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挖掘機的控制系統

科技 更新时间:2024-08-03 12:18:05

挖掘機行業,屬于在工程機械行業中十分重要的版塊,而其中小型挖掘機,在整個挖掘機版塊占比約60%,所以成為了各大主機廠的業務重點。對于市場上應用于小型挖掘機的液壓系統方案,簡單講可以分為兩種:負載敏感系統和節流系統。在不同的噸位下,其各自的市場占比也有些差異,而在主要的銷售噸位5到10噸之間,負載敏感系統為主流系統。負載敏感系統中也分為閥前,閥後,以及回油補償等不同類型。閥後補償的負載敏感系統的典型代表就是力士樂的LUDV技術,主要産品為SX/RS 系列,其在全球市場上有了二十多年的應用經驗。

挖掘機的控制系統(挖掘機和起重機上目前應用的最前沿的LUDV系統淺析)1

對于力士樂的LUDV系統的工作原理,最主要的問題就是如何實現流量的分配與負載無關以及如何實現按系統的需求提供流量。

挖掘機的控制系統(挖掘機和起重機上目前應用的最前沿的LUDV系統淺析)2

如何實現流量的分配與負載無關

分析之前,我們先做個假設:1)兩個工作裝置,工作壓力分别為P1,P2,其中P1 > P2。

2)對應于兩個工作裝置的閥芯開口面積分别為A1,A2。在具體的工作中,可分為以下幾個過程:

1)反饋負載壓力至泵端:不同的工作壓力,通過閥内的梭閥,選擇較大的壓力,一路通過LS(負載感應)油道反饋回主泵,另一路直接反饋到補償器的上端。即圖中的P2,200bar 壓力信号。

2)調整主泵出口壓力:主泵根據LS反饋口的壓力,通過流量調節閥的作用(下面會詳述),改變主泵擺角,輸出高于反饋壓力一定壓差(事先在主泵上的設定值,20bar)的出口壓力,即圖中的220bar壓力。

3)低壓側補償:由于低壓側補償器的兩端存在壓差,補償器上端為反饋的高壓200bar,下端連通工作管路,為100bar。所以補償器會逐漸關閉,減少開口面積,直到通過補償器開口的壓損到100bar,即補償器下端壓力達到200bar。所以,此時通過閥芯開口A1,A2的壓差均為20bar,不受負載大小的影響,而根據流量計算公式,通過一定的開口的流量取決于開口兩端的壓差和開口面積。在開口面積相同的情況下,即使工作壓力不同,其通過主閥閥芯的流量也相同,所以我們可以認為流量的分配與負載無關。

挖掘機的控制系統(挖掘機和起重機上目前應用的最前沿的LUDV系統淺析)3

如何實現按系統的需求提供流量

其起主要作用的就是圖中主泵上的FR閥,即流量調節閥。分兩種情況來闡述整個變量過程:

1)當流量不夠的時候:主閥閥芯開口兩端的壓差低于主泵FR閥的設定壓力,FR閥工作在右位, 控制主泵擺角的柱塞缸的壓力腔與回油相通,在彈簧力的作用下,主泵往為20bar,不受負載大小的影響,而根據流量計算公式,通過一定的開口的流量取決于開口兩端的壓差和開口面積。在開口面積相同的情況下,即使工作壓力不同,其通過主閥閥芯的流量也相同,所以我們可以認為流量的分配與負載無關。大擺角擺動,增加輸出流量,同時主泵出口壓力也會随之上升,直至通過主閥閥芯開口兩端的壓差與主泵FR閥的設定壓力相當的時候,處于穩定工作狀态。

2)當流量過多的時候:主閥閥芯開口兩端的壓差高于主泵FR閥的設定壓力,FR閥工作在左位, 控制主泵擺角的柱塞缸的壓力腔與高壓油相通,以上所有分析,均是基于最理想的狀況,在在高壓油的作用下,主泵往小擺角擺動,減小輸出流量,同時主泵出口壓力也會随之下降,直至通過主閥閥芯開口兩端的壓差與主泵FR閥的設定壓力相當的時候,處于穩定工作狀态。

實際工作過程中,主泵擺角的變化,流量随開口面積的變化,以及在不同負載間的流量分配,要複雜得多。但是相對于節流系統,其流量分配的特點使其操控的舒适性要更優一些,所以在全球市場有了大範圍的應用和客戶的認可。

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