《180FV裝載機液壓系統(tǒng)研究》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《180FV裝載機液壓系統(tǒng)研究（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、180FV裝載機液壓系統(tǒng)研究 摘要 隨著工業(yè)技術的發(fā)展,能源短缺的問題將日趨嚴重。工程機械作為能源消耗的一部分,對于節(jié)能技術有新的要求。裝載機是工程機械中主要的鏟土運輸機械,保有量大,應用廣泛。裝載機作為裝載機的典型產(chǎn)品,對其進行節(jié)能技術研究不僅具有重要的理論指導意義而且還具有重要的工程應用價值。本文通過分析現(xiàn)有180FV型裝載液壓系統(tǒng)動態(tài)特性和能耗，針對系統(tǒng)能耗高，效率低，熱平衡溫度高等問題，對裝載機液壓系統(tǒng)作業(yè)節(jié)能技術進行分析，并對系統(tǒng)的散熱特性進行分析和改進。 關鍵詞：裝載機液壓系統(tǒng)180FV 180FV裝載機液壓系統(tǒng) 前言 裝載機作為一種多用途的工程機械，可對松散物料進

2、行裝卸作業(yè)，對物料進行短途運輸，在特定工況下還可類似推土機平整清理場地，在道路、橋梁、礦山、建工等國家基礎設施建設領域發(fā)揮著重要的作用。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，能源短缺問題日漸凸顯、環(huán)境污染嚴重，節(jié)能減排成為當前社會發(fā)展的主流。裝載機作為大功率、高油耗、高社會保有量的工程機械設備，其節(jié)能減排技術是目前發(fā)展的重點。 當前我國裝載機的產(chǎn)銷量在世界范圍內(nèi)都處于高位，也是在工程機械行業(yè)內(nèi)我國國產(chǎn)品牌少數(shù)幾個可以與國外產(chǎn)品相抗衡的機型,但技術革新方面我國主機廠在近年來進展緩慢，發(fā)動機油耗高排放惡劣，采用定量液壓系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)采用粗放式的解決方法，系統(tǒng)熱平衡溫度偏高，整體的能耗與排放都偏高。裝載機作為機

3、、電、液一體化的機械裝備，滿足人機工程學的設計原理，采用現(xiàn)代化的技術手段對裝載機進行技術革新，提高系統(tǒng)效率降低系統(tǒng)能耗，是當前工程機械技術人員研究的重點。 本文以輪式裝載機定量泵液壓系統(tǒng)作為載體，在液壓系統(tǒng)中加裝儲能及控制元件，通過相應的能量管理策略減小液壓系統(tǒng)中的能量損失，為實現(xiàn)整機的節(jié)能減排提供一種新方案，實現(xiàn)經(jīng)濟性與高效率的結合。 1裝載機液壓系統(tǒng)簡介 1.1裝載機液壓系統(tǒng) 裝載機液壓系統(tǒng)屬于開式回路，按照控制方式不同可分為節(jié)流控制、負荷傳感控制（LS）、流量分配控制（LUDV）等。現(xiàn)有裝載機定量液壓系統(tǒng)采用齒輪泵驅(qū)動，轉(zhuǎn)向泵經(jīng)優(yōu)先閥為轉(zhuǎn)向液壓缸供油，不轉(zhuǎn)向時同工作泵雙泵合流為工

4、作裝置液壓系統(tǒng)供油。通過控制多路閥的換向來實現(xiàn)鏟斗鏟掘和動臂舉升等作業(yè)，為防止裝載機高速行駛時整車前后顛簸，在動臂液壓缸油路加裝穩(wěn)定模塊，改善駕駛的舒適性及車輛行駛的平穩(wěn)性，系統(tǒng)構成如圖1.1所示。 負荷傳感控制（LS）和流量分配控制（LUDV）同屬于負載敏感系統(tǒng)，原理如圖1.1、1.2所示。其工作特性是根據(jù)負載的大小來改變泵的輸出功率，核心技術是負載敏感和壓力補償。負載敏感是指通過檢測負載的壓力、流量等情況，向液壓系統(tǒng)進行反饋，進而達到流量控制、恒功率調(diào)節(jié)、恒力矩控制等目的。將負載的信號反饋給液壓泵，實現(xiàn)泵的輸出壓力、流量控制。壓力補償是指將閥門進出口兩端壓力補償為定值，由流量基本計算公式

5、，當壓差不變，只要改變節(jié)流口的流通面積，就能控制流向執(zhí)行器的流量，且不受負載變化的影響。 圖1.2Ls系統(tǒng)原理簡圖圖1.2LUDV系統(tǒng)原理簡圖 1.2液壓系統(tǒng)節(jié)能技術 裝載機的液壓系統(tǒng)主要用來完成整機的制動以及動臂、鏟斗提升翻轉(zhuǎn)等動作需求。但液壓系統(tǒng)效率通常較低，并且存在溢流等能量損失，導致裝載機整機的作業(yè)效率低，同時還帶來系統(tǒng)發(fā)熱問題。液壓系統(tǒng)節(jié)能技術主要是減少液壓系統(tǒng)無用功消耗，主要包括以下幾個方面：①采用差動回路設計，并在下降過程中使工作泵卸荷，可減少節(jié)流損失，提高作業(yè)效率；②采用雙泵系統(tǒng)，并根據(jù)工作過程進行合流、分流，使系統(tǒng)的壓力和流量相匹配，以減少溢流損失；③將變量柱塞

