形式液壓系統(tǒng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)N-負(fù)流量控制系統(tǒng) L-負(fù)載敏感控制系統(tǒng) P-液控正流量控制系統(tǒng) E/P電控正流量控制系統(tǒng)1.4挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)研究現(xiàn)狀由于我國挖掘機(jī)技術(shù)起步晚，國外對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)和關(guān)鍵零部件的研究也更為成熟，其中以日本為代表的工業(yè)強(qiáng)國對工作裝置閥控系統(tǒng)的研究也取得了豐碩成果

45、。國對工作裝置液壓系統(tǒng)研究主要集中在高校和科研機(jī)構(gòu)，并在近幾年取得了一定成績。1968年，日立建機(jī)率先開發(fā)出雙泵雙閥變量泵系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)較傳統(tǒng)的定量泵系統(tǒng)基礎(chǔ)上能量利用率得到大幅提升18。1995年，日立建機(jī)為了進(jìn)行動(dòng)臂抬起、斗桿回收、鏟斗回收復(fù)合動(dòng)作時(shí)能順利的抬起動(dòng)臂，在鏟斗進(jìn)油路設(shè)置了動(dòng)臂優(yōu)先閥119，如圖1-8所示。圖1-8 液壓系統(tǒng)示意圖它通過在鏟斗進(jìn)油聯(lián)負(fù)載單向閥和主閥間設(shè)置一可變節(jié)流口，并通過動(dòng)臂提升先導(dǎo)壓力控制節(jié)流口開度來控制流入鏟斗油缸的油液，使動(dòng)臂可以順利抬起。2003年，Kim Byeong Su，Lee Min Hui針對傳統(tǒng)的斗桿閥芯回油再生出現(xiàn)的再生流量不足以與控

46、制性能較差的問題進(jìn)行了研究，提出了閥外流量再生的方案20。結(jié)果表明，該方法對提高系統(tǒng)再生流量與系統(tǒng)操縱性能有較好的效果。2006年，日立建機(jī)推出的ZAXIS200型挖掘機(jī)系統(tǒng)通過在動(dòng)臂油缸有桿腔回油路上設(shè)置一個(gè)挖掘再生電磁閥，使動(dòng)臂提升、斗桿收時(shí)，動(dòng)臂油缸有桿腔液壓油再生到斗桿控制閥前，以提高斗桿收速度21，其原理示意圖如圖1-9所示。當(dāng)系統(tǒng)操縱挖掘（動(dòng)臂提升、斗桿回收和鏟斗挖掘）時(shí)，從動(dòng)臂側(cè)P口的壓力油經(jīng)動(dòng)臂控制閥進(jìn)入動(dòng)臂液壓缸無桿腔，有桿腔的壓力油經(jīng)控制閥到達(dá)挖掘再生閥。挖掘再生閥在電磁信號(hào)SF作用下開啟，壓力油合流到斗桿控制閥前。在此類工況下，動(dòng)臂有桿腔回油可以加快斗桿收。圖1-9 液壓

47、系統(tǒng)示意圖2007年，日立建機(jī)針對提出了一種液壓驅(qū)動(dòng)回路的改進(jìn)方案，以利用回油路中的壓力油高效的進(jìn)行平整作業(yè)22。其工作原理如圖1-10所示，當(dāng)挖掘機(jī)進(jìn)行平整作業(yè)時(shí)，動(dòng)臂提升、斗桿收動(dòng)作，若斗桿液壓缸有桿腔的壓力超過設(shè)定值，將使兩通閥1、3動(dòng)作，則斗桿有桿腔液壓油經(jīng)流量控制閥2回油箱的回路切斷，液壓油再生回動(dòng)臂無桿腔。該液壓回路改進(jìn)方案對提高系統(tǒng)平整效率有一定節(jié)能效果。圖1-10液壓系統(tǒng)示意圖2008年，中南大學(xué)冀謙對挖掘機(jī)的斗桿鏟斗回路進(jìn)行了仿真研究，通過合理確定多路閥過流面積解決了某些機(jī)型中斗桿、鏟斗運(yùn)動(dòng)速度過快、過慢和抖動(dòng)的問題11。2011年，日立建機(jī)通過在液壓系統(tǒng)并聯(lián)油路進(jìn)入斗桿合流

