液压挖掘机关键技术综述pdf产品·技术 液压挖掘机关键技术综述 长沙建设机械研究院 刘建民 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$% % $ $ $ $ $ 内容提要 当今液压挖掘机是人们诸多建设工程不可缺少的得力助手，进一步发展它的动力半岛官网下载、液压、电控技术，使 $ $ $ $ 之更好为人类服务是我们的责任。本文就以此综述，籍以抛砖引玉。 $ % %$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 关键词 液压挖掘机 柴油机控制 液压系统 电控系统 挖掘机的出现已有百余年历史，在技术上大致经 历了三次飞跃。第一次是柴油机的出现，使挖掘机有 了较理想的动力装置；第二次是液压技术的广泛应 用，使挖掘机有了较完善的控制系统。进入二十一世 纪，随着新技术的挖掘机上的不断应用，使液压挖掘 机技术面貌一新。 图! 本文就液压挖掘机的关键技术加以阐述。 图! 所示为全程调整器特性曲线和二程调整器 特性曲线，在电子控制柴油机中，只要用一个转换开 ! 动力系统 关分别执行不同程序就能实现。 挖掘机的作业属重负荷冲击工况，因此对柴油机 过载能力、耐用性方面有苛刻的要求，世界著名的挖 掘机生产商均采用专门研制的柴油机为动力。但是近 年来对柴油机的性能与功能提出了更高更多的要求： 低燃耗、高出力；改善排放，降低烟度；提高加速性能 和低温起动性能；降低噪声，提高可靠性和耐久性，简 图 化维修保养等。因此，仅从机械途径已无法解决这些 图 所示为通过微机软件实现不同外特性曲线 问题，柴油机的电子化控制已成为重点研究与应用的 和不同形状的扭矩特性。 新课题。时至今日，挖掘机用电子化控制柴油机尚未 !# !# 大幅度降低油耗 有突破性的发展与应用，但电子化控制柴油机技术必 燃料喷射不受发动机转速的影响，喷射始终保持 将深刻影响液压挖掘机的进一步发展，并从根本上改 高压细化，能按发动机运行工况调整喷油规律和喷油 善动力系统的匹配性、适应性和经济性。也将更符合 状态，能适应急剧的负荷变动，可迅速进行调整，提高 日益提高的环保要求。 燃烧效率。 !# ! 柴油机电子化控制的优点 !# !# $ 解决排放问题 !# !# ! 任意的扭矩特性 解决机械式调速器柴油机的排放问题是困难 由于燃油喷射量采用电子控制，它突破了机械式 的。采用电子控制可通过控制喷油时间、喷油规律和 调速器的喷油量和发动机转速之间的固定关系，使喷 喷油状态，使燃料在较低温度下燃烧，%’ ( 氮氧 油量与转速之间没有直接关系，喷油量可以由微机软 化合物) 的产生；在急加速时不冒黑烟；由于喷射压力 件来决定。因此，执行不同程序，就可以获得不同的发 高，燃油粒子细化，与空气混合好，燃烧完全，能抑制 动机特性曲线。液压挖掘机往往具有多种功能，需在 黑烟的产生。 不同的工况下工作，要求发动机具有各种扭矩转速特 !# !# * 具有各种附加功能 性。 + ) 自动暖机 建设机械技术与管理 年 月号 26 2001 12 产品·技术 起动后，可根据冷却水温度自动改变怠速转速， 进气量，从而保证燃料充分燃烧，提高发动机有效输 冷却水温低时怠速转速高，以缩短暖机时间，如图! 出功率。中冷技术在液压挖掘机上的应用前景良好。 所示。 液压挖掘机柴油机向电子化控制的发展是必然 的方向。 / 液压系统 目前液压挖掘机典型的液压系统基本上有二种 类型，即负荷传感系统和负流量控制系统。 /0 - 负荷传感系统 图! 图 负荷传感技术是一种利用泵的出口压力与负载 ’ ( 提高低温起动性能 压力差值的变化而使压系统流量随之相应变化的技 起动时，燃油喷射量随冷却水温而变。水温低时 术。 增加喷油量，以提高低温起动性能。水温上升后自动 液压负荷传感系统分阀控定量系统和泵控变量 减少喷油量，以防冒黑烟，如图 所示。 系统。液压挖掘机上基本采用泵控次级压力补偿系 统，即负荷传感压力补偿阀布置在换向阀节流器的后 面。 