6、泵應用于裝載機，并采用負荷敏感技術，將液壓系統(tǒng)由閥控改變?yōu)楸每?，使系統(tǒng)的流量和壓力與負載匹配，以減少溢流損失，大幅度地提高整機效率；④采用具有高功率比，體積小、可無級調(diào)速、高效區(qū)寬、布局靈活、換向方便、控制方式多樣和功率利用合理的靜液壓傳動系統(tǒng)。 以上這些對提高裝載機的工作效率起到了一定的促進作用，但這些方法并不能從根本上解決發(fā)動機燃油效率低和高排放的問題，而混合動力技術能夠?qū)⒛芰窟M行回收再利用，它將是裝載機節(jié)能發(fā)展的方向。 1.3裝載機液壓系統(tǒng)的的特點 1.3.1傳動裝置連接布置簡單 由于液壓馬達可直接連接在車輪上對車輪進行直接驅(qū)動，省去了傳統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)中的變速器、變矩器、傳動軸等

7、機械裝置，在布置液壓元件的時候更加靈活。全液壓傳動方案按系統(tǒng)的選擇可分為高速傳動方案和低傳動速方案。高速方案由液壓馬達連接變速箱，然后通過驅(qū)動橋和輪邊減速器等裝置驅(qū)動車輪。高速方案中，液壓泵和液壓馬達都有較大的變速范圍。如果再對速比進行恰當?shù)倪x擇以及檔位進行合理設置，就能夠得出一條滿足工程機械使用要求的功率特性曲線。而且，高速軸向柱塞馬達的功率/重量比較高，綜合各方面的因素考慮，目前工程機械領域采用全液壓傳動系統(tǒng)方案的選擇高速方案的比較多。低速方案是在工程機械的車輪上安裝低速大扭矩馬達來驅(qū)動，省去了中間傳動元件，結構更加簡單，操作布置也更加方便。相對于普通馬達，低速大扭矩馬達轉(zhuǎn)速比較低，但排量

8、大，輸出扭矩比較大，低速穩(wěn)定性好。相對于高速方案，低速方案由于馬達容積效率低，變速范圍窄，因此更適合速度變化范圍小的機械。 1.3.2操縱和控制靈活 全液壓系統(tǒng)傳動通過改變斜盤式軸向柱塞泵的斜盤傾角方向的變化來控制油液的流向，取代了換向閥。這種換向方式起停性能更好，操作更加靈活便捷。全液壓系統(tǒng)中根據(jù)液壓流量的調(diào)節(jié)方式不同分為四種方案：定量泵-定量馬達、定量泵-變量馬達、變量泵-定量馬達、變量泵-變量馬達。改變泵和馬達流量，即可對工程機械速度進行無級調(diào)速。這種傳動方式在提高作業(yè)效率的同時能夠有效降低工人的疲勞度。全液壓驅(qū)動系統(tǒng)容易實現(xiàn)對系統(tǒng)的閉環(huán)控制。車輛中安裝有各種傳感器進行信息采集，可將

9、發(fā)動機轉(zhuǎn)速，馬達轉(zhuǎn)速以及液壓系統(tǒng)的壓力等信息反饋給微型控制器。通過合理匹配行走功率和工作裝置功率，可以充分利用發(fā)動機功率，保持發(fā)動機工作在高效區(qū)，提高燃油經(jīng)濟性，降低排放污染。 1.3.3傳動性能優(yōu)越 傳統(tǒng)的液力機械需要通過變速箱來改變行駛方向，在裝載機作業(yè)過程中需要經(jīng)常性的前進后退，因此需要頻繁通過變速器改變檔位方向，變速器換擋過程中需要不斷的接通與斷開動力，而換擋存在沖擊。全液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩性能更好，能夠快速的起停與實現(xiàn)車速以及方向的改變，換擋響應快，也更加靈活。全液壓系統(tǒng)中，外負載決定了系統(tǒng)的工作壓力，在負載功率較小的情況下，車輛的行駛速度和工作壓力可分開控制。因此，即使外負載有一定程度

10、的波動，車輛可保持原有的速度不變，該系統(tǒng)具有較好的速度特性。全液壓傳動系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)壓力取決有負載，系統(tǒng)能夠快速建立起與負載平衡的壓力，滿足工程機械對于力矩的要求。 1.3.4低速性能好 全液壓系統(tǒng)采用低速大扭矩馬達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可以降至1r/min以下，低速性能非常好。液壓傳動系統(tǒng)在靜態(tài)時對應了較大的阻力矩，在啟動時可以獲得較大的系統(tǒng)壓力，因此可以得到較大的啟動力矩，這對作業(yè)中的裝載機的帶載起動有重要意義。如飛機牽引車、叉車等，除要求有較高的加速性能和運行平穩(wěn)外，還要求有大的起動力矩，因此，在這種車輛上行走機構大多采用液壓傳動。 2180FV裝載機現(xiàn)行液壓系統(tǒng)分析 2.1180FV裝載機

11、液壓系統(tǒng) 180FV輪式裝載機主要系統(tǒng)組成:操作系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、工作裝置系統(tǒng)等6大系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)、工作裝置液壓系統(tǒng)及操作液壓系統(tǒng)。工作裝置和轉(zhuǎn)向機構均采用液壓系統(tǒng)，也是裝載機功率消耗的主要部分。工作裝置和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有單泵液壓系統(tǒng)、雙泵液壓系統(tǒng)、雙泵優(yōu)先轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、多泵供油系統(tǒng)等?，F(xiàn)行的雙泵液壓系統(tǒng)有幾種油路形式(1)工作泵和轉(zhuǎn)向泵各自獨立;(2)雙泵單穩(wěn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng):轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油液可以合并到工作裝置液壓系統(tǒng)實現(xiàn)合流;(3)雙泵優(yōu)先閥轉(zhuǎn)向系統(tǒng):當不需要轉(zhuǎn)向工作時，轉(zhuǎn)向流量全部合流到工作裝置液壓系統(tǒng)，本文以現(xiàn)行180FV輪式裝載機為研究對象。 圖2

