簡(jiǎn)述挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)

目前，機(jī)電液一體是液壓挖掘機(jī)的主要發(fā)展方向，其目的是實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的全自動(dòng)化，即人們對(duì)液壓挖掘機(jī)的研究，逐步向機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，使挖掘機(jī)由傳統(tǒng)的杠桿操縱逐步發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、電氣操縱、液壓伺服操縱、無(wú)線電操縱、電液比例操縱和計(jì)算機(jī)直接操縱。所以，對(duì)挖掘機(jī)的機(jī)電液一體化的研究，主要集中在液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)上。

液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件(液壓缸、液壓馬達(dá))等所構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)。按控制功能，可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和力(或壓力)控制系統(tǒng);按控制元件，可分為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、多路換向閥控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件控制系統(tǒng)和整機(jī)控制系統(tǒng)。

目前，液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)已發(fā)展到復(fù)合控制系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)

由柴油機(jī)的外型特性曲線可知，柴油機(jī)是近似的恒扭矩調(diào)節(jié)，其輸出功率的變化表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速的變化，但輸出扭矩基本不變化。油門開(kāi)度增加(或減小)，柴油機(jī)輸出功率就增加(或減小)，由于輸出扭矩基本不變，所以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速也增加(或減小)，即不同的油門開(kāi)度對(duì)應(yīng)著不同的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。由此可見(jiàn)，對(duì)柴油機(jī)控制的目的是，通過(guò)對(duì)油門開(kāi)度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

目前應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)柴油機(jī)上的控制裝置有電子功率優(yōu)化系統(tǒng)、自動(dòng)怠速裝置、電子調(diào)速器、電子油門控制系統(tǒng)等。

液壓元件控制系統(tǒng)

對(duì)液壓泵的控制都是通過(guò)調(diào)節(jié)其變量擺角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)控制形式的不同，可分為功率控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)和組合控制系統(tǒng)等三大類。其中的功率控制系統(tǒng)有恒功率控制、總功率控制、壓力切斷控制和變功率控制等;流量控制系統(tǒng)有手動(dòng)流量控制、正流量控制、負(fù)流量控制、最大流量二段控制、負(fù)荷傳感控制和電氣流量控制等;組合控制系統(tǒng)是功率控制和流量控制的組合控制，在液壓控制機(jī)上應(yīng)用最多。

液壓控制閥控制系統(tǒng)

1)先導(dǎo)型控制系統(tǒng) 換向控制閥的控制形式有直動(dòng)型(用手柄直接操縱換向閥主閥芯，目前少用)和先導(dǎo)型兩種。后者是用先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，再用先導(dǎo)油液控制換向閥的主閥芯，它又分為機(jī)液先導(dǎo)型和電液先導(dǎo)型兩類。

2)負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) 閥控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是節(jié)流式系統(tǒng)。在液壓挖掘機(jī)上，目前常用的是一般的三位六通多路閥，其滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能差。20世紀(jì)90年代以來(lái)，在液壓挖掘機(jī)上開(kāi)始采用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，其控制閃不論是中位開(kāi)式方式還是中位閉式方式，都附帶有壓力補(bǔ)償閥。

采用電子控制壓力補(bǔ)償?shù)囊簤和诰驒C(jī)液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)比較，負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1)節(jié)省能源消耗。普通三位六通換向閥無(wú)論采用定量泵還是變量泵，總要有一部分油液經(jīng)溢流閥溢掉，浪費(fèi)了能量。而使用負(fù)荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量全部用于負(fù)載上，泵的壓力僅比負(fù)荷壓力大1-3MPa。

(2)流量控制精度高，不受負(fù)荷壓力變化的影響。

(3)幾個(gè)執(zhí)行元件可以同步運(yùn)動(dòng)或以某種速比運(yùn)動(dòng)，且互不干擾。普通三位六通閥系統(tǒng)用的是并聯(lián)油路，當(dāng)幾個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，泵輸出的油液首先流向壓力低的執(zhí)行元件，不能同步。

負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)包括負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制泵(或定量泵)。

3)完全負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) 完全負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)由負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制變量泵組成。

