挖掘機(jī)電液流量匹配控制系統(tǒng)特性研究.pdf

1、液壓控制系統(tǒng)是挖掘機(jī)的重要組成部分，其性能好壞直接關(guān)系到整機(jī)的操控性和節(jié)能性。傳統(tǒng)負(fù)載敏感系統(tǒng)通過最高負(fù)載壓力反饋實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力閉環(huán)控制，滿足系統(tǒng)所需的流量和壓力要求。而電液流量匹配控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制的方式，在控制電比例泵輸出系統(tǒng)所需流量的同時(shí)控制電比例閥動(dòng)作，且不需要預(yù)設(shè)泵與最高負(fù)載之間的壓力裕度。該開環(huán)控制方式提高了系統(tǒng)的柔性，增加了系統(tǒng)的控制自由度，使挖掘機(jī)的操控性和節(jié)能性進(jìn)一步提升成為可能。電比例泵和電比例閥之間的流量匹配控制

2、方法及其在工程機(jī)械中的應(yīng)用，是電液流量匹配控制系統(tǒng)的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。本論文以典型負(fù)載敏感系統(tǒng)作參照對比，研究電液流量匹配控制系統(tǒng)的流量匹配控制方法和特性，并將電液流量匹配控制系統(tǒng)應(yīng)用于2噸挖掘機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，選題具有廣泛的工程應(yīng)用背景和重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值。
　　 本文提出一種基于壓力流量的復(fù)合控制方法，基于該方法的閥前補(bǔ)償多路閥電液流量匹配控制系統(tǒng)融合了電液負(fù)載敏感系統(tǒng)電反饋壓力閉環(huán)控制和普通電液流量匹配控制系統(tǒng)流量開環(huán)控制的優(yōu)勢，

3、可根據(jù)不同工況實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力閉環(huán)控制和流量開環(huán)控制的切換。當(dāng)系統(tǒng)過流匹配時(shí)，電液流量匹配控制系統(tǒng)選用壓力閉環(huán)控制方式，否則選用開環(huán)控制方式。該控制方法解決了基于閥前補(bǔ)償多路閥的電液流量匹配控制系統(tǒng)過流引起的系統(tǒng)溢流與能耗問題，并有效抑制了執(zhí)行機(jī)構(gòu)瞬間停止或切換產(chǎn)生的壓力沖擊。典型挖掘工況試驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)負(fù)載敏感系統(tǒng)相比，采用壓力流量復(fù)合控制方法的電液流量匹配控制系統(tǒng)節(jié)能達(dá)10％，工作效率提高10％。本文研制了挖掘機(jī)電液流量匹配控制系統(tǒng)試驗(yàn)

4、樣機(jī)，建立了基于AMESim和Adams軟件的相應(yīng)虛擬樣機(jī)軟件平臺(tái)。提出了一種基于旁路流量卸荷閥的流量控制方法，采用該方法的閥前補(bǔ)償多路閥電液流量匹配控制系統(tǒng)在系統(tǒng)過流時(shí)，旁路流量卸荷閥開啟卸荷過多流量，有效解決了系統(tǒng)溢流與能耗問題。與傳統(tǒng)負(fù)載敏感系統(tǒng)相比，帶旁路流量卸荷閥的電液流量匹配控制系統(tǒng)穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，壓力裕度減小0.6～0.7MPa，階躍動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間縮短0.5s左右。另外，針對基于LUDV(德語：LastdruckUnabha

5、ngige Durchfluss Verteilung；中文：負(fù)載獨(dú)立流量分配)多路閥的電液流量匹配控制系統(tǒng)，提出了一種改進(jìn)節(jié)能性的控制方法，該方法使最大流量需求執(zhí)行機(jī)構(gòu)對應(yīng)的控制閥口全開，同時(shí)使其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制閥口開度根據(jù)操控指令按比例增大，從而降低閥口的壓力損失。典型挖掘工況試驗(yàn)結(jié)果表明，與LUDV負(fù)載敏感系統(tǒng)相比，采用該控制方法的電液流量匹配控制系統(tǒng)壓力裕度降低了約0.8～1MPa，節(jié)能達(dá)到12％。本論文研究成果為應(yīng)用電液流量匹

6、配控制技術(shù)改善挖掘機(jī)等工程機(jī)械的操控性和節(jié)能性提供了理論支撐和工程應(yīng)用示范。
　　 論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 第一章，介紹了現(xiàn)有挖掘機(jī)典型液壓控制系統(tǒng)的原理及特性，并由此引出了新型液壓控制系統(tǒng)--電液流量匹配控制系統(tǒng)；闡述了電液流量匹配控制系統(tǒng)的研究背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了本課題的研究目的和意義，概述了本論文的主要研究內(nèi)容。
　　 第二章，分析了基于閥前補(bǔ)償多路閥的電液流量匹配控制系統(tǒng)原理及特性，研制了

7、挖掘機(jī)綜合試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)樣機(jī)，建立了虛擬樣機(jī)聯(lián)合仿真模型，對比研究了系統(tǒng)的響應(yīng)、節(jié)能和穩(wěn)定性能。重點(diǎn)解決了系統(tǒng)的流量飽和和過流匹配控制問題，設(shè)計(jì)了抗流量飽和控制器，提出了壓力流量的復(fù)合控制方法。
　　 第三章，闡述了帶旁路流量卸荷閥的閥前補(bǔ)償多路閥電液流量匹配控制系統(tǒng)原理及特性，研究了不同流量匹配關(guān)系對挖掘機(jī)控制特性和系統(tǒng)能耗的影響。試驗(yàn)分析流量飽和工況系統(tǒng)的控制特性，并設(shè)計(jì)抗流量飽和流量分配器。對比分析了帶旁路流量卸荷閥的電液

8、流量匹配控制系統(tǒng)與負(fù)載敏感系統(tǒng)的響應(yīng)性、節(jié)能性和穩(wěn)定性。
　　 第四章，分析了電液流量匹配控制系統(tǒng)的流量誤差因素及其影響。試驗(yàn)研究了系統(tǒng)負(fù)載壓力對電比例泵流量特性的影響，并采取了基于壓力特性的開環(huán)流量補(bǔ)償方法，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)表對系統(tǒng)流量進(jìn)行線性插值補(bǔ)償。為適應(yīng)高精度系統(tǒng)和工況要求，提出基于油缸速度的間接流量閉環(huán)控制方法，并對挖掘機(jī)單執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作和復(fù)合動(dòng)作進(jìn)行變負(fù)載、變速度工況特性試驗(yàn)研究。
　　 第五章，分析了LUDV多路