分析正流量液壓挖掘機動臂回路流量特性

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第1期(總第182期)機械工程與自動化No．12014年O2月MECHANICALENGlNEERlNG&AUT()MATI()NFeb．文章編號：1672—6413(2014)01—0045—03正流量液壓挖掘機動臂回路流量特性分析張永強，劉建，仉志強。，鐘家怡。(1．太原重工股份有限公司。山西太原030024；2．太原科技大學(xué)機械工程學(xué)院，山西太原030024；3．柳工機械工程股份有限公司，廣西柳州545007)摘要：針對液壓挖掘機動臂在下降過程中重力勢能利用率低的問題，對挖掘機動臂機構(gòu)和液壓系統(tǒng)進行了理論分析．分別建立了液

2、壓挖掘機動臂在下降過程中的機構(gòu)運動學(xué)模型和液壓回路的數(shù)學(xué)模型。采用AMESim軟件建立了動臂機構(gòu)運動與液壓回路的仿真模型，分析主泵一多路閉一負(fù)載的正流量控制參數(shù)。并通過遺傳算法優(yōu)化節(jié)流閻通徑，得出兩組節(jié)流閥通徑最優(yōu)值。關(guān)鍵詞：正流量；液壓挖掘機；節(jié)能；流量特性；動臂中圖分類號：TU621：TP391．7文獻標(biāo)識碼：A0引言z一√+珞)一2z舯z舯cos．(2)正流量液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的流量供應(yīng)能夠跟隨(3)工裝機構(gòu)、動臂整體運動的動態(tài)平衡方程為：負(fù)載所需流量進行實時變化，實現(xiàn)系統(tǒng)流量的實時匹Fe1一J+Ge2．(3)配。但是挖掘機動臂在下降過程中存在著很大的重力其

3、中：F為動臂缸的作用力；J為工裝與動臂整體的轉(zhuǎn)勢能，而且挖掘機在工作過程中動臂需要頻繁地制動動慣量；G為工裝自重；為工裝機構(gòu)產(chǎn)生的力臂。和舉升，這部分勢能如果能夠回收再利用，將在很大程(4)工裝機構(gòu)產(chǎn)生的力臂：度上提高挖掘機的能量利用率，提高系統(tǒng)的工作效率。一ZsinO,．(4)因此，本文對22t正流量液壓挖掘機動臂下降過程的機構(gòu)運動與動臂液壓回路進行理論分析，并進行建模仿真分析，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。I動臂下降過程的機構(gòu)運動學(xué)模型動臂下降動作采用常用測試方法中規(guī)定的動作：斗桿油缸和鏟斗油缸縮回到末端，保持斗桿和鏟斗固定不動，在工裝機構(gòu)自重和雙動臂油缸液壓力的共同圖1動臂

4、機構(gòu)圖作用下，整個工裝機構(gòu)自上而下運動至水平地面，完成2動臂回路液壓系統(tǒng)動態(tài)模型動臂下降動作。圖2為挖掘機動臂液壓回路圖。它主要由主泵、動臂下降動作主要是在牽引力矩和阻力矩的共同動臂多路閥和動臂油缸組成，采用了流量再生回路，由作用下完成的。牽引力矩主要是由動臂油缸有桿腔的節(jié)流閥1、2和單向閥等組成動臂流量再生回路。所謂液壓力和工裝機構(gòu)自重共同作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩，該流量再生就是在動臂下降工況下，利用負(fù)載自身重力轉(zhuǎn)動力矩不僅受到動臂油缸有桿腔液壓力和工裝機構(gòu)產(chǎn)生的液壓力將油液從高壓腔輸送到低壓腔內(nèi)，使系本身自重的影響，而且還受到工裝機構(gòu)自身幾何參數(shù)統(tǒng)所需主泵流量最小。

5、的影響。阻力矩主要是由動臂油缸活塞與缸筒內(nèi)壁產(chǎn)根據(jù)斗桿結(jié)構(gòu)布置情況，單向閥閥芯通徑初選為生的摩擦力和其他摩擦力共同作用產(chǎn)生的。18mm。按照功率鍵合圖原理，建立動臂回路的數(shù)學(xué)圖1為動臂機構(gòu)圖，根據(jù)工裝機構(gòu)的幾何關(guān)系和模型。力矩平衡原理建立如下數(shù)學(xué)模型。(1)動臂油缸有桿腔的連續(xù)性方程為：(I)動臂油缸的力臂：Qp+Q~一A1警一u‘r'．(5)e1一ZmZ)sin0／Z．(1)e(2)動臂油缸的總長度：其中：Q為進油流量；Q為經(jīng)過節(jié)流閥2的液壓油流收稿日期：2013-07—15；修回日期：2013—07—25作者簡介；張永強(1984一)，男，f1．J躥介休人，助

6、理__1：程師，本科，研究方向：液壓挖掘機。學(xué)兔兔www.xuetutu.com·46·機械工程與自動化2014年第l期量；P為液壓缸有桿腔壓力；A為液壓缸有桿腔面的有桿腔內(nèi)，產(chǎn)生驅(qū)動力。在動臂油缸驅(qū)動力和工裝積；為液壓缸位移；V為液壓缸有桿腔有效容積；自重的共同作用下動臂開始加速下降。此時由于動臂為有效體積彈性模量。油缸驅(qū)動力產(chǎn)生的加速度要遠大于工裝本身的重力加速度，因此從圖4(a)中曲線可以看出有桿腔壓力大于無桿腔壓力，從圖4(b)中曲線可以看出再生回路內(nèi)沒有回收流量。2圖2動臂液壓回路圖(2)動臂油缸活塞桿的運動微分方程為：(PlAl—P2A2)一0+Ge2

7、．(6)其中：P。為液壓缸無桿腔壓力；A：為液壓缸無桿腔面積。(3)動臂油缸無桿腔的連續(xù)性方程為：圖3動臂下降的機構(gòu)運動與液壓回路仿真圖Az警一瓷一．(7)表l動臂下降系統(tǒng)參數(shù)表參數(shù)數(shù)值其中：。為液壓缸無桿腔有效容積；為經(jīng)過節(jié)流閥G(t)5．O1的液壓油流量。IAO(m)2．8(4)節(jié)流閥l的流量方程為：lco(m)4．6廠■————一￡D(m)1．OQ。一CA3^／普(P2一P。)．(8)，AB(m)】．1～1．2其中：C為流量系數(shù)，一般取0．61；A為節(jié)流閥1閥芯下降時間(s)Z．7面積；p為液壓油密度；P為節(jié)流閥1進口壓力。單向閥通徑(mm)l8(5)節(jié)流閥

8、2的流量方