48、閥前加入一個(gè)由鏟斗收手柄信號(hào)壓力控制的流量控制閥1，使系統(tǒng)具備在斗桿、鏟斗復(fù)合挖掘時(shí)，抑制或切斷流向斗桿合流閥的液壓油23,如圖1-11所示。圖1-11液壓系統(tǒng)示意圖1.5挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)能耗研究現(xiàn)狀鑒于挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)功率利用率較低，深入研究液壓系統(tǒng)功率損失和能耗分布，對提高系統(tǒng)節(jié)能效果，降低系統(tǒng)能耗，具有重要意義。由于國外挖掘機(jī)技術(shù)較國更為成熟，包括系統(tǒng)能耗研究等各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)處于較為領(lǐng)先的位置。而國關(guān)于挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)能耗的研究在近年來也取得了一定效果：1）正流量系統(tǒng)能耗研究日本神鋼公司于2007年基于自主開發(fā)的機(jī)液聯(lián)合仿真平臺(tái)，如圖1-12所示，對其生產(chǎn)的正流量控制型液壓挖掘機(jī)能耗進(jìn)行了深入的

49、研究，并取得了豐碩成果。該系統(tǒng)可以通過虛擬操作，對挖掘機(jī)整個(gè)作業(yè)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，并在上位機(jī)上就可以實(shí)時(shí)得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性曲線和系統(tǒng)能耗。該平臺(tái)不僅為整機(jī)節(jié)能研究和優(yōu)化提供了參考依據(jù)，同時(shí)對挖掘虛擬操縱平臺(tái)設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)2426。圖1-12日本神鋼公司挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)能耗分析平臺(tái)2）簡單節(jié)流系統(tǒng)能耗研究中南大學(xué)的葉鵬飛等采用AMEsim與ADAMS聯(lián)合仿真分析方法，對簡單節(jié)流控制液壓系統(tǒng)的小型液壓挖掘機(jī)進(jìn)行了空載90裝車工況動(dòng)態(tài)特性分析，并對挖掘機(jī)液壓泵功率消耗與動(dòng)臂和鏟斗閥的節(jié)流損失進(jìn)行了研究，得到了其能耗動(dòng)態(tài)分布曲線，量化了其節(jié)流損失的動(dòng)態(tài)過程27。3）負(fù)載敏感系統(tǒng)挖掘能耗研究理工

50、大學(xué)的武宏偉采用聯(lián)合仿真方法，研究了液壓挖掘機(jī)采用不同的挖掘方式(斗桿、鏟斗單獨(dú)挖掘以與斗桿和鏟斗復(fù)合挖掘)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，并且分析了相應(yīng)的能量消耗情況，結(jié)果表明：對于負(fù)載敏感控制系統(tǒng)，斗桿或鏟斗單獨(dú)挖掘時(shí)比兩者復(fù)合挖掘節(jié)能，但是復(fù)合挖掘的作業(yè)效率高28。4）負(fù)流量系統(tǒng)能耗研究中南大學(xué)的桂芳等同樣利用AMESim與ADAMS軟件聯(lián)合仿真方法，針對負(fù)流量系統(tǒng)的中型挖掘機(jī)進(jìn)行了空載90裝車典型工作循環(huán)仿真分析，并研究了典型工況下挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)能耗分布，對比分析了負(fù)流量和簡單節(jié)流系統(tǒng)的能量利用率。研究結(jié)果表明：在空載90裝車工況下，負(fù)流量控制液壓系統(tǒng)比簡單節(jié)流控制液壓系統(tǒng)平均節(jié)省約10.3%29。

51、1.6本文的主要研究本論文在深入研究工作裝置負(fù)流量液壓系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建立的系統(tǒng)AMESim仿真模型研究，開展了系統(tǒng)能耗和挖掘性能的研究。論文的主要容簡述如下：（1）本文在查閱大量國外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，介紹了目前挖掘機(jī)的典型液壓節(jié)能控制系統(tǒng)，概述了國外挖掘機(jī)工作裝置閥控系統(tǒng)研究成果以與系統(tǒng)能耗研究現(xiàn)狀。（2）深入分析了液壓挖掘機(jī)負(fù)流量控制液壓系統(tǒng)基本原理，組成系統(tǒng)的液壓元件的工作原理和部構(gòu)造。進(jìn)行了變量泵源雙閥控系統(tǒng)特性的分析和挖掘機(jī)工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)和工作裝置重心求解。（3）基于流體力學(xué)理論對挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)功能元件等進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并在AMEsim平臺(tái)上建立了相應(yīng)的仿真模型；建立工作裝置

52、的平面機(jī)構(gòu)系統(tǒng)仿真模型；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了液壓挖掘機(jī)工作裝置機(jī)械-液壓系統(tǒng)仿真模型并進(jìn)行了封裝。（4）基于系統(tǒng)仿真模型，對挖掘機(jī)工作裝置的空載單動(dòng)作、復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行了仿真與實(shí)測對比，驗(yàn)證了仿真模型的正確性。通過仿真模型開展了典型挖掘工況系統(tǒng)性能研究。（5）進(jìn)行了挖掘機(jī)典型挖掘工況下的能耗研究，對系統(tǒng)回路進(jìn)行了優(yōu)化和相應(yīng)的效果仿真。（6）進(jìn)行了挖掘機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，包括各工作裝置單動(dòng)作、復(fù)合動(dòng)作時(shí)液壓缸壓力測試試驗(yàn)。2液壓挖掘機(jī)負(fù)流量系統(tǒng)研究與工作裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析液壓系統(tǒng)中主泵、多路閥是整體液壓系統(tǒng)的核心部件，而工作裝置中動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的運(yùn)動(dòng)學(xué)是整機(jī)工作裝置機(jī)液系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，本章將著重分析主泵、多

