王曉磊

摘要：闡述履帶式液壓挖掘機(jī)的操作評(píng)價(jià)中的注意事項(xiàng)，對挖掘機(jī)操作性評(píng)價(jià)的項(xiàng)目進(jìn)行分類，根據(jù)在日常工作中碰到問題分析主要原因并總結(jié)規(guī)律，將液壓挖掘機(jī)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為操作的線性度、液壓沖擊、吸空、復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)性、舒適性5個(gè)方面，對每個(gè)方面測試規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，以確保調(diào)試工作能夠更加規(guī)范、有效地進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：挖掘；操作性能；評(píng)價(jià)方法；評(píng)價(jià)指標(biāo)；分類

0? ?引言

近年來，市場上反應(yīng)部分挖掘機(jī)操挖性能不好，操作手容易感覺到疲憊，尤其是在進(jìn)行精細(xì)作業(yè)時(shí)更甚。針對整機(jī)舒適性、操控性等主觀評(píng)價(jià)的性能方面，用戶提出了更高的要求，主機(jī)廠為了更好的提升市場占有率及品牌口碑，已將樣機(jī)研發(fā)過程中的操作性評(píng)價(jià)，作為挖掘機(jī)技術(shù)開發(fā)的重要課題之一。

目前，挖掘機(jī)主機(jī)廠家對操控性測試主要依據(jù)操作手的主觀評(píng)價(jià)，并以儀器測試為輔助。受到人為感覺、作業(yè)方式及作業(yè)工況條件等多種因素影響，操挖性研究和評(píng)價(jià)條件復(fù)雜多變。至今為止行業(yè)仍沒有形成公認(rèn)的、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。根據(jù)市場反饋情況及廠內(nèi)歷史評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文將液壓挖掘機(jī)的操作性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為操作的線性度、液壓沖擊、吸空、復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)性、舒適性五個(gè)方面，對每個(gè)方面測試規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，以確保調(diào)試工作能夠更加規(guī)范、有效地進(jìn)行。

1? ?操作線性度

液壓挖掘機(jī)操作的理想標(biāo)準(zhǔn)為所得即所需，根據(jù)實(shí)際需求自由操作手柄，基本表現(xiàn)為操作的線性度。測試方法主要是緩慢扳動(dòng)手柄，觀察工作裝置速度或測量液壓缸位移再求導(dǎo)。手柄與液壓缸速率占比關(guān)系簡圖如圖1所示。根據(jù)圖1把線性度分為3個(gè)階段，其中所用數(shù)據(jù)僅做說明使用。

1.1? ?死區(qū)

在0～30%角度之間動(dòng)手柄時(shí)，工作液壓缸不動(dòng)作，此區(qū)間即為死區(qū)。此區(qū)間主要是由于先導(dǎo)手柄產(chǎn)生的二次壓力小，其推動(dòng)閥芯開口面積的變化量小，導(dǎo)致閥芯建立的壓力未能推動(dòng)工作裝置啟動(dòng)。死區(qū)主要是現(xiàn)實(shí)中為了防止司機(jī)的誤操作，但如果死區(qū)過大則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的線性區(qū)小，操作時(shí)對液壓缸的速度很難把握[2]。

1.2? ?線性區(qū)

30%～70%角度之間時(shí)，手柄與工作液壓缸建立良好的線性關(guān)系，此區(qū)間即為線性區(qū)。一般挖掘機(jī)動(dòng)臂提升、斗桿挖掘及卸載、鏟斗挖掘動(dòng)作，是由兩個(gè)閥芯供油。第一閥芯先打開，隨著先導(dǎo)壓力繼續(xù)增大，第二閥芯打開。如兩個(gè)閥芯開口及打開壓力配合不好，會(huì)導(dǎo)致工作液壓缸活塞桿突然加速伸縮。一般情況下，司機(jī)在微調(diào)手柄時(shí)，希望在較大手柄動(dòng)作下工作裝置的動(dòng)作幅度變化較小，測試表現(xiàn)為線性區(qū)的斜度小。此時(shí)速度對手柄角度敏感度低，所以在滿足速度的前提下，線性區(qū)橫坐標(biāo)越大，操作者對機(jī)構(gòu)的定位也會(huì)更加準(zhǔn)確。

1.3? ?全速區(qū)

70%～100%角度之間時(shí)，即為全速區(qū)間。此時(shí)主閥的閥芯已經(jīng)全部打開，手柄角度增加，液壓缸速度也不會(huì)再變化。此區(qū)間如果橫坐標(biāo)占比過大，外在反應(yīng)為單動(dòng)作速度慢或線性區(qū)過小。

某挖掘機(jī)斗桿挖掘?qū)崪y數(shù)據(jù)如圖2所示。圖2下部虛線表示先導(dǎo)壓力。第一區(qū)域?yàn)樗绤^(qū)，第二區(qū)域?yàn)榫€性區(qū)，包含斗桿第二閥芯開啟的線性區(qū)域。第三區(qū)域由于操作失誤，在液壓缸行程到底時(shí)還沒有測出全速區(qū)。

