液壓挖掘機多路閥同步性能負載敏感性分析

O曠水章（湖南交通工程學院 湖南 421009）

液壓挖掘機多路閥同步性能負載敏感性分析

O曠水章
（湖南交通工程學院 湖南 421009）

傳統負流量控制多路閥進行復合動作時，其各分支輸出流量受負載壓力影響較大，有動作協同性差的不足點，出于這一現象，搭建了負流量控制多路閥數學模型，對其負載敏感性進行了仿真分析，找到了影響其同步性能的敏感因素。

液壓挖掘機；多路閥；同步性能

引言

伴隨改革開放的繼續推進，工業現代化繼續深入，社會對工程機械的資源有效率和工作性能等提出了進一步的需要。目前國外對多路閥的研究已經相對成熟，已經大量的投入到生產使用當中，最知名的如德國的Rexroth、美國的Husco和日本的Kyb等生產廠商。國內也有部分高等院校和研究機構對它進行過一些研究。本文通過對負流量節流控制系統的理論研究，搭建負流量控制系統的數學模型。通過AMESim軟件搭建挖掘機結構的仿真模型，對挖掘機在執行復合動作時多路閥的同步性能負載敏感性進行仿真分析，找出影響其同步性能的敏感因素。

1.負流量控制系統研究

(1)工作原理

圖1 負流量控制原理

本章將分析的主體是川崎企業研發的K3V系列多路閥及液壓泵組建的負流量控制系統，其多路閥中的三位六通閥的負流量控制系統可以簡化為如圖1所示的結構。其工作原理如下：當不操縱多路閥動作（即主閥芯處于中位）時，節流口A、B口關閉，旁路回油口O全開，系統通過旁路回油口O卸荷；當控制多路閥運動時，節流口A、B口慢慢開啟，從主液壓泵的壓力油液體被隔成兩份，其中一份通過節流口A進入執行元件做功，然后經過節流口B回到油箱，同時隨著旁路回油口O的逐漸關閉，另一部分流量則經過多路閥的旁路回油口O，節流后回到油箱(以下將這部分流量稱為“旁路回油”)，產生很大的功率損失，使系統嚴重發熱。

(2)數學計算模型

液壓泵流量連續方程：

液壓泵到節流口O及節流口A的關系表達式：

節流口A的壓力—流量表達式：

節流口O上的流量—壓力方程：

負流量檢測口R上的流量—壓力方程：

2.建模仿真分析

考慮多路閥里面的任一個閥，其結構是節流控制的三位六通閥。當操作手柄運動時，閥芯的位移量是由先導壓，力的大小來決定的，接著改變各節流口的通流面積。應用AMESim中HCD庫搭建負流量控制多路閥仿真模型，其中節流口通流面積隨閥芯行程變化的數據通過matlab編程計算得到。本文主要針對挖掘機動臂聯及回轉聯的協同控制采取建模仿，真分析，圖2是進行回轉聯及動臂聯協同動作時的AMESim仿真模型。

給挖掘機實現回轉-動臂協同運動仿真研究，回轉聯及動臂聯的載荷壓力都調節到15Mpa，另外的數據按如下表1調節好。從而獲得兩動作閥在相等的載荷下的流量分配規律線，見3圖。通過讀圖可知，理想流，量分，配曲線及仿真得，到的流量分，配曲線大概類似，可知在回，轉聯及動，臂聯載荷壓力相等的狀態時，可以根據駕駛者的動作達到流量分配。

表1 AMESim模型仿真參數表

給回轉聯及動臂聯設置不一樣的載荷壓力實現仿真研究，載荷力大小分別調節為20、10Mpa，另外數據保持一樣，可得兩控制聯在不等載荷時的分配流量規律，如圖3。分析曲線可知，理論分配流量曲線及仿真獲得的分配流量曲線區別不小，分析原因為回轉閥載荷力比動臂閥載荷力小，從此使得回轉閥的液壓油變多，大于理論流量值；流經動臂閥的流量變少，小于理論流量值。可知在兩聯復合動作且載荷力不同的狀態時，不能根據駕駛者想法達到理論流量配置。

圖3 復合動作流量分配（負載不同）

3.試驗驗證

(1)試驗方案

該試驗是在自行設計制造的多路閥綜合檢測試驗臺上完成。

(2)試驗分析

實現載荷力不等大的協同運動試驗時，給回轉閥載荷力調節到10MPa，動臂閥載荷力調節到20MPa，通過試驗獲得的配置流量規律見4圖。

進行試驗獲得的回轉-動臂協同運動配置流量規律和仿真研究算出的協同運動配置流量規律進行比較分析，可知兩類辦法獲得的數據非常接近，偏差不大，從而可以證明仿真研究獲得的各聯閥配置流量曲線是正確有效的，可以證明仿真模型的正確性。

圖4 動臂-回轉聯流量試驗曲線（負載不同）

由之前對多路閥，閥芯節流口面積和負流量，控制數據的研究，可見閥口O的面積變化規律對整個系統的控制性能起決定性作用，而與閥口A和B差不多沒有聯系。可以把原來的節流孔通流，面積導入到AMESim模型中仿真分析，判斷仿真結果動臂聯流量與理想流量曲線之間的偏差是否小于3L/min，假設小于則所求的面積則是需要的優化值，否則，以仿真結果得到的流量為初始數據代入到節流口面積優化公式中進行迭代循環計算，達到條件才結束。

4.結論

(1)建立的負流量控制系統仿真模型是正確的，為設計人員對液壓系統中各結構參數優化設計提供了依據。

(2)可以通過優化負流量控制多路閥，解決傳統多路閥輸出流量受載荷壓力影響較大、協同運動難以實現合理配油的問題；優化后系統的壓力損失將會減小，系統的節能效果會提升。

[1]投資工程機械關鍵零部件領域的最好時機[J].液壓氣動與密封, 2011(09):38.

[2]張德勝,郭勇.液壓挖掘機典型液壓控制系統分析[J].建筑機械, 2007(21):86-88.

[3]郭雄華,曹顯利.挖掘機負流量液壓系統的控制特性分析[J].液壓與氣動,2011(05): 55-57.

[4]LMS.AMESim系統建模和仿真實例教程[M].北京航空航天大學出版社,2011.

Load Sensitivity Analysis of Hydraulic Shovel Multitandem Valve Synchronous Property

Kuang Shuizhang

(Hunan Traffi c Engineering College, Hunan, 421009)

When the traditional negative fl ow control multi-way valve takes the composite moves, its output fl ow of each branch is infl uenced greatly by the loading pressure and has the shortcoming of weak action synchronicity. In order to solve this problem, we establish the mathematical model of negative fl ow control multi-way valve and take simulation analysis of its loading sensitivity, besides, we fi nd out the sensitive factors infl uencing the synchronization performance.

hydraulic shovel；multitandem valve；synchronous property

湖南省教育廳高等學校科研項目(15C0494)、湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目(634)

T

A

曠水章（1986～），男，湖南交通工程學院，研究方向：汽車電子。