53、路閥與負(fù)流量系統(tǒng)工作原理，并對工作裝置液壓系統(tǒng)特性以與工作裝置機(jī)械部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)研究。2.1挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)元件分析液壓元件是構(gòu)成液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵元素，承載著系統(tǒng)動(dòng)力輸出與操縱控制的作用。本小節(jié)將對液壓系統(tǒng)中主要液壓元件進(jìn)行分析，包括主泵、多路閥，為后續(xù)工作提供理論支持。2.1.1泵控系統(tǒng)分析K3V泵是斜盤式雙泵串列式柱塞泵，前泵與后泵結(jié)構(gòu)一樣，通過齒輪聯(lián)接套連接，泵軸利用花鍵與缸體相連，9個(gè)柱塞平行插入缸體中。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過聯(lián)軸器傳遞到泵軸，泵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)柱塞和缸體一起旋轉(zhuǎn)，柱塞沿靴板的表面滑動(dòng)，斜盤與柱塞有一定的傾角，使柱塞在缸體的孔中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)吸入和排出液壓油，而且可以利用泵變量機(jī)構(gòu)中伺

54、服柱塞對斜盤傾角的控制來改變泵的排量。伺服柱塞是通過泵調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)其左右兩腔壓力來實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)30。K3V泵的變量是通過以下方式實(shí)現(xiàn)，其系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示：圖2-1 K3V泵控系統(tǒng)原理1.通過泵控制壓力控制（負(fù)流量控制）。如圖2-2所示，當(dāng)操縱某一操縱桿時(shí)，信號(hào)控制閥中的泵流量控制閥接受從多路閥中位回油路上的節(jié)流孔反饋回來的負(fù)流量控制壓力PS.當(dāng)PS1作用在泵1調(diào)節(jié)器上的流量控制柱塞上，柱塞將向右移動(dòng)，從而帶動(dòng)伺服閥右移，使斜盤傾角減小，泵的輸出流量降低；隨著負(fù)反饋壓力的增加，泵的排量降至最小，P-Q曲線如圖2-3（a）所示。2.通過自身或另一泵輸油壓力控制（總功率控制）。K3V雙聯(lián)泵中的

55、兩個(gè)液壓泵各自配置有一個(gè)調(diào)節(jié)器，兩個(gè)液壓泵輸出的壓力油分別進(jìn)入到自身泵調(diào)節(jié)器上功率控制柱塞的環(huán)行腔和另外一個(gè)液壓泵調(diào)節(jié)器功率控制柱塞的小端面腔，因?yàn)楣β士刂浦系男《嗣媲幻娣e與環(huán)行腔面積相等，所以兩個(gè)液壓泵壓力的變化對調(diào)節(jié)器的推動(dòng)作用效果是一樣的。在不考慮負(fù)流量控制的前提下，這種控制效果將使得兩個(gè)液壓泵的斜盤擺角始終是相等的，即輸出流量相等。因此，當(dāng)兩者的平均壓力增加到超過設(shè)定的P-Q曲線，泵調(diào)節(jié)器根據(jù)超出P-Q曲線的壓力減少兩泵的流量，總的泵輸出流量返回到設(shè)定的P-Q曲線，因此可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過載。P-Q曲線要求共同調(diào)節(jié)兩泵，所以兩泵的流量調(diào)節(jié)幾乎一樣。如圖2-2（b）所示，泵調(diào)節(jié)器接收自身

56、的泵輸油壓力P1和另一泵的輸油壓力P2，將其作為控制信號(hào)壓力。當(dāng)泵輸油壓力P1+ P2增加時(shí)，補(bǔ)償柱塞使補(bǔ)償桿向右移動(dòng)，與彈簧力平衡后推動(dòng)伺服閥柱移動(dòng)，泵輸油壓力P通過閥柱進(jìn)入伺服柱塞的大腔中，伺服柱塞右移，斜盤傾角減小，泵輸出流量降低。反之，伺服柱塞左移，斜盤傾角增大，泵輸出流量增加。3.通過來自功率控制電磁閥的先導(dǎo)壓力控制（轉(zhuǎn)速傳感控制）。對于恒功率變量泵而言，其起調(diào)壓力的高低決定了最大輸出功率。起調(diào)壓力越低，則液壓泵的輸出功率就越小；相反，起調(diào)壓力越高，則液壓泵的輸出功率就越大。K3V系列泵的起調(diào)壓力是由泵調(diào)節(jié)器中排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的彈簧預(yù)緊力調(diào)定的，其恒功率雙曲線是采用外兩根彈簧來近似模擬的