2? ?液壓沖擊

挖掘機(jī)手柄迅速掰動(dòng)、松開及換向時(shí)，液壓閥口突然打開或關(guān)閉，使油路變換方向，運(yùn)動(dòng)部件的慣性作用向整個(gè)作業(yè)裝置傳遞，進(jìn)而引起整車的沖擊和振動(dòng)。此時(shí)整機(jī)已定型，更改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不太現(xiàn)實(shí)，為此通常采用優(yōu)化液壓系統(tǒng)來改善液壓沖擊。根據(jù)作用機(jī)理，一般把挖掘機(jī)的沖擊可分為3類：

2.1? ?啟動(dòng)、停止及換向沖擊

該類沖擊表現(xiàn)為挖掘機(jī)工作中頻繁更換各液壓缸的動(dòng)作方向，閥口開關(guān)動(dòng)作占比很大，對操作性影響很大。試驗(yàn)方法是迅速扳動(dòng)、回位及換向手柄，以操作手感受整機(jī)振動(dòng)或壓力測試為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)（液壓缸不在行程末端）。

圖3為根據(jù)GB/T 8104-1987《流量控制閥試驗(yàn)方法》測試的先導(dǎo)壓力與閥口流量的曲線。液壓沖擊產(chǎn)生的基本原因是流量的劇烈變化，一般開啟階段采取對閥芯剛降低流量來降低液壓沖擊。

某挖掘機(jī)斗桿卸載動(dòng)作實(shí)測曲線如圖4所示。由圖4可看出，斗桿液壓缸有桿腔在啟動(dòng)時(shí)液壓沖擊很大。改動(dòng)主閥閥芯對主機(jī)廠來說比較困難，為此在調(diào)試時(shí)，一般采用在先導(dǎo)處增加節(jié)流，降低閥芯打開與關(guān)閉速度，以達(dá)到減緩流量變化、降低沖擊的目的。需要注意的是，若節(jié)流孔太小，冬天因?yàn)橛蜏氐蜁?huì)出現(xiàn)響應(yīng)慢的問題。

2.2? ?液壓缸末端沖擊

液壓缸末端沖擊會(huì)使工作裝置出現(xiàn)大幅度晃動(dòng)，造成挖掘機(jī)履帶前端抬起等機(jī)械沖擊，從而對操作舒適性產(chǎn)生較大影響。同時(shí)末端沖擊也會(huì)使活塞桿在行程末端與缸體沖撞，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)損壞。為了避免此問題，一般在動(dòng)作的液壓缸端設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)。

末端沖擊試驗(yàn)方法如下：迅速扳動(dòng)手柄，直至液壓缸進(jìn)入行程末端并保持憋壓狀態(tài)，讓操作手感受機(jī)器沖擊，或采用測量儀器，測量液壓缸內(nèi)壓力峰值及緩沖時(shí)間。改善方法是聯(lián)系液壓缸廠家，改進(jìn)缸體內(nèi)的緩沖機(jī)構(gòu)來實(shí)施。鑒于篇幅限制，本文對此不作討論。

2.3? ?復(fù)合時(shí)的增減動(dòng)作沖擊

復(fù)合時(shí)的增減動(dòng)作，是指單動(dòng)作時(shí)突然增加其他動(dòng)作，復(fù)合動(dòng)作時(shí)迅速停止一個(gè)動(dòng)作。動(dòng)作數(shù)量的變化引起流量分配的改變，導(dǎo)致其液壓缸進(jìn)入的油液突然增大或減少，最終表現(xiàn)為沖擊。通常用減緩流量的變化來降低沖擊，如可把控制優(yōu)先閥的比例電磁閥的信號(hào)增大斜率，或直接在優(yōu)先閥處增加節(jié)流。雖然該沖擊在性能表現(xiàn)上不太明顯，但影響也不容忽視。

3? ?吸空現(xiàn)象

吸空現(xiàn)象是指動(dòng)臂在作下降或斗桿作回收動(dòng)作時(shí)，其在重力的作用下下降速度很快。如果主泵流量不能滿足液壓缸的速度要求，液壓缸活塞桿會(huì)在特定位置后速度減慢或停頓。由于流量不足的原因?qū)е碌奈?，常形成于低擋位或?fù)合動(dòng)作中。挖掘機(jī)吸空常見動(dòng)作如表1所示。

圖5為某挖掘機(jī)鏟斗挖掘+斗桿挖掘復(fù)合動(dòng)作時(shí)，斗桿的壓力曲線。由于使用的壓力傳感器只能測正壓，斗桿無桿腔壓力0MPa左右就可認(rèn)為斗桿產(chǎn)生吸空現(xiàn)象。吸空過程中的負(fù)壓危害包括以下兩方面：一是使液壓油中的空氣析出氣泡，氣泡在高壓下產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，又會(huì)對液壓件產(chǎn)生損害。二是會(huì)降低挖掘機(jī)的作業(yè)效率。

