石昊哲

內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團(tuán))有限公司元寶山露天煤礦

挖掘裝載機(jī)反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)研究

石昊哲

內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)(集團(tuán))有限公司元寶山露天煤礦

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)快速發(fā)展的過(guò)程中，擁有挖掘和裝載兩項(xiàng)功能的挖掘裝載機(jī)憑借著自身功能全面性、較強(qiáng)機(jī)動(dòng)性的優(yōu)勢(shì)在其中發(fā)揮著較為重要的作用。在本文就挖掘裝載機(jī)反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開(kāi)的動(dòng)態(tài)研究中，這一研究主要是為了彌補(bǔ)我國(guó)當(dāng)下挖掘裝載機(jī)研究存在的不足，并同時(shí)為我國(guó)挖掘裝載機(jī)的更好研發(fā)帶來(lái)一定啟發(fā)。

挖掘裝載機(jī)；反鏟裝置；回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)

前言：

在我國(guó)當(dāng)下的水利建設(shè)、市政建設(shè)、電力建設(shè)、民用建筑建設(shè)等多種領(lǐng)域，挖掘裝載機(jī)都有著極為廣泛的應(yīng)用，而由于挖掘裝載機(jī)具備可以更換工作附具的能力，這就使得挖掘裝載機(jī)也可以被稱為多功能小型工程機(jī)械。不同于發(fā)達(dá)國(guó)家擁有70余年挖掘裝載機(jī)的使用與研發(fā)歷史，我國(guó)在挖掘裝載機(jī)的使用與研發(fā)上距離發(fā)達(dá)國(guó)家都存在著較大差距，而為了盡可能拉近這一差距，正是本文就挖掘裝載機(jī)反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開(kāi)動(dòng)態(tài)研究的原因所在。

1.液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

為了較為深入完成本文就挖掘裝載機(jī)反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開(kāi)的相關(guān)研究，我們首先需要就挖掘裝載機(jī)的液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)展開(kāi)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，而在這一分析中筆者忽略機(jī)械加工或裝配帶來(lái)的尺寸誤差，進(jìn)行了回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立，圖1為這一回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型建立中應(yīng)用的挖掘裝載機(jī)反鏟裝置示意圖，結(jié)合該圖我們能夠較為直觀了解挖掘裝載機(jī)反鏟裝置的組成，而由此我們就可以進(jìn)行挖掘裝載機(jī)液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的流量、回轉(zhuǎn)角度、回轉(zhuǎn)角速度、回轉(zhuǎn)角加速度等數(shù)值的計(jì)算，而結(jié)合MATLAB軟件進(jìn)行上述計(jì)算的仿真計(jì)算，這一仿真計(jì)算中筆者應(yīng)用左右活塞桿移動(dòng)速度可近似用一線性關(guān)系對(duì)挖掘裝載機(jī)液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)過(guò)“拐點(diǎn)”后將有回轉(zhuǎn)角速度突然增大的現(xiàn)象進(jìn)行了描述，而這一描述主要圍繞回轉(zhuǎn)換向閥控制的液壓油流向并沒(méi)有改變、機(jī)構(gòu)的限制、系統(tǒng)流量進(jìn)入左側(cè)油缸中的小腔展開(kāi)[1]。

圖1 挖掘裝載機(jī)反鏟裝置示意圖

2.回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真

在完成挖掘裝載機(jī)液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析后，我們還需要進(jìn)行回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真，而這一仿真中筆者假設(shè)泵轉(zhuǎn)動(dòng)部件的摩擦和慣性忽略不計(jì)、三位四通閥內(nèi)泄漏忽略不計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)泄漏忽略不計(jì)。

2.1 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的建立

在回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的建立中，綜合分析傳遞函數(shù)法、方塊圖和信號(hào)流圖、功率鍵合圖法等液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模方法，筆者最終選擇了具備便于遵循和理解、模塊化結(jié)構(gòu)、方便修改擬用系統(tǒng)模型等特質(zhì)的功率鍵合圖法，并進(jìn)行了功率鍵合圖的繪制、油缸帶緩沖裝置動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立、溢流緩沖動(dòng)態(tài)模型的建立，其中油缸帶緩沖裝置動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具體表現(xiàn)為，而溢流緩沖動(dòng)態(tài)模型中的與閥口相連的油缸液容模型則表現(xiàn)為