上述的負(fù)荷傳感控制閥只解決了滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能，而沒(méi)有解決節(jié)省能源問(wèn)題。定量泵和負(fù)荷傳感控制閥的系統(tǒng)也沒(méi)有節(jié)省能源消耗，因?yàn)楸盟敵龅牧髁砍^(guò)執(zhí)行元件(液壓缸和液壓馬達(dá))所需要的流量時(shí)，多余的油液經(jīng)壓力補(bǔ)償閥流回油箱(為保持壓差恒定)變?yōu)闊崮?。只有完全?fù)荷傳感控制系統(tǒng)才能解決節(jié)省能源問(wèn)題。

4)帶次級(jí)壓力補(bǔ)償閥的負(fù)荷傳感系統(tǒng)德國(guó)力士樂(lè)公司等(包括Atlas公司、Eder公司)在其生產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)上設(shè)置了負(fù)荷傳感分流器 LUOV(Last Unabhangige Durchfluss Vereilung)系統(tǒng)，其主要作用是：當(dāng)多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)工作、所需的流量大于液壓泵的流量時(shí)，產(chǎn)生供油不足的現(xiàn)象，這不能使正在工作臺(tái)的執(zhí)行元件與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)的控制得到保證。LUDV系統(tǒng)能保證在供油不足時(shí)所有執(zhí)行元件的工作速度按正比例下降，以獲得與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)的控制。

執(zhí)行元件控制系統(tǒng)

1)行走自動(dòng)二速系統(tǒng) 行走自動(dòng)二速系統(tǒng)只有在行走速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于二速位置時(shí)才具有此功能。此時(shí)，其信號(hào)使行走二速電磁閥換向;與此同時(shí)，通過(guò)二速用伺機(jī)服缸使行走馬達(dá)處于二速位置，挖掘機(jī)可高速行走。

另外，控制選擇閥還受行走壓力的作用，在上坡等負(fù)載大的時(shí)候，控制選擇閥向一速的一側(cè)換向;二速用伺服的控制油壓卸荷，使行走馬達(dá)自動(dòng)向一速位置轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)力增大。

挖掘機(jī)在平地上行走及下坡行走等工況時(shí)，行走阻力變小，控制選擇閥再換向，對(duì)二速用伺服缸作用，行走馬達(dá)自動(dòng)地又回到二速位置上，使控制機(jī)高速行走。

2)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃防止機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃防止機(jī)構(gòu)是挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)停止后消除其搖晃的機(jī)構(gòu)，其工作原理是：

回轉(zhuǎn)馬過(guò)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反轉(zhuǎn)防止閥兩側(cè)受卸荷壓力作用，彈簧壓縮。由于左、右壓力相等，反轉(zhuǎn)防止閥不能換向。

回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后B口側(cè)壓力比A口側(cè)高，對(duì)回轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生反力作用，回轉(zhuǎn)馬達(dá)搖晃，此時(shí)A口側(cè)壓力比B口側(cè)的高，對(duì)反轉(zhuǎn)防止閥產(chǎn)生壓力。

由于閥中有節(jié)流孔，產(chǎn)生時(shí)間滯后，滑閥向右移動(dòng)，從而使A口與B口聯(lián)通、壓力相等。因此，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃僅一次而已。

3)工作裝置控制系統(tǒng) 液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)中有六個(gè)執(zhí)行元件——左、右行走馬達(dá)，轉(zhuǎn)達(dá)臺(tái)回轉(zhuǎn)馬達(dá)，動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸。為了提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率和節(jié)省能源消耗，在挖掘機(jī)的挖掘裝載過(guò)程中，需要回轉(zhuǎn)馬達(dá)和三種液壓缸協(xié)調(diào)動(dòng)作，即工作裝置控制系統(tǒng)應(yīng)具備如下三項(xiàng)功能：

(1)控制機(jī)控制功能。鏟斗沿水平面或與水平面成一定角度的直線運(yùn)動(dòng)，圓弧運(yùn)動(dòng);任意軌跡運(yùn)動(dòng)。

(2)裝載挖掘功能。完成滿斗提升、回轉(zhuǎn)和卸載。在這一過(guò)程中要求鏟斗相對(duì)于地平面保持開(kāi)始提升時(shí)的角度，以防止鏟斗內(nèi)物料在提升過(guò)程中撒落。

(3)復(fù)位控制功能。卸載后通過(guò)動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn)等四個(gè)動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)，使鏟斗恢復(fù)到開(kāi)始挖掘的位置。

上述挖掘機(jī)工作裝置的控制形式有機(jī)液控制和計(jì)算機(jī)控制等兩種方式。