论文部分内容阅读
摘 要：挖掘机的工作环境一般都是变化多端的，在施工作业中经常要完成许多高难度动作，因此其液压系统设计的合理性就显得尤为重要了。同样，挖掘机消耗的资源，在施工过程中产生的粉尘、噪音以及排放的污染物对我们的环境也产生了重大的影响。
关键词：挖掘机；液压系统；节能控制
挖掘机是一种能够被运用于多种施工作业的工程机械，当前在交通运输行业、建筑工程行业以及矿山开采等行业的运用比重越来越大。它能够代替人工在一些气候恶劣、地理环境复杂的地方进行高强度的机械化施工作业，这就使得挖掘机相对于人工劳动来说具有极高的工作效率。不同类型的挖掘机能够适用于不同类型的作业工况，基于这几方面的优点，挖掘機被越来越多的施工单位广泛的采用。
一、挖掘机液压系统的组成及类型
（一）挖掘机液压系统的组成
挖掘机的液压系统是由具备不同功能的基本回路以及辅助回路经过合理的设计而组成的，其液压回路包含起先导控制作用的先导回路和执行动作的主液压回路。其中主液压回路是由液压泵、动作执行装置和换向阀三大主要部分构成（如图1所示），在主液压回路中，流过液压作用元件流量的变化是由多路阀开口面积的大小控制的，而多路阀的开口面积是由先导阀所输出的压力的大小能来调节的。因此。只有通过两种回路的相互配合，才能使液压系统在执行动作时达到预期的效果。
挖掘机在施工作业时的动作复杂，其工作装置的启动和制动次数相当频繁，负载在短时间内变化幅度较大，作业过程中所产生的振动和冲击很大，因为通常是在户外进行作业，作业环境的地理位置和温度经常要发生改变。针对挖掘实际工况特点，要求其液压系统可靠性和传动效率要高，施工作业过程中操作性要好。
（二）挖掘机液压系统的基本类型
1、定量系统。定量系统就是指油泵的流量输出为恒定值的液压系统。该系统具有外部结构简单、工作可靠性极高、连续工作时间长等优势。如果系统压力和流量增大，定量系统的功率输出也对应的增大。当发动机转速和液压油流量恒定时，系统的功率利用率随着增大的工作负载而提高。在该系统中，油泵能够输出的流量大小是一定的，并不会因为载荷变化而发生改变，主要是依靠节流回路对执行元件运动的快慢进行调节。油泵和液压回路数量的不同构成了各种不同形式的定量系统，常见的有单泵单回路、双泵双回路等。除特殊情况之外，目前设计和生产的挖掘机液压系统大多以双泵进行供油为主，以满足其在负载及作业方面的要求。
2、变量系统。通常在定量系统中，为了能够满足现场作业的要求，发动机输出功率是按照工作的最大载荷和作业速度的大小来确定的，这样使发动机足量的输出功率势必有一部分会用不完而造成系统能量损失。变量系统能将发动机输出的功率完全利用，它能够使油泵的流量随着载荷变化而改变。在变量泵控系统中，发动机速度的调节大多是由容积变量来完成的，它的调速方式是通过油泵和马达进行定量或变量的组合来完成。
二、挖掘机液压系统的节能控制策略
国内多数生产厂为了提高液压挖掘机的性能，采取以下两个策略：与国外合资，较著名的有烟台大宇、合肥日立、徐州卡特等；引进国外先进的液压元件、液压系统及电控节能控制系统来提高国产挖掘机品质。下面就目前所查阅的国内文献期刊中较有代表性的控制方法进行分析总结。
第一，运用全制式调速器和调速曲线共同进行作用的控制方法，是一种较传统的控制方式，当外负荷增加使转速略有下降时，调速器可使供油量调节拉杆向加油方向移动，阻止转速下降。当负荷增加到使调速器不起作用，即使供油量已增加到最大值，转速已明显下降时，柴油机沿着外特性曲线工作。
第二，工况的变化会引起负载压力、起调压力以及泵出口压力的变化，来调节泵的排量或者控制发动机的调速拉杆使泵的吸收功率和柴油机的输出功率尽可能匹配。
第三，利用阀门和油门的联合控制来控制转速，使其一直工作在最佳工作点是一种较流行的控制策略。在外负载较小时，系统通过调节发动油门来适应负载的需求。而当外负载很大时，一方面增加发动机的功率输出，另一方面则应适当调节变量泵的排量来降低其功率吸收，从而避免出现发动机过载熄火现象，使发动机在整个转速范围内都能适应负荷变化，保持最佳的功率利用率及良好的动力性和经济性。
第四，将柴油机、变量泵、负载作为一个系统，分析该系统各环节的匹配原理和方法，实现柴油机、变量泵、负载三者的一致匹配。以泵出油口压力为依据，实现动力系统与工况的自适应控制；以转速传感控制方式实现发动机与泵的功率匹配；以变量泵出口流量为依据，由微机控制调节多路阀阀口开度，实现负载、变量泵的功率匹配。
三、结语
因为挖掘机的工作环境通常比较恶劣，而且其作业的对象也经常发生变化，这就导致了挖掘机液压系统的能量损失形式的多样性。这使得挖掘机的液压系统的研究更有必要性。由于液压挖掘机的基本工作原理已经成熟，目前不会有大的突破，今后挖掘机的研究与发展方向是对动力装置、液压系统及其元件在节能和功能上的进一步完善以及微机控制技术的深层次应用。
参考文献：
魏洪旭.挖掘机液压系统节能匹配研究[D].长安大学，2014.
