一种负反馈液压系统挖掘机属具流量可调的设计及计算方法研究

一种负反馈液压系统挖掘机属具流量可调的设计及计算方法研究

高皓，石丽青，张可，钟松均

摘要：随着挖掘机的发展，属具应用越来越广泛。本文介绍了一种负反馈液压系统挖掘机属具流量可调的设计方案并提供了流量的计算方法。最终通过程序设定使泵输出所需的流量。

Abstract: With the development of excavators, accessories are more and more widely used. This paper introduces a design scheme of adjustable flow of excavator accessories in negative feedback hydraulic system, and provides the calculation method of flow. Finally, set the flow required by the pump through the program.

关键词：负反馈液压系统，挖掘机，属具流量可调，设计计算，程序设定

Key words: negative feedback hydraulic system, excavator, adjustable accessory flow, design calculation, program setting

0  引言

  随着挖掘机的发展，挖掘机属具的应用越来越广泛。每种属具需求的压力流量各不相同。这就需要设计满足可以调节属具流量的系统，同时可以通过计算设定相应的参数，得到需求的流量。

1  属具流量可调设计方案（负反馈液压系统）

流量取决于泵的排量，因此，所设计的系统需要对泵的排量进行调节。本文以某负流量系统为对象进行设计。此负流量系统的主泵原理图如图一：

图一  主泵原理图

通过主泵原理图可知，控制泵排量的因素有：两个泵的压力、泵比例电磁阀电流及负反馈压力。其中，两泵压力及比例阀二次压力都是在泵内部进行控制，无法外接相应管路。泵负反馈压力油口是可以外接软管的，因此考虑在泵负反馈油口进行控制。

原有系统主阀负反馈油口连接主泵负反馈油口，对泵排量进行调节；在主泵负反馈油口增加一个梭阀，梭阀两端控制口分别连接原系统负反馈软管及比例电磁阀出口。通过控制比例阀电流对泵排量进行调节，原理图如图二。

此时可连接测试仪器，同时操作机器并实时调整程序中的电流来达到相应流量；但此方法费时费力，不能够快速响应。下面介绍一种计算方法，通过计算得到所需流量对应的电流值，使泵输出相应电流。

图二  属具流量可调原理

2、属具流量计算方法

当进行属具操作时手柄全操作，则阀芯全部打开，主阀负反馈压力为0；泵比例电磁阀电流涉及整机操作性能，一般不作调节，故泵比例电磁阀二次压力为定值；此时泵输出流量取决于两个泵压力及泵负反馈油口电磁阀电流。

根据泵的压力-流量特性曲线计算出属具所需压力下对应的泵流量，为该压力下泵最大输出流量。当泵最大流量大于所需的属具流量时才能通过计算比例电磁阀电流得到想要的流量。计算方法如下：

①根据泵流量与压力公式，计算需求流量对应的负反馈压力

已知泵最大排量qmax、最小排量qmin，整机的转速n，可以计算出泵最大、最小流量：

Qmax=n*qmaxQmin=n*qmin

同时根据图三泵特性曲线可知泵斜盘开始调节的压力为1.18MPa，最小排量时的压力为2.92MPa。

泵流量取决于负反馈压力对弹簧的压缩量，因此泵流量与负反馈压力为一次函数；根据（1.18，Qmax）（2.92，Qmin）两组参数，可以计算出泵流量与负反馈压力的关系：

Q=K*P+b（公式1）

将需求的流量Q代入公式1可以计算出对应的负反馈压力值P。

图三  泵特性曲线

②根据负反馈压力值，计算电磁阀需求的电流值

图四 电磁阀特性曲线

根据图四可知电磁阀电流与输出二次压力为一次函数，将图中（400,1）（700,2.8）代入可计算出电流与输出压力的关系：                 

P=K1*i+b1（公式2）

负反馈压力值已在步骤①中求得，再结合公式2计算出对应的电流值i。

3、试验验证

在程序中设定计算所得的电流值，测试泵实际输出流量；同时，要求实际流量与理论流量最大偏差为5%。

  将设定好的程序进行测试，结果如下：

由上表可知：实测值与理论值偏差最大为3%＜5%，满足设计要求。

4、总结

本文提供的负反馈液压系统挖掘机属具流量设定方案，经测试实测流量与需求流量最大偏差为3%，达到设计目的；并对类似属具流量设定问题具有一定的参考和指导意义。

参考文献

1、陈国俊.液压挖掘机[M].武汉：华中科技大学出版社，2011.

2、金钟振.挖掘机：原理、测试与维修[M].上海：上海交通大学出版社，2011.

3、王春行.液压控制系统[M].北京：机械工业出版社，2010.

4、初长祥，马文星.工程机械液压与液力传动系统（液压卷）[M].北京：化学工业出版社，2015.

5、雷天觉.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，1998

作者简介：高皓（1987-），女，河北石家庄人，工程师，学士学位，从事挖掘机液压系统的设计工作；