負載敏感泵的變量響應特性對挖掘機性能的影響_莫有瑜_圖文

1、負載敏感泵的變量響應特性對挖掘機性能的影響莫有瑜(廣西玉柴重工有限公司液壓技術研究所,廣西玉林 537005摘 要:負載敏感系統(tǒng)泵的變量響應特性直接關系到挖掘機的整體匹配性能優(yōu)劣,變量響應速度的快慢影響各動作的協(xié)調性以及泵的壽命。從負載敏感系統(tǒng)原理出發(fā),細致分析影響負載敏感泵的變量響應因素及需要注意的關鍵性問題,為挖掘機液壓件的國產化提供實踐支持,減少國產化液壓件和系統(tǒng)匹配的進程時間。關鍵詞:負載敏感;動態(tài)測試;變量特性;阻尼;吸空中圖分類號:TH 3 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4414(201103-0096-03The i m pact of variable response

2、characteristics of load sensitive pu m p on excavator perfor m anceM o You-yu(H ydraulic technology instit u te of Guan gx i Yuchai heavy indus try Co .,L t d,Yuli n Guangx i 537005,ChinaAbstrac t :V a riab l e response character i stics o f load sensiti ve syste m pu m p is directl y related to the

3、 overallma tch i ng perfor m ance qua lity o f ex cava t o r ,and how the speed of var i able response qu ick l y or slow l y i s also a ffecti ng the each acti on coo rd i nati on and the life of pu mp .Fro m l oad sensitive theory ,t he facto rs wh ich i m pacts on v ariab l e response charac teri

4、sti cs o f load sensiti vepump and the key issues need to be noticed are ana lyzed carefu ll y .It prov i des practical support t o ex cavato r hydrauli c parts ofthe locali zati on ,can reduc pro cess ti m e o f l oca liza tion hydrau li c parts and ma tch sy stem .K ey word s :load sensiti ve ;dyn

5、am ic testi ng ;va riab l e charac teristi cs ;damp i ng;suck e mpty1 引 言液壓件一直是制約著我國工程機械發(fā)展的瓶徑之一,隨著近幾年工程機械的迅猛發(fā)展越來越引起液壓同行的關注。由于負載敏感系統(tǒng)是一種廣泛應用于挖掘機的液壓系統(tǒng)控制方式,系統(tǒng)一般由一個帶負荷傳感控制的液壓泵供油,具有結構緊湊、節(jié)能省油、復合動作協(xié)調性高等特點。由于具有比較多優(yōu)點以及應用歷史比較久遠,該系統(tǒng)也是國內爭相模仿和制造的對象。目前國內對挖掘機液壓件基本上是全盤照搬進口件結構,由于部件生產廠家缺少對整機匹配的經驗,以及自身制造能力的不足使得在對整機的匹配調

6、節(jié)中,出現(xiàn)了油缸吸空、掉頭、動作停頓不連續(xù)等故障,對泵的流量控制結構進行調整也無法問題。早前也有文獻資料中提及負載敏感系統(tǒng)LS 反饋信號對管道通徑的選擇對系統(tǒng)性能穩(wěn)定的影響1,從這個出發(fā)點筆者做了相應的對比試驗(改換不同管道內徑的膠管連接,但故障同樣存在。本文針對該故障模式進行對比分析,以令讀者往后遇到此類故障處理時起到引導作用。2 原因分析挖掘機工作裝置各單動動作過程中出現(xiàn)吸空、掉頭、動作先慢后快等現(xiàn)象主要跟流量、閥背壓有直接關系,但由于動臂提升過程中同樣存在先慢后快現(xiàn)象,那么引起此類故障的原因主要是流量的建成時間。因為測試動作為空載單動作,發(fā)動機轉速基本恒定,引起流量不足的問題主要還是受泵

7、排量的影響。 泵的變量響應速度特性直接影響到系統(tǒng)構建的快慢。圖1 泵控原理圖負載敏感系統(tǒng),復合動作時采用壓力補償閥與LS 反饋信號自動調節(jié)各補償閥開口,起到按需流量分配的作用,單動作不存在這方面的影響。為此,從泵的LUDV 控制原理結構出發(fā)如圖1所示,筆者將關注點主要放在了泵變量機構的單向節(jié)流閥上,流量控制閥只影響變量油路的切換以及最小排量的設定,它的配合精度不會引起油路切換的時間,除非卡閥。因此用不同的泵匹配同樣的多路閥進行試驗就可得出結果,#96#應用與試驗#機械研究與應用#*收稿日期:2011-04-06作者簡介:莫有瑜(1980-,男,廣西玉林人,助理工程師,主要從事汽車液壓助力轉向系

8、統(tǒng)、挖掘機液壓系統(tǒng)的設計與研究以及核心液壓部件的設計工作。這種方式也可以證明LS 反饋信號對故障引起有無影響。從理論上分析出單向節(jié)流閥與變量機構的配合要點。3 對比試驗對比試驗條件如表1所示。表1 試驗條件主泵多路閥主泵功率(k W 發(fā)動機轉速(r/m i n挖掘機噸位(t對比測試動作泵單向節(jié)流孔等效面積(mm 2泵變量機構形式及彈簧系數(shù)力士樂力士樂3220006斗桿單動0.43相同力源力士樂3220006斗桿單動0.14相同海特克力士樂3220006斗桿單動0.46相同在同一臺挖掘機上同一發(fā)動機轉速換上不同廠家的泵匹配力士樂的多路閥,檢測同一個動作,以此作為對比分析的基礎。4 動態(tài)測試在測試