关键词：挖掘机；液压系统；节能控制
挖掘机是一种能够被运用于多种施工作业的工程机械，当前在交通运输行业、建筑工程行业以及矿山开采等行业的运用比重越来越大。它能够代替人工在一些气候恶劣、地理环境复杂的地方进行高强度的机械化施工作业，这就使得挖掘机相对于人工劳动来说具有极高的工作效率。不同类型的挖掘机能够适用于不同类型的作业工况，基于这几方面的优点，挖掘機被越来越多的施工单位广泛的采用。
一、挖掘机液压系统的组成及类型
（一）挖掘机液压系统的组成
挖掘机的液压系统是由具备不同功能的基本回路以及辅助回路经过合理的设计而组成的，其液压回路包含起先导控制作用的先导回路和执行动作的主液压回路。其中主液压回路是由液压泵、动作执行装置和换向阀三大主要部分构成（如图1所示），在主液压回路中，流过液压作用元件流量的变化是由多路阀开口面积的大小控制的，而多路阀的开口面积是由先导阀所输出的压力的大小能来调节的。因此。只有通过两种回路的相互配合，才能使液压系统在执行动作时达到预期的效果。
挖掘机在施工作业时的动作复杂，其工作装置的启动和制动次数相当频繁，负载在短时间内变化幅度较大，作业过程中所产生的振动和冲击很大，因为通常是在户外进行作业，作业环境的地理位置和温度经常要发生改变。针对挖掘实际工况特点，要求其液压系统可靠性和传动效率要高，施工作业过程中操作性要好。
（二）挖掘机液压系统的基本类型
1、定量系统。定量系统就是指油泵的流量输出为恒定值的液压系统。该系统具有外部结构简单、工作可靠性极高、连续工作时间长等优势。如果系统压力和流量增大，定量系统的功率输出也对应的增大。当发动机转速和液压油流量恒定时，系统的功率利用率随着增大的工作负载而提高。在该系统中，油泵能够输出的流量大小是一定的，并不会因为载荷变化而发生改变，主要是依靠节流回路对执行元件运动的快慢进行调节。油泵和液压回路数量的不同构成了各种不同形式的定量系统，常见的有单泵单回路、双泵双回路等。除特殊情况之外，目前设计和生产的挖掘机液压系统大多以双泵进行供油为主，以满足其在负载及作业方面的要求。
2、变量系统。通常在定量系统中，为了能够满足现场作业的要求，发动机输出功率是按照工作的最大载荷和作业速度的大小来确定的，这样使发动机足量的输出功率势必有一部分会用不完而造成系统能量损失。变量系统能将发动机输出的功率完全利用，它能够使油泵的流量随着载荷变化而改变。在变量泵控系统中，发动机速度的调节大多是由容积变量来完成的，它的调速方式是通过油泵和马达进行定量或变量的组合来完成。
二、挖掘机液压系统的节能控制策略
国内多数生产厂为了提高液压挖掘机的性能，采取以下两个策略：与国外合资，较著名的有烟台大宇、合肥日立、徐州卡特等；引进国外先进的液压元件、液压系统及电控节能控制系统来提高国产挖掘机品质。下面就目前所查阅的国内文献期刊中较有代表性的控制方法进行分析总结。
第一，运用全制式调速器和调速曲线共同进行作用的控制方法，是一种较传统的控制方式，当外负荷增加使转速略有下降时，调速器可使供油量调节拉杆向加油方向移动，阻止转速下降。当负荷增加到使调速器不起作用，即使供油量已增加到最大值，转速已明显下降时，柴油机沿着外特性曲线工作。
第二，工况的变化会引起负载压力、起调压力以及泵出口压力的变化，来调节泵的排量或者控制发动机的调速拉杆使泵的吸收功率和柴油机的输出功率尽可能匹配。
第三，利用阀门和油门的联合控制来控制转速，使其一直工作在最佳工作点是一种较流行的控制策略。在外负载较小时，系统通过调节发动油门来适应负载的需求。而当外负载很大时，一方面增加发动机的功率输出，另一方面则应适当调节变量泵的排量来降低其功率吸收，从而避免出现发动机过载熄火现象，使发动机在整个转速范围内都能适应负荷变化，保持最佳的功率利用率及良好的动力性和经济性。
第四，将柴油机、变量泵、负载作为一个系统，分析该系统各环节的匹配原理和方法，实现柴油机、变量泵、负载三者的一致匹配。以泵出油口压力为依据，实现动力系统与工况的自适应控制；以转速传感控制方式实现发动机与泵的功率匹配；以变量泵出口流量为依据，由微机控制调节多路阀阀口开度，实现负载、变量泵的功率匹配。
三、结语
因为挖掘机的工作环境通常比较恶劣，而且其作业的对象也经常发生变化，这就导致了挖掘机液压系统的能量损失形式的多样性。这使得挖掘机的液压系统的研究更有必要性。由于液压挖掘机的基本工作原理已经成熟，目前不会有大的突破，今后挖掘机的研究与发展方向是对动力装置、液压系统及其元件在节能和功能上的进一步完善以及微机控制技术的深层次应用。
参考文献：
魏洪旭.挖掘机液压系统节能匹配研究[D].长安大学，2014.