12、-1180FV輪式裝載機液壓系統(tǒng)簡圖 1-轉(zhuǎn)向閥:2-儲氣筒;3-電磁開關;4-雙作用安全閥;5-鏟斗油缸;6-分配閥;7-動臂液壓缸;8-轉(zhuǎn)向液壓缸;9-鎖緊閥;10-流量控制閥; 工作泵由發(fā)動機帶動，經(jīng)多路換向閥進入液壓油缸，動臂和鏟斗在動臂油缸和產(chǎn)斗油缸的驅(qū)動下，繞鉸接點實現(xiàn)鏟斗的鏟掘、裝載、提升、卸料、收斗及動臂舉升和下降，完成油缸向機械能的轉(zhuǎn)換。動臂油缸伸縮，動臂繞后端鉸接支架旋轉(zhuǎn)，鏟斗將會提升和下降。搖臂后端與翻轉(zhuǎn)油缸連接，中間和動臂鉸接，前端和拉桿連接。轉(zhuǎn)斗油缸動作時，搖臂繞中間鉸接點轉(zhuǎn)動，連桿的連動實現(xiàn)鏟斗的收斗和卸斗。 裝載機在作為行走工程機械，方便的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是非常重要

13、的。目前裝載機普遍采用全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特點是轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向輪之間非機械連接(液壓管連接到轉(zhuǎn)向油缸)，安裝布置方便，轉(zhuǎn)向力矩小。轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向器及其相匹配的優(yōu)先閥、轉(zhuǎn)向油缸等組成裝載機轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)。 裝載機要求的功率即負載功率，但其輸入功率是發(fā)動機的總功率。其能量損失主要是液壓系統(tǒng)損失，系統(tǒng)的匹配損失，機械損失，動能及勢能損失。其中液壓系統(tǒng)損失主要有溢流損失、節(jié)流損失、卸荷損失、沿程損失。 2.2裝載機工作裝置液壓系統(tǒng) 工作裝置機構有:舉升缸、動臂、連桿、鏟斗、翻斗缸、搖臂，其中主要機構是動臂和鏟斗。裝載機工作裝置液壓系統(tǒng)主要由工作泵、多路換向閥、舉升油缸、翻斗油缸等組成。裝載機工作裝置的四

14、個作業(yè)循環(huán)為，分別是:鏟掘，移運，卸料，回程。 (1)插入阻力 裝載機駛進料堆時放下鏟斗，以一定傾角插入料堆少許，此時產(chǎn)生插入阻力，即料堆對鏟斗的反作用力。在加大發(fā)動機油門的同時，逐漸后傾鏟斗及提升鏟斗將物料鏟入斗內(nèi)。最大插入阻力是由裝載機的最大牽引力決定的。 可用以下公式來計算裝載機的最大插入阻力 式中M-變矩器渦輪輸出力矩： i-變矩器渦輪至輪邊的傳動比； η-傳動系總效率； Rw-輪胎的動力半徑 (2)掘起阻力:產(chǎn)生在提升動臂時料堆對鏟斗的反作用力 (3)物料重力Fg：物料重力在鏟斗收斗時為最大值 2.3裝載機轉(zhuǎn)向液壓回路 180FV液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成:轉(zhuǎn)向泵

15、、優(yōu)先閥、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向缸、液壓油箱等。轉(zhuǎn)動方向盤時，液壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向器被分配到左右轉(zhuǎn)向缸，推動轉(zhuǎn)向油缸活塞運動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。 180FV型輪式裝載機，其所用轉(zhuǎn)向閥的結構分為轉(zhuǎn)閥式和滑閥式兩種，而以滑閥式居多。本類裝載機采用的是折腰式液壓轉(zhuǎn)向結構，車架的前、后兩部分互相鉸接，而轉(zhuǎn)向油缸的活塞桿和缸筒分別與前車架，后車架相鉸接。通過操縱方向盤，使左右轉(zhuǎn)向油缸分別做伸縮運動，從而折轉(zhuǎn)前后車架使裝載機轉(zhuǎn)向。其轉(zhuǎn)向液壓回路如圖2-2所示，主要由轉(zhuǎn)向油缸1、轉(zhuǎn)向油泵5、全液壓式轉(zhuǎn)向器7等組成。 裝載機不轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向閥處于中位，轉(zhuǎn)向油泵的輸出油液經(jīng)轉(zhuǎn)向閥流回油箱。因轉(zhuǎn)向閥芯和閥體的軸向間隙在制造時已得到嚴格控制

16、，此時雖然轉(zhuǎn)向油缸兩腔都通回油，但因滑閥的阻尼作用，使油缸中能形成一定的壓力，使轉(zhuǎn)向反應靈敏，而且該阻尼作用能維持裝載機直線行駛的穩(wěn)定性。裝載機轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向閥芯的移動使轉(zhuǎn)向油缸一腔通壓力油，另一腔通回油路，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。180FV型裝載機用的轉(zhuǎn)向閥與轉(zhuǎn)向器用螺栓連接成一體，并固定在后車架上。轉(zhuǎn)向閥屬于三位四通閥，中位為X機能。合理的阻尼作用使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)既反應靈敏，又具有較高的效率，且結構較常壓式的簡單。如上所述，不轉(zhuǎn)動方向盤時滑閥處于中間位置，轉(zhuǎn)向閥的中位機能保證轉(zhuǎn)向油缸兩腔具有較小的壓力，維持裝載機直線行駛;向右轉(zhuǎn)動方向盤時螺桿和滑閥一起軸向向下移動，于是兩轉(zhuǎn)向油缸的一個伸長、一個縮短，使裝載

