設(shè)計(jì)開發(fā)小型液壓挖掘機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)Ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｍｉｎｉ－ｅｘｃａｖａｔｏｒ夏兆沂，劉崇ＸＩＡＺｈａｏ－ｘｉ，ＬＩＵＣｈｏｎｇ（山東臨工工程機(jī)械有限公司，山東臨沂２７６０２３）【摘要】介紹了ＬＧ６６０－７小型液壓挖掘機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)性能與系統(tǒng)組成，主要從柴油機(jī)工作模式、轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制說明節(jié)能原理，并從閉中心ＬｕＤＶ力士樂系統(tǒng)工作原理進(jìn)行說明，分析該液壓系統(tǒng)使用效率，介紹整機(jī)其它系統(tǒng)的組成情況。【關(guān)鍵詞】液壓挖掘機(jī)；節(jié)能控制；液壓系統(tǒng)近年來，我國國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)快速發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，為增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力，我們開發(fā)了節(jié)能型小型液壓挖掘機(jī)ＬＧ６６０－７。其整機(jī)操作質(zhì)量５８００ｋｇ，鏟斗標(biāo)準(zhǔn)容量０．２４ｍ３０該機(jī)使用基于功率匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、閥聯(lián)合控制節(jié)能技術(shù)，能夠節(jié)約資源，降低產(chǎn)品故障，提高產(chǎn)品使用壽命，也為用戶節(jié)約了使用成本。１發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)選用日本洋馬的４ＴＮＶ９４Ｌ型機(jī)械全程調(diào)速式柴油機(jī)，額定功率３９ｋＷ，燃油消耗率２３ｌｇ／ｋＷｈ。挖掘機(jī)作業(yè)復(fù)雜，工況不同，如挖掘土壤，破碎巖石或平整作業(yè)，需要功率不同；同一工作循環(huán)中挖掘、提升、空載返回時(shí)負(fù)荷不同需用功率也不同，靠操作者進(jìn)行瞬時(shí)油門控制易造成疲勞，而固定在大油門狀態(tài)，則造成發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率富余，油耗高，不利于節(jié)能。為充分利５６圖１ＬＧ６６０－７小型挖掘機(jī)外觀ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＭＥＣＨＡＮＩＺＡＴＩＯＮ用柴油機(jī)功率，根據(jù)挖掘機(jī)作業(yè)情況與柴油機(jī)特性，對(duì)柴油機(jī)功率分級(jí)，設(shè)置模式控制、轉(zhuǎn)速控制和自動(dòng)怠速控制。１．１模式控制在４ＴＮＶ９４Ｌ柴油機(jī)調(diào)速特性中，如圖２，最大扭矩，最低比油耗和額定功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速不重合。按挖掘機(jī)作業(yè)情況，將其分為三級(jí)功率模式：重負(fù)荷（額定功率），標(biāo)準(zhǔn)作、世（經(jīng)濟(jì)油耗為主，８０％～８５％額定功率）、輕載作業(yè)（低油耗，６５％～７０％額定功率），各模式對(duì)油門進(jìn)行初步定位，通過變量泵功率調(diào)節(jié)彈簧實(shí)現(xiàn)恒功率控制。柴油機(jī)在穩(wěn)定的功率負(fù)載下受外載荷變化影響小，工作性能穩(wěn)定，容易按照作業(yè)情況實(shí)現(xiàn)功率匹配，完成節(jié)能要求。豢蓑耗鎏一ｌ一｝！卜、≤：：…撾矩一｝ｆ｛……－ｉ｛ｉ—爭—≤ｆ堋｝……ｉｌＶ¨＋……！Ｕｌ｜匡…差～糕三；！——?一－■Ｉ＇三ｉ：；；ｊ善岳睪霉ｌ｜鼯謄…ｚ呼７｛｛ｉ｜－－弋＋…～蘭車…一皇…獸一離竭鯔習(xí)：：：擘：：ｊ…一＿｝……．｝－……卜…一｝……｛……｛…一｛……｝……．圖２柴油機(jī)調(diào)速特性ｆＨｌ線功蜜萬方數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)開發(fā)柴油機(jī)輸出功率依靠電液比例減壓閥控制變量泵排量實(shí)現(xiàn)，為充分利用柴油機(jī)的功率，可設(shè)定變量泵最大吸收功率高于柴油機(jī)輸出功率。