挖掘机液压系统建模仿真及能耗分析

　　液压挖掘机作为一种经济、高效的土石方施工机械，在各种工程建设领域中发挥着重要作用。随着近年来石油价格的不断上涨，使挖掘机使用成本不断增加，再加上人们环保意识的提高，用户对挖掘机的环保性也提出了更高的要求，节能成为液压挖掘机研究的重点，国内外的挖掘机生产企业及研究院所都投入了大量的人力物力对挖掘机在作业过程中的能量消耗进行了深入研究^{[1 -4]}。本文以国内某公司生产的通用型负流量控制液压挖掘机为研究对象，基于多学科领域复杂系统建模与仿真分析平台AMEsim 软件建立该型挖掘机液压系统模型; 整机动力学模型采用目前最具权威的机械系统动力学仿真分析平台Adams 构建，利用AMEs-im 和Adams 进行联合仿真，对该型负流量控制液压挖掘机在作业过程中液压系统的能耗进行了较为深入的分析研究。

　　1 挖掘机负流量控制液压系统基本原理

　　负流量控制液压系统的主要特点是主泵排量与中位回油控制压力成反比，其各联换向阀均采用开中心结构，在中位油路经过换向阀后、回油箱前增加一个节流孔，根据节流孔入口的压力大小来调节主泵的排量。如图1 所示，P_i 为先导控制压力，当其作用在多路阀阀芯上，操纵主阀芯动作时，主泵流量Q_p 分为两部分，一部分流量Q_a 通过多路阀到执行元件做功，另一小部分Q_r 经主阀中心回油道返回油箱。在主阀回油道上有一个节流孔，在节流孔前引出一油路至液压泵变量机构，将节流孔上的流量Qr 的变化转化为油压PT 的变化，即可控制主泵流量。当P_i 减小，即主阀阀芯行程变小时，主阀回油量Q_r 变大，控制油路的油压PT 提高，液压泵的流量Q_p 减小，反之液压泵的流量Q_p 增大。当主阀处于中位时全部流量回油箱，施加在液压泵变量控制机构上的控制油压PT 最大，液压泵的流量Q_p 减至最小^{[5 -8]}。

　　2 通用型挖掘机液压系统原理及模型建立

　　该型液压挖掘机采用的是日本川崎公司K3V 系列主泵和KYB 公司生产的多路阀组成的双泵双回路负流量控制液压系统，其部分液压系统原理如图3 所示，两个泵P1，P2 组成交叉功率控制，泵排量变化受自身压力与另外一个泵的压力共同作用，泵1 的液压油向回转马达，动臂和斗杆油缸供油，泵2 的液压油向铲斗，动臂和斗杆油缸供油，因此动臂提升和斗杆内收外摆分别由双泵合流供油，此外，动臂下降，斗杆内收和铲斗内收都有再生油路，加快了动作速度。设置在多路阀中位回油通道上的负流量检测装置产生的反馈压力PS1 和PS2 分别作用在两个泵的控制柱塞上，影响泵的排量变化，构成整机的负流量控制液压系统。