17、機向右轉(zhuǎn)向。與此同時，前后車架的相對轉(zhuǎn)動，通過反饋桿的反饋作用，使滑閥回到中位，停止轉(zhuǎn)向;反之，向左轉(zhuǎn)動方向盤時裝載機向左轉(zhuǎn)向。 圖2-2180FV型裝載機轉(zhuǎn)向液壓回路 1-轉(zhuǎn)向液壓缸:2-流量增益閥;3-濾油器;4-冷卻器;5-轉(zhuǎn)向液壓泵;6-減壓閥;7-液壓式轉(zhuǎn)向器 為使轉(zhuǎn)向過程不受柴油機轉(zhuǎn)速變化的影響，該轉(zhuǎn)向液壓回路中設有恒流閥。它由節(jié)流板、調(diào)壓閥和錐閥等組成。工作時液壓油液由進油口進入恒流閥，并經(jīng)節(jié)流板上的孔進入轉(zhuǎn)向閥，通過閥體內(nèi)部的孔道使節(jié)流板兩側的壓力分別作用于調(diào)壓閥的兩端，柴油機轉(zhuǎn)速升高時因液壓泵的輸出流量增大，通過節(jié)流板孔的流量加大，從而節(jié)流板兩側壓力差增大。當通過節(jié)

18、流板孔的流量達到一定值時，節(jié)流板兩側的壓力差將克服調(diào)壓彈簧的預緊力，使調(diào)壓閥芯左移、調(diào)壓閥芯開啟，一部分油液流回油箱，使進入轉(zhuǎn)向閥的流量受到限制，轉(zhuǎn)向油缸移動速度將不致因柴油機轉(zhuǎn)速的變化而忽快忽慢。 當裝載機轉(zhuǎn)向阻力過大時，恒流閥中的錐閥開啟，保證轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的安全。阻尼孔的作用是防止調(diào)壓閥移動速度過快而造成的轉(zhuǎn)向運動不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。 2.3.1轉(zhuǎn)向泵 轉(zhuǎn)向泵是為液壓轉(zhuǎn)向回路提供能量的元件，即將電機的扭矩和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成有一定流量和壓力的形式輸送到轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)中去。目前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中經(jīng)常采用的定量泵，其供油方式為粗放型，能使多余的液壓直接溢流。節(jié)能變量泵也在國內(nèi)裝載機上應用，這種系統(tǒng)稱為泵控轉(zhuǎn)

19、向系統(tǒng)，泵的壓力總是等于負荷壓力與節(jié)流壓差之和。液壓泵是液壓系統(tǒng)的原動件，它的性能效率對節(jié)能有重要意義。 泵作為起始能量轉(zhuǎn)換裝置，對液壓系統(tǒng)的總效率影響很大，所以要想提高能量利用率首先需選擇合適的動力源。至于液壓泵的總效率，一方面取決于機械效率和容積效率以及液壓泵的結構形式，另一方面又與使用壓力、液壓泵轉(zhuǎn)速及體粘度等因素息息相關。因此可采用一下方式來提高液壓泵的總效率:(I>選用合理的液壓泵。一般壓力小于2.5MPa時選用齒輪泵;在2.5MPa到6.3MPa之間選用葉片泵;在大于6.3MPa時選用柱塞泵。表1為常用泵的效率。(2)選用合理的液壓泵轉(zhuǎn)速。提高液壓泵效率的最佳轉(zhuǎn)速一般在1000-

20、1800r/min范圍內(nèi)。(3)選用合適粘度的液壓油。液壓油粘度越高泄露越少，摩擦阻力也越大，此時雖然容積效率提高了，但機械效率相對降低，影響泵的自吸能力。而使用低粘度液壓油時，結果恰恰相反。 表2-1常用液壓泵效率 類別 柱塞泵 螺桿泵 葉片泵 齒輪泵 容積效率 0.850.98 0.850.95 0.800.95 0.700.90 機械效率 0.750.90 0.700.85 0.750.85 0.600.80 總效率 0.750.85 0.750.80 0.750.80 0.600.75 2.3.2全液壓轉(zhuǎn)向器 （1）全液壓轉(zhuǎn)向器結構組成 轉(zhuǎn)向器按系統(tǒng)分為開芯，閉芯和負荷

21、傳感等，其中負荷傳感又分為靜態(tài)信號和動態(tài)信號負荷傳感轉(zhuǎn)向器。從功能上講，BZZ系列全液壓轉(zhuǎn)向器分為:開芯系統(tǒng).閉芯系統(tǒng)和負荷傳感系統(tǒng).轉(zhuǎn)向器處于中位位置時，油泵將液壓油供入轉(zhuǎn)向器“p;口，油液進入轉(zhuǎn)向器內(nèi)。開芯系統(tǒng)中，壓力油經(jīng)由閥芯閥套副內(nèi)腔回油，至轉(zhuǎn)向器“T”口流回油箱，閉芯系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向器處于中位位置時，油不能經(jīng)過轉(zhuǎn)向器內(nèi)部回油，系統(tǒng)恒壓。 1)方向盤不轉(zhuǎn)(即中間位置) 圖2-4(a)為全液壓轉(zhuǎn)向器在中位工作時的示意圖。閥芯、閥套受定中彈簧片的作用，在中位狀態(tài)，轉(zhuǎn)向油泵提供高壓液壓油，油液流經(jīng)閥芯、閥套的端的兩列小孔，接著進入閥芯內(nèi)，接著經(jīng)過油口T，然后流回油箱。方向盤不轉(zhuǎn)動的時候，定中彈

22、簧作用。因為油口R和L都被閥芯堵塞住，因此轉(zhuǎn)向油缸里的油液不流動，從而活塞保持靜止，裝載機朝著固定的方向行駛。 圖2-3全液壓轉(zhuǎn)向器結構 1-連接塊(內(nèi)花鍵連接沒有該零件)2-前蓋3-螺釘4-彈簧墊5-0型密封圈:6-X密封圈7-擋環(huán)8-推力軸承9-滑環(huán)10-0型密封圈11-隔板12-定轉(zhuǎn)副13-后蓋14-螺栓15-限位塊16-聯(lián)動軸17-閥芯閥套副18-閥體19-鋼球20-限位螺栓21-0型密封圈22-彈簧片23-撥銷24-FK組合閥 2)向左轉(zhuǎn)向 圖2-4(c)為全液壓轉(zhuǎn)向器向左轉(zhuǎn)彎的示意圖。方向盤轉(zhuǎn)動，從而使閥芯逆時針轉(zhuǎn)動，此時，定中彈簧單向受壓力。從而閥芯相對于閥套轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的