柴油機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)速感應(yīng)與變量泵控制，當(dāng)負(fù)荷增大柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，傳感器感應(yīng)柴油機(jī)下降轉(zhuǎn)速，反饋到控制器，控制器輸出電流信號(hào)到電液比例減壓閥，減小變量泵斜盤角度，流量降低，輸出功率下降，轉(zhuǎn)速提高，泵的實(shí)際吸收功率不大于柴油機(jī)輸出功率，不會(huì)造成超載熄火現(xiàn)象，提高了柴油機(jī)功率利用率。１．２轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制由轉(zhuǎn)速旋鈕、控制器、轉(zhuǎn)速傳感器、直流伺服電機(jī)、油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)和油門位移傳感器組成，完成發(fā)動(dòng)機(jī)功率控制。柴油機(jī)扭矩特性曲線平，而挖掘機(jī)負(fù)荷不穩(wěn)，低頻波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生較大變化，柴油機(jī)工況變差，造成油耗上升。設(shè)置轉(zhuǎn)速控制進(jìn)行電子油門控制時(shí)，當(dāng)負(fù)荷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，傳感器感應(yīng)下降轉(zhuǎn)速，控制器輸出信號(hào)控制直流伺服電機(jī)增大油門，轉(zhuǎn)速上升穩(wěn)定，輸出功率增大，適應(yīng)外負(fù)荷，同樣有效提高柴油機(jī)功率利用率。１．３自動(dòng)怠速通過對(duì)先導(dǎo)操縱的壓力進(jìn)行感應(yīng)，挖掘機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀況不作業(yè)時(shí)，操縱手柄無動(dòng)作后５ｓ，油門自動(dòng)調(diào)整進(jìn)入怠速，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速低油耗。先導(dǎo)手柄動(dòng)作后油門進(jìn)入上次設(shè)定位置。也可手動(dòng)直接進(jìn)入怠速。在以上幾種柴油機(jī)功率控制方式的聯(lián)合作用下，柴油機(jī)輸出功率得到較高的利用，柴油機(jī)工況穩(wěn)定，能夠有效節(jié)能。２ＬＵＤＶ節(jié)能液壓系統(tǒng)２．１閉中心系統(tǒng)力士樂ＬＵＤＶ液壓系統(tǒng)為閉中心控制系統(tǒng)，換向閥無中位回油路，如圖３所示，當(dāng)各油缸、馬達(dá)等執(zhí)行器無動(dòng)作時(shí)，變量泵排量降到最低，提供系統(tǒng)較小的泄漏量即可，其余通過先導(dǎo)溢圖３液壓系統(tǒng)簡圖流閥回油箱，由于執(zhí)行器無動(dòng)作，先導(dǎo)壓力為０，溢流壓力為彈簧調(diào)定的較小壓力，功率損失為溢流損失，因流量與溢流壓力都小，因此功率損失爿、。２．２控制原理與效率計(jì)算多路閥并聯(lián)，由于挖掘機(jī)執(zhí)行器多，作業(yè)存在復(fù)合動(dòng)作，如行走，滿斗提升回轉(zhuǎn)等。如不進(jìn)行控制液壓油將先流向壓力低的執(zhí)行器，負(fù)荷大的執(zhí)行器動(dòng)作變慢或停止，因此流量需要合理分配，ＬＵＤＶ系統(tǒng)中采用負(fù)荷傳感壓力補(bǔ)償控制，如圖４。各執(zhí)行器的最高負(fù)荷壓力被梭閥選出后傳遞到圖４負(fù)荷傳感壓力補(bǔ)償原理補(bǔ)各壓力補(bǔ)償閥與變量泵排量控制的負(fù)荷傳感閥中。各壓力補(bǔ)償閥設(shè)定開啟壓力相同，因此最高壓力Ｐｔ控制的各多路換向閥節(jié)流口后的壓力尸，與Ｐｚ相等，變量泵出口壓力Ｐ在負(fù)荷傳感閥對(duì)排量控制的作用下比Ｐｃ高出一個(gè)固定值，因此在各節(jié)流口的壓力差：ＡＰｌ＝ＡＰ２節(jié)流口流量計(jì)算公式為：建筑機(jī)械化２∞９（１１）５７萬方數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)開發(fā)Ｑ２甜、／了／２△Ｐ式中ｃ——流量系數(shù)；Ａ——節(jié)流口面積；ＡＰ——節(jié)流口壓力差；Ｐ——液壓油密度。