57、，起調(diào)壓力通常調(diào)定后在泵工作過程中不能改變，因而此時(shí)泵的最大輸出功率也是不變的。而K3V系列液壓泵本身帶有的電液比例減壓閥，輸出的二次壓力作用在功率控制柱塞上，相當(dāng)于在起調(diào)彈簧力的相反方向作用了一個(gè)電可控的液壓力，從而使得起調(diào)壓力點(diǎn)能隨作業(yè)工況的變化而變化，這樣液壓泵就能夠隨著負(fù)載的變化而完全吸收柴油機(jī)的輸出功率。泵控制器根據(jù)負(fù)載大小實(shí)時(shí)改變電磁比例減壓閥輸入電流的大小，從而可改變它的二次壓力，二次壓力與彈簧力共同作用，決定了液壓泵的起調(diào)壓力點(diǎn)，從而也決定了液壓泵的輸出功率大小31。不同的二次壓力作用在流量控制柱塞上，使液壓泵的排量發(fā)生變化，形成不同的功率特性曲線，液壓泵變?yōu)楣β士煽乇?。如圖2

58、-3（c）所示，來自扭矩控制電磁閥提供扭矩控制壓力Pg作用在補(bǔ)償柱塞斷面上推動(dòng)補(bǔ)償柱塞和補(bǔ)償桿右移，進(jìn)而使伺服閥柱右移，泵輸油壓力進(jìn)入伺服缸大腔，伺服柱塞右移，斜盤傾角減小，泵輸出流量降低。4.通過來自泵最大流量限制電磁閥的先導(dǎo)壓力控制（泵最大流量限制）。當(dāng)電腦板收到工作模式開關(guān)、壓力傳感器或附件模式開關(guān)的信號(hào)后，向泵最大流量控制電磁閥發(fā)出指令，電磁閥起減壓閥的作用，限制泵控制壓力Pi。此時(shí)工作原理與通過泵控制壓力起作用時(shí)一樣。圖2-2K3V單泵控制原理圖2-3 K3V泵壓力流量特性曲線2.1.2多路換向閥簡述多路換向閥（簡稱多路閥）是挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的重要部件，它決定了液壓泵向執(zhí)行元件的供油路

59、線和方式，復(fù)合動(dòng)作時(shí)的合流、優(yōu)先和流量分配以與挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)的可控和操縱性能等等32。多路閥有以下幾類分類方法：按閥體結(jié)構(gòu)形式，可分為整體式和分片式；按油路連接方式，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、串并聯(lián)式和復(fù)合油路式；按液壓泵的卸荷方式，可分為中位卸荷式和安全閥卸荷式；按多路閥控制方式，可分為先導(dǎo)式和手動(dòng)式；按多路閥的成型方式，可分為鑄造式和機(jī)加式。本文研究的某型挖掘機(jī)采用的是日本KYB公司生產(chǎn)的KVMG系列多路閥，其外觀和閥芯布置如下圖2-4所示。圖2-4 KVMG系列多路閥外形圖圖2-5為KVMG系列多路閥的斗桿聯(lián)部結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)圖。以斗桿閥聯(lián)為例說明，當(dāng)多路閥右端先導(dǎo)口通先導(dǎo)液壓油時(shí)，多路閥芯工作

60、在左位時(shí)，從串聯(lián)油路的P口來的液壓油一部分由串聯(lián)路進(jìn)入下一聯(lián)，另一部分經(jīng)負(fù)載單向閥進(jìn)入斗桿換向閥，從并聯(lián)油路P口來的液壓油經(jīng)過動(dòng)臂優(yōu)先閥后在負(fù)載單向閥后合流進(jìn)入斗桿換向閥；斗桿合流閥部分：從串聯(lián)油路的P口來的液壓油一部分與并聯(lián)油路P口經(jīng)合流閥后的液壓油一起合流至斗桿換向閥前后，最后兩部分的液壓油由斗桿換向閥控制進(jìn)入斗桿液壓缸無桿腔。從斗桿液壓缸有桿腔回的液壓油一部分通過閥芯單向閥再生回?zé)o桿腔，減少了液壓能的損失，而另一部分則返回油箱。當(dāng)進(jìn)油壓力過大時(shí)，再生解除閥7切換到左位，回油背壓快速下降，有桿腔油液直接返回油箱，再生解除，提高了斗桿挖掘力。而斗桿防沉降閥是防止因斗桿鏟斗自重而產(chǎn)生的自然沉降