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      挖掘機市場液壓系統的研究現狀及應用趨勢

      發布時間:2021-04-27

      (1)液壓系統和電子控制的結合

      電液集成控制已成為目前的主要研究對象。電子控制技術與液壓控制技術相結合的電液集成控制技術,近年來取得了長足的進步,特別是傳感器、計算機和測量儀器的應用,將液壓技術與電子控制有機地結合起來,開發研制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,促進了挖掘機的快速發展。目前,國外先進挖掘機電液聯合控制的研究已經成熟。美國林肯-伯特公司的新型C系列LS-5800液壓挖掘機配有全自動控制液壓系統,可自動調節流量,避免驅動力的浪費。日本油缸制造商生產的FJ系列挖掘機的五個新型號配備了與液壓回路相連的計算機輔助動力控制系統。通過使用精確的控制模式選擇系統,降低了燃油、發動機動力和液壓動力的消耗,延長了零件的使用壽命。

      (2)從開式液壓系統向閉式液壓系統的過渡

      20世紀90年代以前,日本KAMATSU公司一直致力于開發開放式負載感應系統(OLSS),以減少液壓系統的損耗。開式液壓系統采用三位六通閥,其特點是有兩條供油路徑,一條是直接供油路徑,一條是并聯供油路徑。由于這種油路調速方式與進口節流調速和旁路節流調速同時工作,其調速特性受負載壓力和油泵流量的影響,因此該系統的運行性能、調速性能和微調性能較差。此外,當液壓元件共同作用時,它們之間相互干擾很大,使得聯合作用的操作非常困難。這是開放系統的一大缺點。在挖掘機作業工程中,要求很好地控制移動速度和微調液壓元件,需要多個執行器在各種工況下完成復合動作,但長期使用的開放式液壓系統不能滿足挖掘機調速和復合動作的要求。近年來,國外挖掘機液壓系統中出現了封閉式負載感應系統(CLSS)。它可以用一個油泵同時向所有液壓元件供油。每個液壓元件的運動速度只與操作閥的閥桿行程有關,與負載壓力無關。泵的流量是根據需要提供的,幾個液壓元件同時動作時幾乎沒有干擾。因此,良好的機動性是閉式液壓系統的主要特點。該系統非常適合挖掘機作業。操作簡單,對司機操作技能要求不高。它在世界范圍內得到了廣泛的應用,是挖掘機液壓系統的發展趨勢。目前,小松已經將大量挖掘機液壓系統從開式系統改為閉式系統。

      (3)注意處理特點

      液壓缸系統的工作特性越來越受到重視。目前,隨著全液壓挖掘機在世界范圍內的快速發展,控制方式不斷改進和創新,挖掘機從簡單的杠桿操作發展到液壓操作、氣動操作、液壓伺服操作和電氣控制、無線電遙控和計算機集成程序控制。隨著各種高新技術的應用,挖掘機液壓系統的工作特性得到了很大的改善。(4)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缸系統的工作壓力、流量和功率。目前世界上先進挖掘機產品的額定壓力大多在30MPa以上,并且隨著技術的進步,有向更高壓力甚至超高壓液壓技術發展的趨勢;流量通常是每分鐘幾百升:功率在幾百千瓦以上。比如目前德國OK公司生產的世界第一臺RH400全液壓挖掘機,鏟斗容量為42m3,液壓油源為18個可變軸向柱塞泵,總流量為10200 L/min。原動機為2臺QSK60柴油機,總功率2014kW。由于液壓挖掘機經常在惡劣環境下連續工作,液壓挖掘機的所有功能部件都受到惡劣環境的影響,系統的可靠性越來越受到重視。美、英、日等國普及有限壽命設計理論,取代傳統的無限壽命設計理論和方法,將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優化設計、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的強度研究,不斷提高設備的可靠性。美國提出了動態設計分析方法來評估動態強度。日本建立了液壓挖掘機零部件強度評估程序,開發了可靠性信息處理系統,使液壓挖掘機作業率達到85% ~ 95%,使用壽命超過1萬小時。

      (5)節能技術的應用

      目前,液壓挖掘機上基本上有兩種典型的節能技術。即負載敏感技術和負流量控制技術。目前,液壓挖掘機采用其中一種控制技術來達到節能的要求。負載感應技術是一種利用泵輸出1: 3壓力和負載壓力之間的差異使系統流量發生相應變化的技術。安裝在液壓系統中的德國曼內斯曼公司開發的負載傳感系統可以控制一個或幾個液壓元件,而不管施加到它們上的負載如何。該系統不僅操作簡單,而且具有良好的微動控制特性。它最大的特點是可以根據負載大小和調速要求控制油泵,從而按需供流量,將調速節流損失控制在一個較小的固定值,從而達到節能的目的。負流量控制技術是通過主控制閥后面的節流閥建立的壓力來調節主泵排量的技術。目前,韓國現代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)等許多國外知名挖掘機制造商都在其挖掘機液壓系統中采用了負流量控制技術。這種控制技術具有穩定性好、響應快、可靠性和可維護性好的特點,但當起點是大負荷運行時,流量與負荷有關,可控性就比較丟人了。

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