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挖掘机 液压系统的研究现状及发展趋势

2016-05-19 08:20:04 点击:

1.1.1 国外研 究状况及发展趋势
从20世纪60年代液 压传动技术开始应用在挖掘机上至今,挖掘机 液压系统已经发展到了相当成熟的阶段…。近几年来,随着液 压挖掘机产量的提高和使用范围的扩大,世界上 著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术,来提高 自己挖掘机在国际上的竞争力,主要表现在五个方面;①液压系 统逐渐从开式系统向闭式系统转变;②系统的 节能技术成为研究的重点;③系统的 高压化和高可靠性发展趋势日益凸显;④系统的 操纵特性上升到很重要的地位;⑤液压系 统与电子控制的结合成为潮流。

(1)从开式 液压系统向闭式液压系统的转变
日本小松(KAMATSU)公司90年代以 前一直致力开发开式负载敏感系统(OLSS),用以降 低液压系统的损耗。开式液 压系统采用三位六通阀,其特点 是有两条供油路,其中一 条是直通供油路,另一条是并联供油路。由于这 种油路调速方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用,其调速 特性受负载压力和油泵流量的影响,因此这 种系统的操纵性能、调速性 能和微调性能差。另外,当液压 元件一起复合动作时,相互干扰大,使得复 合动作操纵非常困难。这是开 式系统的大缺点。挖掘机 作业工程中要求对液压元件能很好地控制其运动速度和进行微调,而且在 多种工况下要求多个执行元件完成复合动作,而长期 以来使用的开式液压系统无法满足挖掘机的调速和复合动作的要求。近年来 在国外的挖掘机液压系统中出现了闭式负载敏感系统(CLSS)。它可以 采用一个油泵同时向所有液压元件供油,每一个 液压元件的运动速度只与操纵阀的阀杆行程有关,与负载压力无关,泵的流量按需提供,而且多 个液压元件同时动作时相互之间干扰小,因此操 纵性好是闭式液压系统的主要特点。这种系 统非常符合挖掘机操作的要求,它操纵简单,对司机 的操纵技巧要求低,在国际 上已经获得较广泛的使用,是挖掘 机液压系统的发展趋势。目前日 本小松公司已经把大量挖掘机液压系统从开式系统改为闭式系统了。
(2)节能技术的应用
目前液 压挖掘机上典型的节能技术基本上有两种。即负载 敏感技术和负流量控制技术,目前液 压挖掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。负载敏 感技术是一种利用泵的出1:3压力与 负载压力差值的变化而使系统流量随之相应变化的技术。德国曼内斯(Mannesmann)公司研 制的一种负载传感系统,将其安 装在液压系统中,可以控 制一个或几个液压作用元件,而与对 其施加的载荷无关。该系统不仅易于操纵,而且微 动控制特性很好。其最大 的特点就是可以根据负载大小和调速要求对油泵进行控制,从而实 现在按需供流的同时,使调速 节流损失控制在很小的固定值,从而达到节能的目的。负流量 控制技术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技术。目前以韩国现代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)为代表 的许多国外著名品牌的挖掘机生产商都在自己的挖掘机液压统中使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,因流量与负载有关,所以可控制性较羞。
(3)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 方法是提高其液压系统工作压力、流量和功率。目前,国际上 先进的挖掘机产品的额定压力大都在30MPa以上,并且随着技术的进步,有朝着 更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势;流量通 常在每分钟数百升:功率在数百千瓦以上。如德国O&K制造的 目前世界上首台最大的RH400型全液压挖掘机,铲斗容量达42m3,液压油源为18台变量轴向柱塞泵,总流量高达10200L/min:原动机为2台QSK60柴油发动机,总功率高达2014kW。由于液 压挖掘机经常在较恶劣环境下持续工作,其各个 功能部件都会受到恶劣环境的影响.系统的 可靠性日益受到重视。美、英、日等国 家推广采用有限寿命设计理论,以替代 传统的无限寿命设计理论和方法,并将疲 劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计 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强度研究方面,不断提 高设备的可靠性。美国提 出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制 定了液压挖掘机构件的强度评定程序,研制了 可靠性信息处理系统,使液压 挖掘机的运转率达到85%~95%,使用寿命超过l万小时。
(4)重视操纵特性
挖掘机 液压系统的操纵特性越来越受到重视。目前国 际上迅速发展全液压挖掘机,不断改 进和革新控制方式,使挖掘 机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺 服操作和电气控制、无线电遥控、电子计 算机综合程序控制。各种高新技术的应用,使得挖 掘机液压系统操纵特性大大提高。
(5)液压系 统与电子控制的结合
电子一 液压集成控制成为当前主要研究目标电子控制技术与液压控制技术相结合的电子一液压集成控制技术近年来获得了巨大发展,特别是传感器、计算机 和检测仪表的应用,使液压 技术和电子控制有机结合,开发和 研制出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,推动着 挖掘机的迅猛发展。目前国 外先进品牌的挖掘机在电液联合控制方面的研究已趋成熟。美国林肯~贝尔特公司新C系列LS一5800型液压 挖掘机安装了全自动控制液压系统,可自动调节流量,避免了 驱动功率的浪费。日本住友公司生产的FJ系列五 种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助的功率控制系统,利用精 控模式选择系统,减少燃油、发动机 功率和液压功率的消耗,并延长 了零部件的使用寿命。
1.1.2国内研 究现状及发展趋势
从国内情况来看,我国挖 掘机行业整体发展水平较国外缓慢,在挖掘 机液压系统方面的理论还比较薄弱。国内大 部分挖掘机企业在挖掘机液压系统传统技术方面的研究具有一定基础,但由于 采用传统液压系统的挖掘机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差,因此采 用传统液压系统的挖掘机在国内市场上基本失去了竞争力,取而代 之的是采用各种高新技术的国外挖掘机产品。先进的 挖掘机液压系统都被国际上一流的生产企业垄断,国内企 业在该领域的研究几乎是空白,这样国 内的挖掘机生产厂家就无法独立制造出性能优异的挖掘机,绝大部 分的市场份额都被国外各种品牌的挖掘机所占据。以20t级的中 型液压挖掘机为例,国产20t级挖掘 机大多数是欧洲80年代初的技术,同90年代初 以来在国内形成批量的日本小松、日立、神钢以及韩国大宇、现代等机型相比,其主要 差距柴油机功率偏低,液压系统流量偏小,液压系统特性差,导致平台回转速度低,行走速度低,各种性能参数均偏小,整机性 能和作业效率较国外偏低。国内挖 掘机的趋势必然是以技术研发为主,放弃传 统液压系统挖掘机,迅速提 高其市场竞争力。

 

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