O曠水章（湖南交通工程學(xué)院 湖南 421009）

液壓挖掘機(jī)多路閥同步性能負(fù)載敏感性分析

O曠水章
（湖南交通工程學(xué)院 湖南 421009）

傳統(tǒng)負(fù)流量控制多路閥進(jìn)行復(fù)合動作時，其各分支輸出流量受負(fù)載壓力影響較大，有動作協(xié)同性差的不足點，出于這一現(xiàn)象，搭建了負(fù)流量控制多路閥數(shù)學(xué)模型，對其負(fù)載敏感性進(jìn)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(jī)；多路閥；同步性能

引言

伴隨改革開放的繼續(xù)推進(jìn)，工業(yè)現(xiàn)代化繼續(xù)深入，社會對工程機(jī)械的資源有效率和工作性能等提出了進(jìn)一步的需要。目前國外對多路閥的研究已經(jīng)相對成熟，已經(jīng)大量的投入到生產(chǎn)使用當(dāng)中，最知名的如德國的Rexroth、美國的Husco和日本的Kyb等生產(chǎn)廠商。國內(nèi)也有部分高等院校和研究機(jī)構(gòu)對它進(jìn)行過一些研究。本文通過對負(fù)流量節(jié)流控制系統(tǒng)的理論研究，搭建負(fù)流量控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過AMESim軟件搭建挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)的仿真模型，對挖掘機(jī)在執(zhí)行復(fù)合動作時多路閥的同步性能負(fù)載敏感性進(jìn)行仿真分析，找出影響其同步性能的敏感因素。

1.負(fù)流量控制系統(tǒng)研究

(1)工作原理

圖1 負(fù)流量控制原理

本章將分析的主體是川崎企業(yè)研發(fā)的K3V系列多路閥及液壓泵組建的負(fù)流量控制系統(tǒng)，其多路閥中的三位六通閥的負(fù)流量控制系統(tǒng)可以簡化為如圖1所示的結(jié)構(gòu)。其工作原理如下：當(dāng)不操縱多路閥動作（即主閥芯處于中位）時，節(jié)流口A、B口關(guān)閉，旁路回油口O全開，系統(tǒng)通過旁路回油口O卸荷；當(dāng)控制多路閥運動時，節(jié)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(jié)流口A進(jìn)入執(zhí)行元件做功，然后經(jīng)過節(jié)流口B回到油箱，同時隨著旁路回油口O的逐漸關(guān)閉，另一部分流量則經(jīng)過多路閥的旁路回油口O，節(jié)流后回到油箱(以下將這部分流量稱為“旁路回油”)，產(chǎn)生很大的功率損失，使系統(tǒng)嚴(yán)重發(fā)熱。

(2)數(shù)學(xué)計算模型

液壓泵流量連續(xù)方程：

液壓泵到節(jié)流口O及節(jié)流口A的關(guān)系表達(dá)式：

節(jié)流口A的壓力—流量表達(dá)式：

節(jié)流口O上的流量—壓力方程：

負(fù)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(jié)構(gòu)是節(jié)流控制的三位六通閥。當(dāng)操作手柄運動時，閥芯的位移量是由先導(dǎo)壓，力的大小來決定的，接著改變各節(jié)流口的通流面積。應(yīng)用AMESim中HCD庫搭建負(fù)流量控制多路閥仿真模型，其中節(jié)流口通流面積隨閥芯行程變化的數(shù)據(jù)通過matlab編程計算得到。本文主要針對挖掘機(jī)動臂聯(lián)及回轉(zhuǎn)聯(lián)的協(xié)同控制采取建模仿，真分析，圖2是進(jìn)行回轉(zhuǎn)聯(lián)及動臂聯(lián)協(xié)同動作時的AMESim仿真模型。

給挖掘機(jī)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)-動臂協(xié)同運動仿真研究，回轉(zhuǎn)聯(lián)及動臂聯(lián)的載荷壓力都調(diào)節(jié)到15Mpa，另外的數(shù)據(jù)按如下表1調(diào)節(jié)好。從而獲得兩動作閥在相等的載荷下的流量分配規(guī)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(zhuǎn)聯(lián)及動，臂聯(lián)載荷壓力相等的狀態(tài)時，可以根據(jù)駕駛者的動作達(dá)到流量分配。

表1 AMESim模型仿真參數(shù)表

給回轉(zhuǎn)聯(lián)及動臂聯(lián)設(shè)置不一樣的載荷壓力實現(xiàn)仿真研究，載荷力大小分別調(diào)節(jié)為20、10Mpa，另外數(shù)據(jù)保持一樣，可得兩控制聯(lián)在不等載荷時的分配流量規(guī)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(qū)別不小，分析原因為回轉(zhuǎn)閥載荷力比動臂閥載荷力小，從此使得回轉(zhuǎn)閥的液壓油變多，大于理論流量值；流經(jīng)動臂閥的流量變少，小于理論流量值?？芍趦陕?lián)復(fù)合動作且載荷力不同的狀態(tài)時，不能根據(jù)駕駛者想法達(dá)到理論流量配置。

圖3 復(fù)合動作流量分配（負(fù)載不同）

3.試驗驗證

(1)試驗方案

該試驗是在自行設(shè)計制造的多路閥綜合檢測試驗臺上完成。

(2)試驗分析

實現(xiàn)載荷力不等大的協(xié)同運動試驗時，給回轉(zhuǎn)閥載荷力調(diào)節(jié)到10MPa，動臂閥載荷力調(diào)節(jié)到20MPa，通過試驗獲得的配置流量規(guī)律見4圖。

進(jìn)行試驗獲得的回轉(zhuǎn)-動臂協(xié)同運動配置流量規(guī)律和仿真研究算出的協(xié)同運動配置流量規(guī)律進(jìn)行比較分析，可知兩類辦法獲得的數(shù)據(jù)非常接近，偏差不大，從而可以證明仿真研究獲得的各聯(lián)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(zhuǎn)聯(lián)流量試驗曲線（負(fù)載不同）

由之前對多路閥，閥芯節(jié)流口面積和負(fù)流量，控制數(shù)據(jù)的研究，可見閥口O的面積變化規(guī)律對整個系統(tǒng)的控制性能起決定性作用，而與閥口A和B差不多沒有聯(lián)系?？梢园言瓉淼墓?jié)流孔通流，面積導(dǎo)入到AMESim模型中仿真分析，判斷仿真結(jié)果動臂聯(lián)流量與理想流量曲線之間的偏差是否小于3L/min，假設(shè)小于則所求的面積則是需要的優(yōu)化值，否則，以仿真結(jié)果得到的流量為初始數(shù)據(jù)代入到節(jié)流口面積優(yōu)化公式中進(jìn)行迭代循環(huán)計算，達(dá)到條件才結(jié)束。

4.結(jié)論

(1)建立的負(fù)流量控制系統(tǒng)仿真模型是正確的，為設(shè)計人員對液壓系統(tǒng)中各結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。

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

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

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

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

[4]LMS.AMESim系統(tǒng)建模和仿真實例教程[M].北京航空航天大學(xué)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(xué)校科研項目(15C0494)、湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目(634)

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曠水章（1986～），男，湖南交通工程學(xué)院，研究方向：汽車電子。