各廠家對挖掘機(jī)吸空的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)，但至少在常用擋位不能出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。對于挖掘機(jī)吸空現(xiàn)象，常用的改善途徑主要是聯(lián)系液壓件廠家，改變多路閥閥芯回油背壓或加大再生油路的比例。

4? ?復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)性

挖掘機(jī)的作業(yè)工況復(fù)雜，常需要幾個(gè)動(dòng)作配合。而液壓缸的流量分配依據(jù)各個(gè)液壓缸負(fù)載及相應(yīng)的閥口開度大小，主機(jī)廠理想的開發(fā)目標(biāo)，是主閥能根據(jù)工況合理地分配共同動(dòng)作時(shí)各液壓執(zhí)行元件的流量。挖掘機(jī)各機(jī)型常用工況分類如表2所示。

工況的復(fù)雜性使各個(gè)動(dòng)作調(diào)試時(shí)困難異常，本文選擇各車型都包含的平地與裝車動(dòng)作進(jìn)行分析。調(diào)試過程中把以下兩個(gè)動(dòng)作作為首要目標(biāo)：一是平地動(dòng)作中的斗桿挖掘+動(dòng)臂提升；二是裝車動(dòng)作中的動(dòng)臂提升+回轉(zhuǎn)。

4.1? ?平地動(dòng)作

平地作業(yè)時(shí)動(dòng)臂手柄全開，斗桿手柄配合動(dòng)臂使鏟斗齒尖相對地面做平行直線軌跡。此時(shí)對斗桿動(dòng)作的靈敏性要求較高，斗桿速度調(diào)節(jié)需跟上鏟斗位置變化。同時(shí)一般平地動(dòng)作都是工作在低擋位狀態(tài)下，低擋位時(shí)的低轉(zhuǎn)速會(huì)使液壓系統(tǒng)中流量較小。

平地動(dòng)作由兩泵供油，其中動(dòng)臂負(fù)載最大，斗桿最輕。根據(jù)液壓原理，液壓油會(huì)分配到負(fù)載較輕的斗桿液壓缸內(nèi)，而流量不足使動(dòng)臂閥芯不能建立需要的壓差，導(dǎo)致斗桿速度快，出現(xiàn)“點(diǎn)頭”現(xiàn)象。此時(shí)需操作手多次調(diào)整斗桿手柄。

4.2? ?裝車動(dòng)作

甩方動(dòng)作包括挖掘、提升、卸載、回位4個(gè)階段。根據(jù)操作手的經(jīng)驗(yàn)，在提升階段（動(dòng)臂提升+回轉(zhuǎn)）如果流量分配合理，會(huì)極大的提升作業(yè)效率。而操作手感受的兩動(dòng)作速度分配比例主觀性較強(qiáng)，需要對比例指標(biāo)進(jìn)行量化來指導(dǎo)前期調(diào)試。

市場上小挖多用于挖坑，對動(dòng)臂提升性能要求不高。中挖多用于裝車，對動(dòng)臂提升與回轉(zhuǎn)性能要求較高。大挖常在用于在平臺(tái)裝高密度石塊，對動(dòng)臂提升性能要求較高。測試動(dòng)作為空載狀態(tài)下動(dòng)臂與回轉(zhuǎn)同時(shí)動(dòng)作，在動(dòng)臂達(dá)到行程時(shí)測量回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。提升階段速度分配的大致范圍如表3所示。

總體而言，對于挖掘機(jī)復(fù)合工況的協(xié)調(diào)性問題，常用的改善措施是，聯(lián)系廠家調(diào)整主閥芯開口或優(yōu)先閥的開度，對流量科學(xué)優(yōu)化。

5? ?舒適性

舒適性包含噪聲、空調(diào)制冷、振動(dòng)、駕駛室密封等多方面的要求。舒適性有國標(biāo)要求，可根據(jù)直接按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。

6? ?結(jié)束語

近年來，操作評(píng)價(jià)在挖掘機(jī)行業(yè)越來越被生產(chǎn)廠家的重視。根據(jù)市場反饋情況及廠內(nèi)歷史評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文將液壓挖掘機(jī)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為操作的線性度、液壓沖擊、吸空、復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)性、舒適性五個(gè)方面，對每個(gè)方面測試規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，以確保調(diào)試工作能夠更加規(guī)范、有效地進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 李叢山.挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)控制性能分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2014（4）：150-151+154.

[2] 陳健，趙北，劉同文.挖掘機(jī)操作性能優(yōu)化測試方法研究[J].工程機(jī)械，2018，49（5）：16-21+95.