WY1.5型挖掘機液壓控制系統(tǒng)的改進(jìn)

實現(xiàn)挖掘機的電液比例控制、液壓伺服控制及遠(yuǎn)程無線控制，可大大減輕駕駛員的重復(fù)操作勞動，把挖掘機駕駛員從傳統(tǒng)的杠桿操縱和惡劣的工作環(huán)境中解放出來?；谝陨纤枷?，把一臺WY1.5型液壓挖掘機杠桿操作系統(tǒng)改裝設(shè)計成電液比例控制的液壓系統(tǒng)，并基于E1型移動車輛控制器來實現(xiàn)對整車的控制。

1．WY1.5型挖掘機液壓系統(tǒng)

WY1.5型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)由油箱、三聯(lián)齒輪液壓泵(一個3mL/r、兩個8mL/r)、多路換向閥、溢流閥、節(jié)流閥、動臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、工作裝置偏轉(zhuǎn)液壓缸、推土鏟液壓缸、左右行走馬達(dá)、整機回轉(zhuǎn)馬達(dá)、散熱器和過濾器等組成。推土鏟供油由1個3mL/r的齒輪泵單獨完成，當(dāng)推土鏟不工作時，其高壓油直接返回油箱。在整機回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥后加裝一換向閥，實現(xiàn)整機回轉(zhuǎn)馬達(dá)和工作裝置偏轉(zhuǎn)液壓缸之間的油路切換控制。其余液壓系統(tǒng)為典型的雙泵、雙回路、中位回油、可合流系統(tǒng)。

2．電控液壓系統(tǒng)的改進(jìn)

(1)電液比例系統(tǒng)設(shè)計。為實現(xiàn)各機構(gòu)的電液比例控制，在不改變原有杠桿操縱系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上并聯(lián)一套電控系統(tǒng)。為安全起見，兩套系統(tǒng)設(shè)計成不能同時工作，在優(yōu)先級上在電控系統(tǒng)工作時杠桿操縱系統(tǒng)無法使用，而在電控系統(tǒng)停止工作時杠桿操縱自動恢復(fù)正常工作。如圖48所示，為實現(xiàn)此功能，選取兩位兩通的電磁換向閥1、2來實現(xiàn)高壓油在電控系統(tǒng)和杠桿操縱系統(tǒng)中的切換。電磁閥的控制基于軟件編程實現(xiàn)，其響應(yīng)時間、響應(yīng)速度均與操作者的熟練程度沒有關(guān)系，因此選用電磁換向閥3來實現(xiàn)整個系統(tǒng)不工作時的卸荷（回流）。電磁換向閥4用于系統(tǒng)的雙泵合流。原杠桿操縱系統(tǒng)在動臂提升時，發(fā)現(xiàn)有短暫下降，然后才正常提升的現(xiàn)象。究其原因，液壓系統(tǒng)不工作時所有換向閥處于中位回油位置，泵出口處壓力處于低壓狀態(tài)。當(dāng)要提升動臂時，換向閥切換到提升位置，這時泵出口與杠桿操縱閥之間的管路內(nèi)壓力仍處于低壓狀態(tài)，而動臂液壓缸下腔中的液壓油要支撐整個動臂、斗桿、鏟斗及其液壓缸的質(zhì)量，具有相當(dāng)?shù)膲毫?，所以在換向閥剛剛切換到提升位置時，動臂液壓缸下腔的液壓油要流向壓力低的管路系統(tǒng)，表現(xiàn)為動臂早期下降；隨著齒輪泵的工作，系統(tǒng)的壓力不斷升高，當(dāng)與動臂液壓缸下腔中的壓力相等時，動臂停止下降；此后，系統(tǒng)壓力逐漸高于動臂液壓缸下腔中的壓力．動臂開始提升。這個過程存在的時間很短，動臂下降的幅度也不大，但對挖掘機作業(yè)是一個不可忽視的安全隱患，所以在新的電控系統(tǒng)設(shè)計中加裝了液控單向閥5以保證動臂提升的安全準(zhǔn)確。其他控制系統(tǒng)的設(shè)計基本采用了原杠桿操縱系統(tǒng)的方案。其工作原理如圖48所示。