23、最大角度為3010之后，閥套上的進油口P與閥芯油槽連接成通路，液壓泵提供的油液流經(jīng)閥套和閥芯上的小油槽，又經(jīng)閥套流回定子和轉(zhuǎn)子，從而使轉(zhuǎn)子和定子相對轉(zhuǎn)動。另外，從轉(zhuǎn)子和定子流出的油液，流經(jīng)閥套后從油口L進入左轉(zhuǎn)向油缸大腔，從而油缸活塞桿伸出，推動車架，車架帶動帶動車輪左轉(zhuǎn)向，油缸小腔的油液則從油口R流入閥套、閥芯回油槽，進而從閥套上面的回油孔流回油箱。左轉(zhuǎn)時，左轉(zhuǎn)向油缸有桿腔與右轉(zhuǎn)向油缸無桿腔相通，油液進入小腔，活塞桿縮回油缸，車輪左轉(zhuǎn);左轉(zhuǎn)向油缸大腔通右轉(zhuǎn)向油缸的小腔，油液從右轉(zhuǎn)向油缸小腔，經(jīng)左轉(zhuǎn)向油缸的大腔流入R口，從閥套回油孔徑油口流回液壓油箱。 圖2-4(a)全液壓轉(zhuǎn)向器的工作示意圖

24、(中位時 圖2-4(b)全液壓轉(zhuǎn)向器的工作示意圖(中位時) 當閥芯、閥套之間的相對轉(zhuǎn)角為1.5的時候，油路開始接通，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向油泵的油通向油缸，供油量與方向盤轉(zhuǎn)角是正比關系。當方向盤左轉(zhuǎn)一角度，并保持不變時，因前述油道處于開口狀態(tài)，使來自轉(zhuǎn)向油泵的液壓油帶動轉(zhuǎn)子右轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角等于方向盤轉(zhuǎn)角時，轉(zhuǎn)子會帶動閥套，“隨動”左轉(zhuǎn)，直到在定子彈簧作用力下，閥套、閥芯回到中間位置，所轉(zhuǎn)角度等于方向盤的轉(zhuǎn)角。此時，閥套與閥芯相對轉(zhuǎn)角為零，轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)向油缸的通道閉合，從而轉(zhuǎn)向油泵的油液進入閥套，經(jīng)過閥芯的回油槽，從閥套的回油孔回油箱，轉(zhuǎn)向完成。若方向盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)子、閥套連續(xù)隨動至極限位置。這就是液

25、壓反饋隨動原理。 圖2-4(c)全液壓轉(zhuǎn)向器的工作示意圖(左轉(zhuǎn)向) 3)右轉(zhuǎn)彎 圖2-4(d)是轉(zhuǎn)向器右轉(zhuǎn)的示意圖。方向盤右轉(zhuǎn)，帶動閥芯沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向原理同左轉(zhuǎn)向。 4)人力轉(zhuǎn)向 在意外情況下，比如發(fā)動機熄火，或者轉(zhuǎn)向泵故障，可手轉(zhuǎn)向，向右轉(zhuǎn)動方向盤，閥芯轉(zhuǎn)動1030，經(jīng)拔銷，使聯(lián)動軸、閥套、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，此時，轉(zhuǎn)子與定子相當于液壓泵。油液被轉(zhuǎn)子吸出，流經(jīng)單向閥、閥套和閥芯，最后流入轉(zhuǎn)子泵進油腔。這樣最終油液進人轉(zhuǎn)向油缸大腔，活塞桿伸出，裝載機右轉(zhuǎn)彎。 圖2-4(d)全液壓轉(zhuǎn)向器的工作示意圖(右轉(zhuǎn)向) 5)計量馬達 計量馬達主要是由定子和轉(zhuǎn)子等零件組成。其中，定子位于閥體下

26、端，包含七個圓柱型的齒，轉(zhuǎn)子位于定子內(nèi)，包含六個齒并和聯(lián)軸器花鍵連接。 等距圓弧外擺線齒是計量馬達的主要齒形，其齒廓形狀使轉(zhuǎn)子曲線的所有點都能夠嚙合，保證了轉(zhuǎn)、定子曲線在任何狀態(tài)下都可以構成七個腔室，互相隔離。轉(zhuǎn)子軸繞定子軸順時針旋轉(zhuǎn)一周，同時，轉(zhuǎn)子自身逆時針轉(zhuǎn)過一個齒。轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，并繞定子轉(zhuǎn)六周，轉(zhuǎn)子公轉(zhuǎn)一周，七個齒槽空間排油，進而轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)使油液從密閉齒槽流出。此種液壓馬達排量大。 3節(jié)能液壓系統(tǒng)設計及控制策略劃分 3.1節(jié)能液壓系統(tǒng)設計 與中小型裝載機相比，大型裝載機液壓系統(tǒng)普遍采用變量泵液壓系統(tǒng)，雖然一定程度上解決了溢流損失問題，但其核心元件潤滑情況復雜、對污染相對敏感且控制油

