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挖掘機液壓系統的研究現狀及發展趨勢

2016-05-19 08:20:04??????點擊:

1.1.1 國外研究狀況及發展趨勢
從20世紀60年代液壓傳動技術開始應用在挖掘機上至今,挖掘機液壓系統已經發展到了相當成熟的階段…。近幾年來,隨著液壓挖掘機產量的提高和使用范圍的擴大,世界上著名的挖掘機生產商紛紛采用各種高新技術,來提高自己挖掘機在國際上的競爭力,主要表現在五個方面;①液壓系統逐漸從開式系統向閉式系統轉變;②系統的節能技術成為研究的重點;③系統的高壓化和高可靠性發展趨勢日益凸顯;④系統的操縱特性上升到很重要的地位;⑤液壓系統與電子控制的結合成為潮流。

(1)從開式液壓系統向閉式液壓系統的轉變
日本小松(KAMATSU)公司90年代以前一直致力開發開式負載敏感系統(OLSS),用以降低液壓系統的損耗。開式液壓系統采用三位六通閥,其特點是有兩條供油路,其中一條是直通供油路,另一條是并聯供油路。由于這種油路調速方式是進油節流調速和旁路節流調速同時起作用,其調速特性受負載壓力和油泵流量的影響,因此這種系統的操縱性能、調速性能和微調性能差。另外,當液壓元件一起復合動作時,相互干擾大,使得復合動作操縱非常困難。這是開式系統的大缺點。挖掘機作業工程中要求對液壓元件能很好地控制其運動速度和進行微調,而且在多種工況下要求多個執行元件完成復合動作,而長期以來使用的開式液壓系統無法滿足挖掘機的調速和復合動作的要求。近年來在國外的挖掘機液壓系統中出現了閉式負載敏感系統(CLSS)。它可以采用一個油泵同時向所有液壓元件供油,每一個液壓元件的運動速度只與操縱閥的閥桿行程有關,與負載壓力無關,泵的流量按需提供,而且多個液壓元件同時動作時相互之間干擾小,因此操縱性好是閉式液壓系統的主要特點。這種系統非常符合挖掘機操作的要求,它操縱簡單,對司機的操縱技巧要求低,在國際上已經獲得較廣泛的使用,是挖掘機液壓系統的發展趨勢。目前日本小松公司已經把大量挖掘機液壓系統從開式系統改為閉式系統了。
(2)節能技術的應用
目前液壓挖掘機上典型的節能技術基本上有兩種。即負載敏感技術和負流量控制技術,目前液壓挖掘機都選用其中一種控制技術來實現節能要求。負載敏感技術是一種利用泵的出1:3壓力與負載壓力差值的變化而使系統流量隨之相應變化的技術。德國曼內斯(Mannesmann)公司研制的一種負載傳感系統,將其安裝在液壓系統中,可以控制一個或幾個液壓作用元件,而與對其施加的載荷無關。該系統不僅易于操縱,而且微動控制特性很好。其最大的特點就是可以根據負載大小和調速要求對油泵進行控制,從而實現在按需供流的同時,使調速節流損失控制在很小的固定值,從而達到節能的目的。負流量控制技術是通過位于主控制閥后面的節流閥建立的壓力對主泵的排量進行調節的技術。目前以韓國現代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)為代表的許多國外著名品牌的挖掘機生產商都在自己的挖掘機液壓統中使用了負流量控制技術。這種控制技術具有穩定性好、響應快、可靠性和維修性好等特點,但在起始點為重負荷下作業時,因流量與負載有關,所以可控制性較羞。
(3)提高負載能力和可靠性
為了提高挖掘機的負載能力,直接的方法是提高其液壓系統工作壓力、流量和功率。目前,國際上先進的挖掘機產品的額定壓力大都在30MPa以上,并且隨著技術的進步,有朝著更高的壓力甚至采用超高壓液壓技術方向發展的趨勢;流量通常在每分鐘數百升:功率在數百千瓦以上。如德國O&K制造的目前世界上首臺最大的RH400型全液壓挖掘機,鏟斗容量達42m3,液壓油源為18臺變量軸向柱塞泵,總流量高達10200L/min:原動機為2臺QSK60柴油發動機,總功率高達2014kW。由于液壓挖掘機經常在較惡劣環境下持續工作,其各個功能部件都會受到惡劣環境的影響.系統的可靠性日益受到重視。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設計理論,以替代傳統的無限壽命設計理論和方法,并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機強度研究方面,不斷提高設備的可靠性。美國提出了考核動強度的動態設計分析方法。日本制定了液壓挖掘機構件的強度評定程序,研制了可靠性信息處理系統,使液壓挖掘機的運轉率達到85%~95%,使用壽命超過l萬小時。
(4)重視操縱特性
挖掘機液壓系統的操縱特性越來越受到重視。目前國際上迅速發展全液壓挖掘機,不斷改進和革新控制方式,使挖掘機由簡單的杠桿操縱發展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操作和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。各種高新技術的應用,使得挖掘機液壓系統操縱特性大大提高。
(5)液壓系統與電子控制的結合
電子一液壓集成控制成為當前主要研究目標電子控制技術與液壓控制技術相結合的電子一液壓集成控制技術近年來獲得了巨大發展,特別是傳感器、計算機和檢測儀表的應用,使液壓技術和電子控制有機結合,開發和研制出了許多新型電液自動控制系統,提高了挖掘機的自動化程度,推動著挖掘機的迅猛發展。目前國外先進品牌的挖掘機在電液聯合控制方面的研究已趨成熟。美國林肯~貝爾特公司新C系列LS一5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統,可自動調節流量,避免了驅動功率的浪費。日本住友公司生產的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助的功率控制系統,利用精控模式選擇系統,減少燃油、發動機功率和液壓功率的消耗,并延長了零部件的使用壽命。
1.1.2國內研究現狀及發展趨勢
從國內情況來看,我國挖掘機行業整體發展水平較國外緩慢,在挖掘機液壓系統方面的理論還比較薄弱。國內大部分挖掘機企業在挖掘機液壓系統傳統技術方面的研究具有一定基礎,但由于采用傳統液壓系統的挖掘機產品在性能、質量、作業效率、可靠性等方面均較差,因此采用傳統液壓系統的挖掘機在國內市場上基本失去了競爭力,取而代之的是采用各種高新技術的國外挖掘機產品。先進的挖掘機液壓系統都被國際上一流的生產企業壟斷,國內企業在該領域的研究幾乎是空白,這樣國內的挖掘機生產廠家就無法獨立制造出性能優異的挖掘機,絕大部分的市場份額都被國外各種品牌的挖掘機所占據。以20t級的中型液壓挖掘機為例,國產20t級挖掘機大多數是歐洲80年代初的技術,同90年代初以來在國內形成批量的日本小松、日立、神鋼以及韓國大宇、現代等機型相比,其主要差距柴油機功率偏低,液壓系統流量偏小,液壓系統特性差,導致平臺回轉速度低,行走速度低,各種性能參數均偏小,整機性能和作業效率較國外偏低。國內挖掘機的趨勢必然是以技術研發為主,放棄傳統液壓系統挖掘機,迅速提高其市場競爭力。

 

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