在Ｃ、ＡＰ、ｐ參數(shù)一定的情況下，流量只與節(jié)流ｎ面積有關(guān)，與各執(zhí)行器外負(fù)載壓力無關(guān)。因此液壓油將按照各操縱滑閥的開度向各執(zhí)行器按比例分配，而不會(huì)先流向壓力低的執(zhí)行器，同時(shí)泵排出液壓油全部流向執(zhí)行器，無旁路回油，操縱精度更高，ＡＰ可通過手動(dòng)調(diào)整，在滑閥開度一定的情況下能夠改變流量大小，更好地實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)作業(yè)速度調(diào)整，有利于作業(yè)控制。各執(zhí)行器單一或復(fù)合動(dòng)作時(shí)的功率損耗為多路閥節(jié)流壓力差ＡＰ造成，總流量為Ｑ，假定為復(fù)合動(dòng)作，任意兩執(zhí)行器的流量為Ｑ，、Ｑ：，工作壓力為Ｐ１、Ｐ２，則其效率為Ｎ有效功率ＰＬＱｌ＋ＰａＱ２吖Ⅳ總功率（ＰＩ＋△Ｐ）Ｑｌ＋（Ｐ２＋ＡＰ）Ｑ２因?yàn)椋校欤剑校菜裕颍剑校欤ǎ校保矗粒校┕?jié)流壓力差ｈａｔ＇通過比例電磁鐵控制，一般設(shè)為系統(tǒng)壓力的１％～５％，所以系統(tǒng)效率非常高，在９５％以上。因此整個(gè)液壓系統(tǒng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。３整機(jī)工作平臺(tái)整機(jī)平臺(tái)為流線型小回轉(zhuǎn)型式。為提高整機(jī)質(zhì)量、舒適性與可靠性，對(duì)其進(jìn)行了工業(yè)造型、仿真、有限元優(yōu)化等先進(jìn)設(shè)計(jì)，力求實(shí)現(xiàn)大挖掘力下整機(jī)具備質(zhì)量最小，穩(wěn)定性高，可靠性好的特點(diǎn)。車架采用箱體與框架結(jié)構(gòu)，以有利于傳遞受力為主。上架工型梁、下架Ｘ架、履帶盒采用整體焊接，具有高強(qiáng)度高抗變形能力。動(dòng)臂、斗桿、鏟斗關(guān)鍵位置使用高強(qiáng)度鋼板和耐磨板，重量輕、剛性高，有效提高了重載時(shí)的可靠性。為確保應(yīng)力合理，進(jìn)行有限元分析，如圖５為橫向挖掘達(dá)傾翻極限時(shí)的有限元應(yīng)力。最大應(yīng)力５８２００９（１Ｉ）ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＭＥＣＨＡＮＩＺＡＴＩＯＮ圖５工作裝置和車架有限元分析１８ｌＭＰａ，對(duì)于Ｑ３４５鋼板，拉伸強(qiáng)度４７０ＭＰａ～６３０ＭＰａ，安全系數(shù)為３左右。駕駛操縱豪華舒適，空間寬敞、視野廣闊。前窗玻璃可升起。座椅可全方位調(diào)整。操作力小，大大減輕工作疲勞。左手柄操縱臺(tái)可抬高鎖定，方便駕駛員出入駕駛室，操縱臺(tái)下降到原位置前，操作先導(dǎo)手柄將不產(chǎn)生任何作用，以保證安全。履帶式行走系統(tǒng)，可選橡膠履帶或鋼履帶，接地比壓小，適合對(duì)路面要求高的地面施工，雙速行駛系統(tǒng)可根據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行高低速切換，提高了挖掘機(jī)效率，提高機(jī)動(dòng)性能。總之，ＬＧ６６０—７小型全液壓挖掘機(jī)在成本得到合理控制的情況下，采用了各種先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)，做成了國產(chǎn)小型挖掘機(jī)中的高端代表，做到了美觀、舒適、可靠與節(jié)能，在廣闊的市場前景下具備了很強(qiáng)的市場競爭力。固［參考文獻(xiàn)】【ｌ】扎德文，趙克利．液壓挖掘機(jī)【Ｍ】．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２００７．［２】曹善華．單斗液壓挖掘機(jī)【Ｍ】．上海：同濟(jì)大學(xué)，２００１．【３】吳嘵建．液壓挖掘機(jī)功率控制節(jié)能技術(shù)研究［Ｄ】．巾南大學(xué)，２００５．（編輯吳學(xué)松）［中圖分類號(hào)］ＴＵ６２１［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］Ｂ［文章編號(hào)］１００１－１３６６（２００９）１１—００５６—０３［收稿日期］２００９－０８－２６萬方數(shù)據(jù)小型液壓挖掘機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)作者：夏兆沂，劉崇，XIAZhao-xi，LIUChong作者單位：山東臨工工程機(jī)械有限公司,山