大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究

【摘要】大型液压挖掘机是各种大规模露天矿山开采及大型基础建设中广泛使用的工程机械设备,而我国大型液压挖掘机的发展相对落后,与国外相比还有很大差距,国内大型液压挖掘机的发展尚处于起步阶段,目前只有少数厂家可以生产100t以上的液压挖掘机,而国外目前液压挖掘机的机重已达到1000t以上,本文在山西省科技攻关项目“特大型矿用液压挖掘机节能原理及能量效率研究”(20100321025-02)的资助下,对国内目前最大的装机质量达270t的大型液压挖掘机的研究,对国内今后进一步研制更大的液压挖掘机有重要的意义。在270t大型液压挖掘机的研制中,为了能够制定出正确的液压控制方案及选择合适的系统控制参数,对液压挖掘机的挖掘阻力进行了分析计算,建立了液压挖掘机的数学模型,通过所建立的数学模型,对液压挖掘机的平推工况进行了分析计算,对挖掘机斗杆挖掘工况及铲斗挖掘工况的挖掘力进行了分析；采用ADAMS与AMESim两种软件,利用这两种软件各自的优势,对液压挖掘机的工作过程进行了机电液一体化的联合仿真,对液压挖掘机动臂、斗杆、铲斗及开斗液压缸的工作压力、消耗功率及运动速度等参数的变化过程进行了仿真研究,对液压挖掘机工作过程中有关参数的分析计算及计算机仿真研究,为270t大型液压液压挖掘机的研制提供了理论依据。在挖掘机液压控制系统中,采用了多泵供油方式,为了合理分配流量,提高挖掘机的工作效率,动臂、斗杆、铲斗、开斗及行走装置的液压执行机构采用四台主工作泵供油,每台主工作泵通过一组多路阀控制液压执行机构,再通过阀外合流的方式满足这些执行机构单独及复合动作时的速度要求。针对大型液压挖掘机工作过程中能量消耗多,发热量大的问题,在挖掘机液压控制系统中,采用变量泵和比例多路阀结合的方式控制液压执行机构的运动速度,通过正流量控制实现液压泵和多路阀的供需平衡,同时在液压系统中,主工作泵可以实现变功率控制,以适应挖掘机不同工况的要求；此外,为降低挖掘机的使用成本高,270t液压挖掘机的液压控制系统采用电力作为动力源,由交流电动机驱动液压泵组工作。针对动臂和斗杆下降时,由于大型液压挖掘机的机械构件重量重、惯性非常大,导致下降结束阶段压力冲击大、下降速度慢、工作效率低、操作性差的问题,提出动臂和斗杆下降时采用比例再生阀,用流量再生回路实现能量回收,减小压力冲击,加快下降速度,提高挖掘机的操作性能,同时由于下降时无需液压泵供油,提高了液压挖掘机的工作效率,起到了节能的效果,并分析了斗杆采用流量再生回路下降的条件。在制造厂内和液压挖掘机使用的露天煤矿现场,对挖掘机进行了试验研究,对液压挖掘机的工作性能进行了验证,测试了液压挖掘机动臂、斗杆、铲斗及开斗液压缸单动及复合动作时的压力变化,测试了动臂、斗杆分别采用主控阀回路和流量再生回路下降时的压力变化情况及下降所用时间,结果表明,挖掘机加载最大试验负载25t时,所设计的液压控制系统可以完全满足动臂、斗杆、铲斗及开斗加载动作时所需要的压力及速度要求,动臂和斗杆下降采用流量再生回路后,速度明显加快,下降压力更平稳,且下降结束阶段无明显液压冲击。通过试验,验证了挖掘机液压控制方案的正确性,也为国内今后设计和制造更大型的液压挖掘机积累了数据和经验。
【作者】王永进；
【导师】权龙；
【作者基本信息】太原理工大学，机械电子工程，2014，博士
【关键词】液压挖掘机；液压控制系统；流量再生回路；ADAMS-AMESim联合仿真；挖掘机工作装置；

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