9、過程中,反復操作執(zhí)行單個動作,用H ydro techi n k 動態(tài)測試系統(tǒng)采集整個操作過程,以下是從測試過程中采集放大的單個動作循環(huán)(斗桿收斗桿放。動態(tài)測試曲線圖中對應符號分別為:P 1(泵出口壓力,線1,P 2(LS 反饋壓力,線2,P 3(斗桿大腔壓力,線3,P 4(斗桿小腔壓力,線4,Q 1(泵出口流量,線5,d p (泵反饋處壓差P 1P 2,線6,動態(tài)圖橫坐標為時間,s ,系統(tǒng)數(shù)據采集精度為0.2m s ,每個循環(huán)測試30s 。由于篇幅的限制以及便于清晰顯示測試結果,下面測試圖的縱坐標只給出斗桿大腔的工作壓力與流量范圍,其中P 1、P 2、P 3、P 4的縱坐標范圍都是310ba

10、r ,d p 的縱坐標范圍是130bar 。力士樂系統(tǒng)的動態(tài)測試狀態(tài)圖如圖2所示,下面的數(shù)據點顯示的是斗桿大腔進油響應時間階段開始 和結束兩個點的數(shù)據。圖2 力士樂泵斗桿運動圖力源泵配力士樂多路閥系統(tǒng)的動態(tài)測試狀態(tài)圖如圖3所示,下面的數(shù)據點顯示的是斗桿大腔進油響應時間階段開始和結束兩個點的數(shù)據。海特克泵配力士樂多路閥系統(tǒng)的動態(tài)測試狀態(tài)圖如圖4所示,下面的數(shù)據點顯示的是斗桿大腔進油 響應時間階段開始和結束兩個點的數(shù)據。圖3 辦源泉泵斗桿 運動圖圖4 海特克泵斗桿運動圖5 測試數(shù)據分析依據測試圖,力士樂的響應時間約0.5s ,力源約1.3s ,海特克約0.3s 。在測試中,只有力源系統(tǒng)存在先慢后快

11、的掉頭現(xiàn)象,并且后續(xù)調整流量控制閥沒有得到任何改善。由于力源泵的流量比較大,斗桿總體運行時間和正常沒有什么區(qū)別,約2.6s 左右。海特克泵的穩(wěn)定性相對較低,斗桿運動性能感覺上與力士樂沒有什么區(qū)別,只有從動態(tài)曲線圖上才能看出優(yōu)劣。國產泵同力士樂的最大區(qū)別為,空流或者過載時都無流量,該情況,加大了泵的沖擊和系統(tǒng)構建的穩(wěn)定性,影響熱量的散發(fā),整體降低系統(tǒng)的可靠性,這點在以前的資料沒有很好的涉及,這對國內從業(yè)人事負#97#應用與試驗#機械研究與應用#載敏感認識產生了誤區(qū)。d p 主要是多路閥中的補償閥產生,它的大小主要是控制流量閥的開口以控制變量活塞活動所需壓力,它只影響斜盤擺角的大小,不影響斜盤的運

12、動時間,在系統(tǒng)穩(wěn)定后基本是相同的,證明d p 對泵的變量特性與響應時間不起主要作用。從動態(tài)曲線圖看出,出現(xiàn)掉頭現(xiàn)象主要是流量從零到最大穩(wěn)定時的時間,也即是泵從最小排量變量到正常排量的時間。影響泵變量時間主要是彈簧剛度以及節(jié)流孔的設定。彈簧剛度K 以及壓縮量構成了變量機構油液流動的壓差$P ,它與節(jié)流孔面積的匹配決定了變量運動的時間。由2$P =1/2E Q M2(1側有變量機構卸油的時間為:t =V 液q =V 液A M =V 液P r22$PEQ(2式中:V 液為變量機構等效排出液體體積;$P 為變量機構差動力形成的壓差,主要由彈簧剛度及壓縮量決定;E 為節(jié)流孔的阻尼系數(shù),主要受加工精度與形

13、狀決定;r 為節(jié)流孔等效半徑。因為三個廠家的泵結構基本相同,變量機構一樣,那么通過以上方程可知,變量響應時間主要與E 正比,與r 成反比。因三個泵的功率調定相同,選用的彈簧的剛度系數(shù)一樣,忽略彈簧剛度的誤差,側變量響應時間主要決定于節(jié)流孔的結構形式以及加工精度。由于采用的是V 形斜槽節(jié)流結構,加工深度、外形精度以及表面粗糙度控制難度大,并且不注意加工質量穩(wěn)定的控制,造成了同樣是模仿力士樂,但卻得不到同樣的匹配性能的故障。只能模仿不能盲目跟從,應當根據實際情況進行設計調整。6 結 論(1挖掘機出現(xiàn)掉頭,動作先慢后快故障原因主要由液壓泵引起,液壓泵的響應特性影響了流量建立的時間,是這種故障的直接表

14、現(xiàn)形式。(2液壓泵的變量響應特性主要受單向節(jié)流閥控制,它的結構直接影響泵及其系統(tǒng)的性能。(3單向節(jié)流閥的精度影響到整泵的使用壽命與可靠性。(4液壓泵的最小排量調定應不只是滿足保證泵正常運轉的泄漏量,而應當設定發(fā)動機怠速狀態(tài)時流量為8L /m i n 的排量要求處于待命狀態(tài)(即最小排量設定V =8mL /r。(5彈簧剛度以及壓縮調定量、節(jié)流孔形式及精度應根據各自生產廠家的情況進行調定生產加工,變量響應時間應控制在0.3s0.5s 左右。(6各生產廠家應把液壓泵的變量響應特性作為一項主要性能進行檢測,以減少同類故障的再次產生。參考文獻:1 宋海濤.負載反饋油管對負載敏感液壓系統(tǒng)動態(tài)特性影響的探討J

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