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2011产品创新数字化峰会征文:液压挖掘机液压系统优化设计与仿真

2011/12/2    来源:e-works    专家:孙江宏      
关键字:液压挖掘机  液压系统  仿真  虚拟样机  
本文分析国内液压挖掘机发展问题,针对液压挖掘机功能要求,优化设计液压系统回路。利用Simulink软件对液压系统进行仿真分析,得出仿真结果。针对优化设计后的液压系统进行可靠性分析,并与原有液压系统进行对比,比较可靠性数据的变化。并简单建立工作装置虚拟样机模型,得出工作装置位移曲线图。

前言

    液压挖掘机在工业与水力、矿山、市政工程、民用建筑、道路建设等土石方施工中均占有重要位置,是交通运输、能源开发、城镇建设以及国防施工等各项工程建设的重要施工设备。纵观当今我国国内液压挖掘机发展状况,多为斗容2.5立方米以下的小型设备,而中型、大型液压挖掘机数量较少,并且几乎都处于设计阶段,试验及仿真工作薄弱。国内液压挖掘机虽发展迅速,但与国外液压挖掘机相比,在可靠性、整机技术水平、工作装置功能上存在较大差距,生产规模、功能上无法满足庞大的国内市场的需要。

    本文针对国内行业对液压挖掘机的需求,对液压挖掘机液压系统进行设计与仿真,实现产品的优化设计。增加液压挖掘机功能及提高其可靠性,使其达到更快的速度、更好的质量,赢得市场竞争。

1 液压挖掘机液压系统设计

    1.1 液压系统优化设计方案

小松液压挖掘机液压系统(局部图)

    图1 小松液压挖掘机液压系统(局部图)

    液压挖掘机由工作装置、上部转台和行走装置三部分组成,工作装置又分为动臂、斗杆和铲斗。以上几部分液压系统的功能及可靠度,对相应机械部件会产生很大的影响。本次优化设计,以小松液压系统原理图(如图1所示)为基础进行改进,达成以下设计要求:

    (1)动臂、斗杆和铲斗要能够单独动作,也可以互相配合实现复合动作;

    (2)工作过程中要求工作装置的动作和转台的动作既能单独进行,又能复合动作,以提高作业效率;

    (3)液压挖掘机的左右行走要求分别驱动,使行走方便,转向灵活,且可以原地转弯;

    (4)为了提高作业效率,回转、动臂和斗杆具有优先动作功能;

    (5)要求工作安全可靠,各种作业油缸有可靠的过载保护,回转机构和行走装置要有可靠的制动和限速,防止动臂或斗杆因自重快速下降和整机超速溜坡。

    1.2 液压挖掘机液压系统优化设计

    (1)行走装置液压系统

    设计液压挖掘机左右行走履带能单独驱动,以实现转向和原地转弯;行走时的高低速自动切换;行走限速、行走制动;直线行走时,作业装置能够作业。

    本液压系统采取双泵供油,并分别由一个油泵为一个马达供油。当只操纵右行走马达时,可以采用前泵单独给右行走马达供油;当只操纵左行走马达时,可以采用后泵单独给左行走马达供油。单独操作双泵中的某一个泵时,挖掘机会原地转弯。当增大双泵中某一个泵的流量时,挖掘机会实现转向。为行走马达配备高压自动变量装置,使其能随着行走阻力的变化而自动变换档位。添加马达控制阀,从而满足马达的限速、制动控制等要求。

    (2)回转装置液压系统

    设计回转平台能够制动和防反转、缓冲;操作转台和斗杆时,回转马达优先供油,使转台优先动作,即所谓的回转优先功能,同时满足转台和斗杆既能独立工作,又可以同时工作。回转液压系统中设置一套防反转阀即可以达到防止转台摇晃的目的。

    设计回转优先功能,使后泵的液压油主要供给回转马达。在斗杆操纵阀的进油路上,增加一个由回转操纵先导压力控制的一个回转优先阀,即可达到回转优先的目的。

 

责任编辑:程玥
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