27、路復雜，在耐久性等方面與國際先進產(chǎn)品有很大的差距，因此本文以180FV型輪式裝載機轉(zhuǎn)向和工作裝置液壓系統(tǒng)作為載體設計了一套節(jié)能液壓系統(tǒng)，通過相應的能量管理策略減少液壓系統(tǒng)中的溢流損失和部分節(jié)流損失，實現(xiàn)節(jié)能減排。 該系統(tǒng)包含工作裝置液壓系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，閉芯無反應式轉(zhuǎn)向器控制轉(zhuǎn)向液壓缸，多路閥轉(zhuǎn)斗聯(lián)、動臂聯(lián)分別控制轉(zhuǎn)斗液壓缸與動臂液壓缸，定量泵為液壓系統(tǒng)動力源。工作系統(tǒng)蓄能器與轉(zhuǎn)向蓄能器分別作為輔助動力源串聯(lián)于工作液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，壓力傳感器11、21分別用于監(jiān)測蓄能器10、20的壓力，位移傳感器4、8、12則分別監(jiān)測轉(zhuǎn)斗液壓缸、動臂液壓缸和轉(zhuǎn)向液壓缸活塞的位移，信號進入控制器用于判

28、別液壓缸速度是否與控制信號成正比，控制器根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)對該系統(tǒng)進行調(diào)整?；诎踩钥紤]，系統(tǒng)應該優(yōu)先保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常機能，所以定量泵優(yōu)先向轉(zhuǎn)向蓄能器供能，其次向工作系統(tǒng)蓄能器供能。且為保證系統(tǒng)的正常動作，工作系統(tǒng)蓄能器、轉(zhuǎn)向蓄能器正常情況下均應保有對應系統(tǒng)工作一個循環(huán)所需求的能量。 圖3.1節(jié)能液壓系統(tǒng)原理圖 1多路閥轉(zhuǎn)斗聯(lián)2多路閥動臂聯(lián)3轉(zhuǎn)斗液壓缸4、8、13位移傳感器5動臂液壓缸6控制器7、9雙作用安全閥10工作系統(tǒng)蓄能器11壓力傳感器12左轉(zhuǎn)向液壓缸14右轉(zhuǎn)向液壓缸15或門型梭閥16左轉(zhuǎn)向限位閥17右轉(zhuǎn)向限位閥18轉(zhuǎn)速傳感器19閉芯無反應式轉(zhuǎn)向器20轉(zhuǎn)向蓄能器21轉(zhuǎn)向蓄能器壓力傳感器

29、22安全閥23定量泵24、26、27過濾器25傳動軸28發(fā)動機29油箱30三位四通電磁換向閥31、32安全閥 3.2分層式節(jié)能控制策略劃分 3.2.1整體控制策略 為定性描述控制策略，將控制策略劃分為怠速模式、工作裝置動作模式和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式，如圖3.2所示?；谵D(zhuǎn)向優(yōu)先原則，裝載機工作時優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式，工作裝置動作模式其次，怠速模式最后，三種模式之間相互聯(lián)系，遍歷之后返回初始狀態(tài)，然后再次進行選擇，循環(huán)往復，保證工作裝置液壓系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的供能。下述中Paccz、Paccz(k+1)分別為轉(zhuǎn)向蓄能器工作壓力及其預測壓力，P1、P2分別為轉(zhuǎn)向蓄能器最低、最高工作壓力，Pw

30、、Pw(k+1)為工作系統(tǒng)蓄能器工作壓力及其預測壓力，Pmin、Pmax分別為其最低、最高工作壓力，n為方向盤轉(zhuǎn)速，Vn為對應方向盤轉(zhuǎn)速下實測轉(zhuǎn)向液壓缸活塞的速度，Vnmin為對應方向盤轉(zhuǎn)速n下轉(zhuǎn)向液壓缸活塞速度下限值，α動臂聯(lián)、α轉(zhuǎn)斗聯(lián)分別為動臂聯(lián)、轉(zhuǎn)斗聯(lián)操作手柄角度，由于邏輯判斷中動臂聯(lián)、轉(zhuǎn)斗聯(lián)操作手柄角度無區(qū)別，因此選用α表示任一操作手柄角度，Vα為對應操作手柄角度下實測工作裝置液壓缸活塞的速度，Vnmin為對應操作手柄角度下工作裝置液壓缸活塞速度下限值。controlsignal為三位四通換向閥控制信號，controlsignal1為三位四通換向閥控制信號，controlsignal=

31、-1時，三位四通換向閥工作在左位，controlsignal=0時，三位四通換向閥工作在中位。 圖3.2整體控制策略劃分 3.2.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式 該模式下包含左轉(zhuǎn)向工況和右轉(zhuǎn)向工況，如圖3.3所示，此處僅以右轉(zhuǎn)向工況為例進行說明。該模式下，駕駛員操縱閉芯無反應式轉(zhuǎn)向器使P口與R口接通，右轉(zhuǎn)向液壓缸有桿腔，左轉(zhuǎn)向液壓缸無桿腔進油，裝載機車體繞鉸接點進行右轉(zhuǎn)向。在該過程中，首先設定蓄能器壓力上下限用于實現(xiàn)開關型控制，控制器通過位移傳感器監(jiān)測轉(zhuǎn)向液壓缸的活塞桿位移并計算其速度，判別其速度是否與方向盤轉(zhuǎn)速相匹配，進而判別轉(zhuǎn)向蓄能器是否與負載需求功率匹配，然后控制三位四通換向閥工作，實現(xiàn)定量泵

32、輸出功率分配，減少溢流損失。 具體實施過程如下： 轉(zhuǎn)速傳感器將閉芯無反應轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速信號（駕駛員意圖）反饋至控制器，判別為轉(zhuǎn)向工況： （1）轉(zhuǎn)向蓄能器壓力值及其預測值均高于下限值，則通過轉(zhuǎn)向液壓缸的活塞速度和轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速進行功率匹配，判別轉(zhuǎn)向蓄能器輸出流量是否足以驅(qū)動轉(zhuǎn)向。 （2）轉(zhuǎn)向蓄能器壓力值及其預測壓力值二者中有一項低于其下限值，則說明無法保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常工作，所以三位四通換向閥工作在右位，優(yōu)先向閉芯無反應式轉(zhuǎn)向器供能，然后進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式。 在保證轉(zhuǎn)向蓄能器壓力高于其下限值的前提下，控制器將轉(zhuǎn)向液壓缸活塞速度信號與轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速信號下對應的轉(zhuǎn)向液壓缸活塞速度下限值進行對比，有