(2)液壓閥的選取。

1)換向閥的選取。電磁換向閥的滑閥機能如圖48所示，為O形換向閥。而控制各執(zhí)行機構(gòu)動作的直動式電磁比例閥只有通徑為6與10兩種型號可選擇。為減少液壓閥板的設(shè)計難度和加工費用，換向閥也在通徑6與10中選取。為減少因誤操作引起線圈燒毀的損失，選用濕式可更換線圈電磁鐵。與圖48中液壓泵匹配的L375柴油機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速小于650r/min，最高轉(zhuǎn)速為2650r/min，外特性曲線中的最低油耗點在1950r/min。單個齒輪泵的排量為8mL/r，可計算出換向閥1、2、3的流量都應(yīng)為5.2～21.2L/min，經(jīng)濟油耗流量為15.6L/min。換向閥4的流量是換向閥1、2、3的兩倍。根據(jù)6通徑、10通徑濕式可更換線圈電磁鐵換向閥的特性曲線，可以看出流動方向P→A、P→B，通徑6與10的換向閥在流量小于20L/min時，其壓降差別不大，均在0.1～0.2MPa之間；而在流量大于20L/min后，6通徑換向閥壓降隨流量的增加升高很快。故此換向閥1、2、3選用6通徑，即3WE6A-61B/CG24N9ZSL型換向閥；而換向閥4選用10通徑，即3WElOA-31B/CG24N925L型換向閥。

2)比例換向閥的選取。該挖掘機中六個執(zhí)行機構(gòu)（左行走、右行走、整機回轉(zhuǎn)馬達(dá)；動臂、斗桿、鏟斗液壓缸）的控制均采用比例換向閥，比例換向閥的機能如圖47所示的E型。由于電控挖掘機的鏟斗運動軌跡要做精確控制，所以動臂、斗桿、鏟斗液壓缸的控制選取帶閥心位置電氣反饋的4WRE型比例換向閥。左行走、右行走、整機回轉(zhuǎn)馬達(dá)采用普通型的4WRA型比例換向閥。因為單個泵的流量在5.2～21.2L/min之間，經(jīng)濟油耗流量為15.6L/min。結(jié)合液壓挖掘機的實際工作情況，行走時每個馬達(dá)基本由一個泵供油；整車回轉(zhuǎn)過程中具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，在停止回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的沖擊振動會對車輛回轉(zhuǎn)部件的使用壽命產(chǎn)生較大影響，故回轉(zhuǎn)速度不宜過大，即不宜采用雙泵合流。結(jié)合6通徑、10通徑4WRA型比例換向閥的流量、輸入值和閥壓降的特性曲線可知，在控制精度要求不高的情況下，6通徑、名義流量17L/min比例換向閥可滿足左行走、右行走及整機回轉(zhuǎn)馬達(dá)的要求，故選用4WRE6E20-10B/24N24/M型比例換向閥。由液壓挖掘機的實際工作情況可知，動臂、斗桿、鏟斗液壓缸的供油均存在雙泵合流工況，單泵供油時其控制閥的流量為5.2～21.4L/min，雙泵供油時其控制閥的流量為10.2～42.4L/min，對應(yīng)的經(jīng)濟油耗流量為15.6L/min或31.2L/min。結(jié)合分析6通徑與10通徑4WRE型比例換向閥的流量、輸入值和閥壓降的特性曲線，可以看到所有曲線都在其輸入值的30%～80%之間最為平直，線性程度好，易于實現(xiàn)精確控制，加之在實現(xiàn)挖掘機電液比例控制時希望在液壓閥進(jìn)出口的臺肩總壓降最小。結(jié)合以上數(shù)據(jù)與原則選取了10通徑、名義流量64L/min的比例換向閥，即4WRElOE64-10B/24ZA/M型比例換向閥。

該挖掘機實現(xiàn)了電液比例控制液壓系統(tǒng)的改造后，系統(tǒng)控制采用德國INTER

CONTROL公司的El型移動車輛控制器，開發(fā)軟件并調(diào)試成功，可近程有線遙控操作，也可按程序自動完成事先預(yù)定的動作，實現(xiàn)了原機杠桿操縱系統(tǒng)所能完成的全部功能，為實現(xiàn)挖掘機的遠(yuǎn)程遙控操作奠定了基礎(chǔ)。