小型液压挖掘机的节能设计

1、 小型液压挖掘机的节能设计Energy saving design of mini-excavator夏兆沂，刘崇XIA Zhao-xi，LIU Chong（山东临工工程机械有限公司，山东临沂）摘要介绍了小型液压挖掘机的整机设计性能与系统组成，主要从柴油机工作模式、转速感应控制说明节能原理，并从闭中心力士乐系统工作原理进行说明，分析该液压系统使用效率，介绍整机其它系统的组成情况。液压挖掘机；节能控制；液压系统关键词近年来，我国国产液压挖掘机快速发展，技术水平不断提高，为增强产品竞争力，我们开发了节能型小型液压挖掘机。其整机操作质量，铲斗标准容量。该机使用基于功率匹配的发动机、泵、阀联合控制节能

2、技术，能够节约资源，降低产品故障，提高产品使用寿命，也为用户节约了使用成本。用柴油机功率，根据挖掘机作业情况与柴油机特性，对柴油机功率分级，设置模式控制、转速控制和自动怠速控制。1.1模式控制在柴油机调速特性中，如图，最大扭矩、最低比油耗和额定功率点转速不重合。按挖掘机作业情况，将其分为三级功率模式：重负荷（额定功率）、标准作业（经济油耗为主，额定功率）、轻载作业（低油耗，额定功率），各模式对油门进行初步定位，通过变量泵功率调节弹簧实现恒功率控制。柴油机在稳定的功率负载下受外载荷变化影响小，工作性能稳定，容易按照作业情况实现功率匹配，完成节能要求。1发动机节能控制系统发动机选用日本洋马的型机械

3、全程调速式柴油机，额定功率，燃油消耗率。挖掘机作业复杂，工况不同，如挖掘土壤，破碎岩石或平整作业，需要功率不同；同一工作循环中挖掘、提升、空载返回时负荷不同需用功率也不同，靠操作者进行瞬时油门控制易造成疲劳，而固定在大油门状态，则造成发动机输出功率富余，油耗高，不利于节能。为充分利图1小型挖掘机外观图2柴油机调速特性曲线（） 柴油机输出功率依靠电液比例减压阀控制变量泵排量实现，为充分利用柴油机的功率，可设定变量泵最大吸收功率高于柴油机输出功率。柴油机经转速感应与变量泵控制，当负荷增大柴油机转速下降，传感器感应柴油机下降转速，反馈到控制器，控制器输出电流信号到电液比例减压阀，减小变量泵斜盘角度，

4、流量降低，输出功率下降，转速提高，泵的实际吸收功率不大于柴油机输出功率，不会造成超载熄火现象，提高了柴油机功率利用率。1.2转速控制转速控制由转速旋钮、控制器、转速传感器、直流伺服电机、油门执行机构和油门位移传感器组成，完成发动机功率控制。柴油机扭矩特性曲线平，而挖掘机负荷不稳，低频波动时，转速会发生较大变化，柴油机工况变差，造成油耗上升。设置转速控制进行电子油门控制时，当负荷增加，发动机转速下降时，传感器感应下降转速，控制器输出信号控制直流伺服电机增大油门，转速上升稳定，输出功率增大，适应外负荷，同样有效提高柴油机功率利用率。1.3自动怠速通过对先导操纵的压力进行感应，挖掘机进入待机状况不作

5、业时，操纵手柄无动作后，油门自动调整进入怠速，实现低转速低油耗。先导手柄动作后油门进入上次设定位置。也可手动直接进入怠速。在以上几种柴油机功率控制方式的联合作用下，柴油机输出功率得到较高的利用，柴油机工况稳定，能够有效节能。图3液压系统简图流阀回油箱，由于执行器无动作，先导压力为，溢流压力为弹簧调定的较小压力，功率损失为溢流损失，因流量与溢流压力都小，因此功率损失小。2.2控制原理与效率计算多路阀并联，由于挖掘机执行器多，作业存在复合动作，如行走、满斗提升回转等。如不进行控制液压油将先流向压力低的执行器，负荷大的执行器动作变慢或停止，因此流量需要合理分配，系统中采用负荷传感压力补偿控制，如图。

6、各执行器的最高负荷压力被梭阀选出后传递到图4负荷传感压力补偿原理各压力补偿阀与变量泵排量控制的负荷传感阀中。各压力补偿阀设定开启压力相同，因此最高压力P L 控制的各多路换向阀节流口后的压力P 与P 相等，变量泵出口压力P 在负荷传感阀对排量控制的作用下比P L 高出一个固定值，因此在各节流口的压力差：P P 节流口流量计算公式为：2节能液压系统2.1闭中心系统力士乐液压系统为闭中心控制系统，换向阀无中位回油路，如图所示，当各油缸、马达等执行器无动作时，变量泵排量降到最低，提供系统较小的泄漏量即可，其余通过先导溢（） Q 式中C 流量系数；A 节流口面积；P 节流口压力差；液压油密度。在C 、

7、P 、参数一定的情况下，流量只与节流口面积有关，与各执行器外负载压力无关。因此液压油将按照各操纵滑阀的开度向各执行器按比例分配，而不会先流向压力低的执行器，同时泵排出液压油全部流向执行器，无旁路回油，操纵精度更高，P 可通过手动调整，在滑阀开度一定的情况下能够改变流量大小，更好地实现挖掘机作业速度调整，有利于作业控制。各执行器单一或复合动作时的功率损耗为多路阀节流压力差P 造成，总流量为Q ，假定为复合动作，任意两执行器的流量为Q 、Q ，工作压力为P 、P ，则其效率为N 有效功率P Q P Q N 总功率（P P ）Q （P P ）Q 因为P P 所以P （P P ）节流压力差P 通过比例

8、电磁铁控制，一般设为系统压力的，所以系统效率非常高，在以上。因此整个液压系统能够很好地实现发动机输出功率的利用，实现节能。图5工作装置和车架有限元分析，对于钢板，拉伸强度，安全系数为左右。驾驶操纵豪华舒适，空间宽敞、视野广阔。前窗玻璃可升起。座椅可全方位调整。操作力小，大大减轻工作疲劳。左手柄操纵台可抬高锁定，方便驾驶员出入驾驶室，操纵台下降到原位置前，操作先导手柄将不产生任何作用，以保证安全。履带式行走系统，可选橡胶履带或钢履带，接地比压小，适合对路面要求高的地面施工，双速行驶系统可根据作业情况进行高低速切换，提高了挖掘机效率，提高机动性能。总之，小型全液压挖掘机在成本得到合理控制的情况下，采用了各种先进应用技术，做成了国产小型挖掘机中的高端代表，做到了美观、舒适、可靠与节能，在广阔的市场前景下具备了很强的市场竞争力。参考文献孔德文，赵克利液压挖掘机北京：化学工业出版社，曹善华单斗液压挖掘机上海：同济大学，3整机工作平台整机平台为流线型小回转型式。为提高整机质量、舒适性与可靠性，对其进行了工业造型、仿真、有限元优化等先进设计，力求实现大挖掘力下整机具备质量最小，稳定性高，可靠性好的特点。车架采用箱体与框架结构，以有利于传递受力为主。上架工型梁、下架架、履带盒采用整体焊接，具有高强度高抗变形能