33、以下情況： （1）轉(zhuǎn)向液壓缸活塞速度高于對應閉芯無反應式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速下液壓缸活塞速度的下限值，說明轉(zhuǎn)向蓄能器20內(nèi)能量足夠驅(qū)動轉(zhuǎn)向。然后控制器檢查多路閥轉(zhuǎn)斗聯(lián)、動臂聯(lián)的操作手柄角度是否為0，若均為0則說明工作裝置不動作，判別模式進入下一循環(huán)；若任一操作手柄角度不為0，則說明工作裝置動作，控制模式進行工作裝置動作模式判別。 （2）轉(zhuǎn)向液壓缸活塞速度低于對應轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速下液壓缸活塞速度的下限值，說明轉(zhuǎn)向蓄能器內(nèi)壓力無法驅(qū)動轉(zhuǎn)向液壓缸正常工作，進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式（如圖3.4所示）：三位四通換向閥工作在右位，此時定量泵與轉(zhuǎn)向蓄能器合流，且在轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速不為0即轉(zhuǎn)向未完成的情況下，三位四通換向閥一直工

34、作在右位；在轉(zhuǎn)向完成的情況下：若工作裝置不動作或者工作系統(tǒng)蓄能器滿足工作裝置供能需求，三位四通換向閥一直工作在右位，直至轉(zhuǎn)向蓄能器內(nèi)壓力達到其上限值，然后三位四通換向閥工作在中位，定量泵卸荷，然后進行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式判別；若工作系統(tǒng)蓄能器壓力不足以驅(qū)動工作裝置正常動作，則進行工作裝置動作模式判別。 圖3.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式 圖3.4轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式 3.2.3工作裝置動作模式 正常作業(yè)工況下，裝載機工作裝置動作依次為鏟斗插入物料、收斗、動臂舉升、卸料、空載收斗以及動臂下降。在該節(jié)能液壓系統(tǒng)中，由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式和轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式優(yōu)先保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常工作，然后通過壓力傳感器

35、監(jiān)測工作系統(tǒng)蓄能器內(nèi)壓力及其變化率，利用位移傳感器監(jiān)測液壓缸活塞位移并計算速度，通過判斷速度是否低于操作手柄角度對應的速度下限值，進而判斷工作系統(tǒng)蓄能器是否可以驅(qū)動工作裝置正常動作，若可以則進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式，若無法滿足工作裝置供能需求，則定量泵通過三位四通換向閥與工作系統(tǒng)蓄能器合流，兩者共同驅(qū)動工作裝置動作。在定量泵向工作系統(tǒng)蓄能器供能過程中，如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供能不足，則進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式，若轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供能充足則三位四通換向閥一直工作在左位直至工作系統(tǒng)蓄能器的壓力達到其上限值，然后再進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式。 本文僅以收斗工況作為實施例進行說明： 駕駛員控制多路閥轉(zhuǎn)斗聯(lián)工作在右位，轉(zhuǎn)斗液

36、壓缸無桿腔進油，有桿腔回油，驅(qū)動鏟斗收回。由于物料重力、阻力，鏟斗受到重載，所以此時工作裝置液壓系統(tǒng)處于高壓小流量狀態(tài)?？刂破魍ㄟ^壓力傳感器監(jiān)測工作系統(tǒng)蓄能器內(nèi)壓力、多路閥轉(zhuǎn)斗聯(lián)操縱桿角度和位移傳感器的反饋信號判斷工作系統(tǒng)蓄能器內(nèi)能量是否可以驅(qū)動轉(zhuǎn)斗液壓缸正常工作，然后驅(qū)動三位四通換向閥工作，使定量泵的輸出功率與負載需求功率相匹配，減少溢流損失和部分節(jié)流損失。具體模式識別過程如下： （1）工作系統(tǒng)蓄能器內(nèi)壓力值及其預測壓力值大于下限值，轉(zhuǎn)斗液壓缸活塞速度大于對應操縱桿角度下速度下限值，說明此時工作系統(tǒng)蓄能器內(nèi)能量滿足工作裝置供能需求，定量泵不與工作系統(tǒng)蓄能器合流，工作系統(tǒng)蓄能器單獨驅(qū)動轉(zhuǎn)斗液

37、壓缸工作，然后選擇轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式 （2）工作系統(tǒng)蓄能器內(nèi)壓力值、預測壓力值以及液壓缸活塞速度有一值小于對應操縱桿角度的下限值，說明此時工作系統(tǒng)蓄能器不滿足轉(zhuǎn)斗液壓缸的供能需求，則三位四通換向閥工作在左位，定量泵與工作系統(tǒng)蓄能器合流，兩者共同為工作裝置供能。且當三位四通換向閥工作在左位時，如果轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速為0（即轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作），三位四通換向閥一直工作在左位直至工作系統(tǒng)蓄能器的壓力達到其上限值；如果轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速不為0，通過監(jiān)測轉(zhuǎn)向蓄能器內(nèi)壓力及轉(zhuǎn)向液壓缸活塞位移判斷是否需要定量泵向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供能,在優(yōu)先保證轉(zhuǎn)向的前提下，若需要則進行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作模式判別，若轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不需要供能則三位四通換向閥一直工