2.2 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算

結(jié)合上文基于功率鍵合圖法進(jìn)行的功率鍵合圖的繪制、油缸帶緩沖裝置動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立、溢流緩沖動(dòng)態(tài)模型的建立，筆者應(yīng)用MATLAB軟件中的Simulink功能進(jìn)行了回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)確定，并結(jié)合四階龍格—庫(kù)塔法進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，介于篇幅原因本文只對(duì)挖掘裝載機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)主溢流閥流量系數(shù)、閥芯開(kāi)口寬度、節(jié)流間隙、液壓油的密度參數(shù)進(jìn)行直觀展示，分別為2.5×10-9(m3/s)/Pa、0.014m、0.01m、0.9×103(kg/m3)[3]。

3.影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的因素分析

在完成挖掘裝載機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真后，我們還需要結(jié)合這一仿真求的的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的因素分析，應(yīng)用便攜式液壓系統(tǒng)分析儀、SIM傳感器組、Activa傳感器組、Activa輔助傳感器，筆者進(jìn)行了回轉(zhuǎn)至極限位置的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試與回轉(zhuǎn)至中間位置制動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試，結(jié)合這兩方面測(cè)試我們能夠斷定上文中求得的油缸帶緩沖裝置動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與溢流緩沖動(dòng)態(tài)模型具備著較高的準(zhǔn)確性與可靠性，而這一準(zhǔn)確性與可靠性的判定主要是由于上文進(jìn)行的影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性因素進(jìn)行的兩方面分析所取得結(jié)果具備變化趨勢(shì)上的一致性，而二者仿真計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)不相通也較好證明了這一一致性具備的真實(shí)價(jià)值[4]。

結(jié)合本文研究中進(jìn)行的影響挖掘裝載機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的因素分析，筆者最終斷定了緩沖裝置、過(guò)載溢流閥和液壓油的體積彈性模量都會(huì)影響挖掘裝載機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，而結(jié)合緩沖裝置的影響，在具體的挖掘裝載機(jī)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員就需要在允許情況下適當(dāng)進(jìn)行拉長(zhǎng)緩沖柱塞長(zhǎng)度；值得注意的是，由于溶入液壓油空氣的壓縮破裂問(wèn)題在當(dāng)下的技術(shù)條件下還無(wú)法實(shí)現(xiàn)根除，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須不斷對(duì)其進(jìn)行相關(guān)研究。

結(jié)論：

在本文就挖掘裝載機(jī)反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)展開(kāi)的動(dòng)態(tài)研究中，筆者詳細(xì)論述了液壓回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真、影響回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的因素分析等內(nèi)容，并結(jié)合緩沖裝置、過(guò)載溢流閥和液壓油的體積彈性模量這三方面影響挖掘裝載機(jī)反鏟裝置回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的因素提出了系統(tǒng)自身的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望這一設(shè)計(jì)要點(diǎn)能夠?yàn)橄嚓P(guān)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)一定啟發(fā)。

[1]常秋紅.礦用裝載機(jī)液壓系統(tǒng)與挖掘裝置的優(yōu)化計(jì)算與仿真研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2012.

[2]王云華.挖掘裝載機(jī)挖掘裝置液壓系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)分析[D].吉林大學(xué),2012.

[3]魏蒼棟.ZWY-160/55型挖掘式裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)研究[D].河北科技大學(xué),2014.

[4]朱杰.小型液壓挖掘機(jī)工作裝置與液壓系統(tǒng)的分析研究[D].西南交通大學(xué),2008.

石昊哲(1988.9–)，男，漢族，黑龍江五大連池市人，本科，助理工程師，現(xiàn)從事內(nèi)燃設(shè)備管理方面工作。