负荷传感系统的特点： 1 ( 节能 泵控负荷传感系统中，节能表现在：恒功率变量 图# 图$ 泵的功率一定，而负荷所需的压力和流量不可能都与 ) ( 发动机保护功能 泵一致，必然有泵的压力或流量超过负荷所需值，从 可防止发动机超速和过热，还可防止发动机倒 而引起损失。负荷传感系统则可以使两者接近，而减 转。图# 所示为防止发动机超速，当转速超过某一值 小损失。 时，供油被切断。图$ 所示为防止发动机过热，当发动 在节能方面以泵控负荷传感系统最显著。 机水温达一定值时，喷油自动减少，扭矩曲线下降，发 ’ ( 控制性能好 动机功率减小。 由于系统压力和流量变化受负荷传感信号控制， * ( 怠速转速控制 是一个闭环反馈控制系统，故控制灵敏度高；各种负 可根据怠速时所带负荷的情况+ 例如空调是否开 荷传感阀均属等差减压阀，通过节流口的流量只与其 ( 面积有关，而不受负载变化影响，故调速平稳、准确、 启 来改变怠速转速，所带负荷大，怠速转速高，以防 发动机熄火，如图 所示。 迅速；可与比例阀配合实现比例控制，可在多个执行 % , ( 调速特性的调速率控制 元件复合动作时，实现同步工作而互不影响；因流过 当发动机发电机工作时，希望发电机发生的频率 滑阀的流量小、流速低，故操纵力小；微调性能好，微 一定，调速器调速率尽量接近零。采用电子控制可实 调时功率损失低。 现此要求，如图 所示。 ) ( 动静特性好 -. / 中冷技术 负荷传感系统一般都具有足够的稳定性和动态 发动机中冷技术的目的是降低进气温度，并提高 响应，噪声低，但对组成系统各元件的固有频率有一 定要求。 * ( 寿命长 换向阀中位时，泵低压小流量工作；系统工作时， 泵在略高于负载压力下工作，且溢流损失小，油温低， 延长了液压元件和工作油的寿命。 , ( 元件规格小 图% 图 建设机械技术与管理 年 月号 2001 12 27 产品·技术 由于功率得到充分利用，系统效率高。主液压泵、 掘机的电控系统的重要特征就是以微处理器为核心 液压油冷却器、滤油器及管路元件的规格都可以适当 的全机综合控制，即对发动机、主泵等全面控制，以实 减少，使系统更紧凑。 现二者的最佳匹配，从而达到环保、节能与提高效率 负荷传感系统主要缺少是结构较复杂，维修性较 为目的。如图!! 所示是一种液压挖掘机综合控制系 差。 统。 $% $ 负流量控制系统 负流量系统是通过位于主控制阀后面的节流阀 建立的压力对主泵的排量进行调节的。这种系统具有 稳定性好、响应快、可靠性和维修性好等特点；但在起 始点为重负荷下作业时，因流量与负荷相关，所以可 控制性较差。见图# 。 图# 负流量系统的能量损失以流量为主，而负荷传感 ’ 系统以压差为主。 见图! 图!! 但是，值得注意的是一个过分复杂精密的电控系 统同时也带来了可靠性差、故障突发性的增加，并使 维修难度加大等一系列后续性问题。这些使用方面 的问题将大大削弱先进的电控系统所带来的技术价 值和使用经济价值。因此，在液压挖掘机电控系统方 面，始终应该强调的是更高的可靠性与技术的合理 图! 性，而非一味追求技术的完美性；目前发展的趋势是 负荷传感系统与负流量系统的比较见下表。 研究开发可靠性更高的元器件及系统，以确保电控系 评价指标 负荷传感系统 负流量系统 统的稳定性和可靠性。 节能 优 与负荷传感系统相近 液压挖掘机的技术发展重点集中在液压电子系 操作起始点 与载荷无关 与载荷有关 统中，在某些特定用途中，使液压挖掘机具备一定的 系统稳定性 较差 好 自动工作能力也仍旧处在极其初级的发展阶段。 可靠性及维护 较差 好 德国力士乐在 负荷传感系统基础上开发出了 参考文献 () 负荷传感系统，从原理上分析， 系统要优 (*+, (*+, 张玉川 液压挖掘机的控制系统 建筑机械 ’ ! % % !### . 于 系统。但是实际工程应用的情况相对较少，其优 () 黄宗益，李兴华 柴油机喷油系统的电子控制 建筑机械 $
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