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挖掘机市场液压系统的研究现状及应用趋势

发布时间:2021-04-27

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(1)液压系统和电子控制的结合

电液集成控制已成为目前的主要研究对象。电子控制技术与液压控制技术相结合的电液集成控制技术,近年来取得了长足的进步,特别是传感器、计算机和测量仪器的应用,将液压技术与电子控制有机地结合起来,开发研制了许多新型电液自动控制系统,提高了挖掘机的自动化程度,促进了挖掘机的快速发展。目前,国外先进挖掘机电液联合控制的研究已经成熟。美国林肯-伯特公司的新型C系列LS-5800液压挖掘机配有全自动控制液压系统,可自动调节流量,避免驱动力的浪费。日本油缸制造商生产的FJ系列挖掘机的五个新型号配备了与液压回路相连的计算机辅助动力控制系统。通过使用精确的控制模式选择系统,降低了燃油、发动机动力和液压动力的消耗,延长了零件的使用寿命。

(2)从开式液压系统向闭式液压系统的过渡

20世纪90年代以前,日本KAMATSU公司一直致力于开发开放式负载感应系统(OLSS),以减少液压系统的损耗。开式液压系统采用三位六通阀,其特点是有两条供油路径,一条是直接供油路径,一条是并联供油路径。由于这种油路调速方式与进口节流调速和旁路节流调速同时工作,其调速特性受负载压力和油泵流量的影响,因此该系统的运行性能、调速性能和微调性能较差。此外,当液压元件共同作用时,它们之间相互干扰很大,使得联合作用的操作非常困难。这是开放系统的一大缺点。在挖掘机作业工程中,要求很好地控制移动速度和微调液压元件,需要多个执行器在各种工况下完成复合动作,但长期使用的开放式液压系统不能满足挖掘机调速和复合动作的要求。近年来,国外挖掘机液压系统中出现了封闭式负载感应系统(CLSS)。它可以用一个油泵同时向所有液压元件供油。每个液压元件的运动速度只与操作阀的阀杆行程有关,与负载压力无关。泵的流量是根据需要提供的,几个液压元件同时动作时几乎没有干扰。因此,良好的机动性是闭式液压系统的主要特点。该系统非常适合挖掘机作业。操作简单,对司机操作技能要求不高。它在世界范围内得到了广泛的应用,是挖掘机液压系统的发展趋势。目前,小松已经将大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统。

(3)注意处理特点

液压缸系统的工作特性越来越受到重视。目前,随着全液压挖掘机在世界范围内的快速发展,控制方式不断改进和创新,挖掘机从简单的杠杆操作发展到液压操作、气动操作、液压伺服操作和电气控制、无线电遥控和计算机集成程序控制。随着各种高新技术的应用,挖掘机液压系统的工作特性得到了很大的改善。(4)提高负载能力和可靠性

为了提高挖掘机的负载能力,直接的方法是提高其液压缸系统的工作压力、流量和功率。目前世界上先进挖掘机产品的额定压力大多在30MPa以上,并且随着技术的进步,有向更高压力甚至超高压液压技术发展的趋势;流量通常是每分钟几百升:功率在几百千瓦以上。比如目前德国OK公司生产的世界第一台RH400全液压挖掘机,铲斗容量为42m3,液压油源为18个可变轴向柱塞泵,总流量为10200 L/min。原动机为2台QSK60柴油机,总功率2014kW。由于液压挖掘机经常在恶劣环境下连续工作,液压挖掘机的所有功能部件都受到恶劣环境的影响,系统的可靠性越来越受到重视。美、英、日等国普及有限寿命设计理论,取代传统的无限寿命设计理论和方法,将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压挖掘机的强度研究,不断提高设备的可靠性。美国提出了动态设计分析方法来评估动态强度。日本建立了液压挖掘机零部件强度评估程序,开发了可靠性信息处理系统,使液压挖掘机作业率达到85% ~ 95%,使用寿命超过1万小时。

(5)节能技术的应用

目前,液压挖掘机上基本上有两种典型的节能技术。即负载敏感技术和负流量控制技术。目前,液压挖掘机采用其中一种控制技术来达到节能的要求。负载感应技术是一种利用泵输出1: 3压力和负载压力之间的差异使系统流量发生相应变化的技术。安装在液压系统中的德国曼内斯曼公司开发的负载传感系统可以控制一个或几个液压元件,而不管施加到它们上的负载如何。该系统不仅操作简单,而且具有良好的微动控制特性。它最大的特点是可以根据负载大小和调速要求控制油泵,从而按需供流量,将调速节流损失控制在一个较小的固定值,从而达到节能的目的。负流量控制技术是通过主控制阀后面的节流阀建立的压力来调节主泵排量的技术。目前,韩国现代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)等许多国外知名挖掘机制造商都在其挖掘机液压系统中采用了负流量控制技术。这种控制技术具有稳定性好、响应快、可靠性和可维护性好的特点,但当起点是大负荷运行时,流量与负荷有关,可控性就比较丢人了。

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