38、作在左位，直至工作系統(tǒng)蓄能器的壓力達到上限值，然后控制器進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式。工作裝置動作模式在工作裝置動作過程中循環(huán)往復，直至收斗完成。 圖3.5工作裝置動作模式 3.2.4怠速模式 裝載機存在怠速工況，即裝載機既不工作也不轉(zhuǎn)向，控制方法如下： 在該工況下控制器進行怠速模式識別，如圖3.6所示。優(yōu)先監(jiān)測轉(zhuǎn)向蓄能器壓力:若低于其上限值，則進行轉(zhuǎn)向蓄能器判別模式。若轉(zhuǎn)向蓄能器壓力達到其上限值,則判斷工作系統(tǒng)蓄能器壓力是否達到其上限值：若工作系統(tǒng)蓄能器壓力低于其上限值，則定量泵向其供能，三位四通換向閥工作在左位，而且同時通過轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速，多路閥操作手柄角度用于判斷轉(zhuǎn)向、工作系統(tǒng)是否動作，任

39、一系統(tǒng)動作則進行相應的模式判別，均不工作則三位四通換向閥一直工作在左位直至工作系統(tǒng)蓄能器壓力達到其上限值，然后三位四通換向閥工作在中位，定量泵卸荷，返回初始狀態(tài)；若工作系統(tǒng)蓄能器壓力達到其上限值，定量泵卸荷，三位四通換向閥工作在中位，判別模式返回初始狀態(tài)進入下一循環(huán)。 圖3.6怠速模式 基于串聯(lián)式混合動力構型提出一種新型節(jié)能液壓系統(tǒng)，采用開關—功率跟隨的控制方法，提出相應的控制策略，使蓄能器工作壓力限定在一定范圍之內(nèi)，同時利用液壓缸速度與轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速、多路閥控制信號對蓄能器輸出功率與負載需求功率進行匹配，在保證該系統(tǒng)正常工作的前提下，降低油耗，實現(xiàn)節(jié)能。 總結 隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，加

40、之受節(jié)能環(huán)保的要求，用戶對操作質(zhì)量要求不斷提高，變量系統(tǒng)必然成為液壓系統(tǒng)的市場主流。本文以輪式裝載機定量泵液壓系統(tǒng)作為載體，在液壓系統(tǒng)中加裝儲能及控制元件，通過相應的能量管理策略減小液壓系統(tǒng)中的能量損失，為實現(xiàn)整機的節(jié)能減排提供一種新方案，實現(xiàn)經(jīng)濟性與高效率的結合。 參考文獻 [1]徐禮超,葛如海,常綠.Acquisitionmethodofloadtimecourseofloaderhydraulicsystemundertypicaloperatingconditions%典型工況下裝載機液壓系統(tǒng)載荷時間歷程的制取方法[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2012,028(006):57-62. [

41、2]徐進永,羅士軍,張子達.基于模糊故障樹分析法的裝載機液壓系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)[J].吉林大學學報(工學版),No.131(03):569-574. [3]張毅,俞小莉,譚建勛,etal.裝載機液壓系統(tǒng)過熱問題的研究[J].工程機械,2015,36(6):47-50. [4]郭洪江.XGL50裝載機液壓系統(tǒng)熱平衡問題的研究[D].吉林大學,2014. [5]王劍鵬.50型輪式裝載機液壓系統(tǒng)熱平衡分析[D].2017. [6]劉少輝.某型裝載機液壓系統(tǒng)載荷譜的編制[D].集美大學,2019. [7]司癸卯,雷福偉.裝載機液壓系統(tǒng)遠程服務專家系統(tǒng)研究[J].液壓與氣動,2016(9):56

42、-58. [8]李洪元,鐘煒華,吳曉明.一種新型多級壓力源裝載機液壓系統(tǒng)仿真研究[J].液壓與氣動,2018,326(10):101-105. [9]曹洵鋮,彭曦樂,全家民.一種裝載機液壓系統(tǒng)體外循環(huán)過濾裝置[J].工程機械,2015,36(6):47-50. [10]吳國梁[1].淺析幾種常見的裝載機液壓系統(tǒng)[J].內(nèi)燃機與配件,2019,000(002):P.59-60. [11]劉銀丁,戚鵬偉,王雷.基于FluidSIM的裝載機液壓系統(tǒng)設計及分析[J].裝備制造技術,2018(5). [12]羅劍.輪式裝載機工作裝置液壓系統(tǒng)的仿真分析[J].國外電子測量技術,2019(5):6

43、2-64. [13]林泓凱.輪式裝載機工作液壓系統(tǒng)常見故障探析[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),2018(5X):169-169. [14]梁銀飛,龍尚成,龍廣全.LG856型裝載機鏟斗翻轉(zhuǎn)速度失控故障排查[J].工程機械與維修,2018(3):111-111. [15]李珊珊,劉碩,董利超.某型發(fā)動機罩液壓舉升機構的應用[J].內(nèi)燃機與配件,2019(14). [16]朱艷平,張安民,丁平芳,etal.裝載機動臂下降緩慢的原因及改進過程[J].工程機械與維修,2018(3). []7]張建,冀宏,蔡錚,etal.裝載機定變量液壓系統(tǒng)工作原理與節(jié)能分析[J].液壓與氣動,2018(1):9-

44、16. [18]冀宏,張建,蔡錚,etal.裝載機定變量式工作液壓系統(tǒng)動態(tài)特性與能耗分析[J].蘭州理工大學學報,2019(3):46-50. [19]徐禮超,李煒,秦超,etal.裝載機發(fā)動機輸出功率分配特性的試驗研究[J].機械設計與制造,2018(7):66-69. [20]牛德山.小松WA470-3型裝載機行駛異常故障排查[J].工程機械與維修,2018(4). [21]王小龍.凱斯TR320型履帶式滑移裝載機[J].工程機械與維修,2018(3). [22]姜煒,王濤,譚艷輝,etal.裝載機手柄轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究和應用[J].內(nèi)燃機與配件,2018(11). [23]張乃健.裝載機電氣系統(tǒng)設計簡要分析[J].中國設備工程,2018(12).