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談挖掘機液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的思路

文檔作者：任鑫波文檔來源：晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月29日
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2013年12H
總第136期— —
應(yīng)用技術(shù)
談挖
機械管理開發(fā)
M ECHANICAL M ANAGEM ENT AND DEVELoPM ENT D ecem ber． 2013
Total of136
掘機液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的思路
任鑫波
(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西榆次030600)
【摘要】液壓挖掘機是最為重要和最具代表性的工程機械，被譽為“工程機械之王” ，現(xiàn)代化液壓挖掘機
功能強大、動作靈活、智能化，以至于重栽作業(yè)機器人的趨勢已十分明顯。然而，大量使用液壓挖掘機
所消耗的資源，以及施工產(chǎn)生的噪聲、粉塵等污染對環(huán)境造成了不容忽視的影響，環(huán)保水平已成為阻礙
其發(fā)展的瓶頸。因而，環(huán)保化、節(jié)能化與智能化是液壓挖掘機的發(fā)展趨勢。探討了挖掘機液壓系統(tǒng)節(jié)能
環(huán)保技術(shù)的新思路，具有現(xiàn)實意義。
【關(guān)鍵詞】液壓挖掘機；節(jié)能環(huán)保；變量泵
【中圖分類號】TU621 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1 003—773X(201 3)06—0056—02
引言
工程機械是建設(shè)施工機械的總稱，包括的范圍很廣，其
中，液壓挖掘機是最為重要和最具代表性的工程機械，被譽
為“工程機械之王” ，現(xiàn)代化液壓挖掘機功能強大、動作靈
活、智能化，以至于重載作業(yè)機器人的趨勢已十分明顯。然
而，大量使用液壓挖掘機所消耗的資源，以及施工產(chǎn)生的
噪聲、粉塵等污染對環(huán)境造成了不容忽視的影響，環(huán)保水
平已成為阻礙其發(fā)展的瓶頸。今后，液壓挖掘機的設(shè)計與
制造在實現(xiàn)智能化的同時，更要充分考慮環(huán)境保護。環(huán)保
化、節(jié)能化與智能化是液壓挖掘機的發(fā)展趨勢。
1 液壓挖掘機節(jié)能環(huán)保的發(fā)展
環(huán)境保護并不是新鮮事物，我國的環(huán)境保護事業(yè)從
1972年起就已經(jīng)起步。改革開放之初，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人對
于環(huán)保事業(yè)也很重視，還派人到西德等先進國家考察環(huán)境
保護。在工程機械領(lǐng)域，節(jié)能環(huán)保的一般方式是降低發(fā)動
機排放、減振、降噪．并提高液壓系統(tǒng)效率，液壓挖掘機
也是如此。
20世紀(jì)60年代，恒功率變量泵開始應(yīng)用于液壓挖掘機，
目的就在于充分利用柴油機功率，又不致使柴油機過載。從
那時起，恒功率控制原理被應(yīng)用于雙泵系統(tǒng)，在控制方式
上，則有全功率控制和分功率控制之分。雖然全功率液壓泵
在當(dāng)時屬先進技術(shù)，但因其結(jié)構(gòu)特點，不可避免地存在功率
【收稿日期】2013—10—24
[作者簡介】任鑫波(1984一)，男，漢族，山西汾陽人，工學(xué)
學(xué)士，畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，研究方向：液壓。
— S6一
損失， 目前已基本不再采用。
20世紀(jì)七八十年代， 日本率先推出正流量控制系統(tǒng)和負(fù)
流量控制系統(tǒng)，取得了較好的節(jié)能效果。正流量控制系統(tǒng)的
操縱手柄可同時控制兩個液壓缸，發(fā)出的先導(dǎo)液壓信號可同
時控制兩個六通多路閥，泵排量通過梭閥組選擇的最大先導(dǎo)
壓力來控制，就是說，正流量控制系統(tǒng)以容積調(diào)速替代了定
量系統(tǒng)中的節(jié)流調(diào)速，能有效減少旁路節(jié)流損失，比較先
進，但梭閥組還有待改進，不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也影
響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。日本日立建機株式會社生產(chǎn)的
EX400型液壓挖掘機、廣西玉柴工程機械有限公司生產(chǎn)的
WY20一YC型液壓機，應(yīng)用的都是這種正流量控制系統(tǒng)。負(fù)
流量控制系統(tǒng)在六通多路閥的旁路翻油路上安裝了流量檢測
控制裝置，使泵流量和旁路回油流量成負(fù)線性關(guān)系。因而可
以減少空流損失和節(jié)流損失，在節(jié)能方面起到了很好的效
果。}j本小松集團將該技術(shù)用于PC系列挖掘機，貴州詹陽機
械工業(yè)有限公司生產(chǎn)的JY320型履帶液壓挖掘機，應(yīng)用的也
是這種技術(shù)。
2O世紀(jì)9O年代以后，液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展更是突飛猛
進，負(fù)荷傳感控制技術(shù)?的成熟便是一個例證。該技術(shù)的亮
點在于，即使泵輸出流量不足，閥口上的負(fù)荷傳感壓差無法
維持正常水平，但在流量分配型壓力補償措施的作用 ，多
路閥閥口的壓羞仍然可以得到控制，保持同一個值。德國
Linde公司生產(chǎn)的vw系列同步閥、德國Rexro~_}司生產(chǎn)的
LUDV閥，是這種技術(shù)的典型代表。此外，韓國大宇公司、
日本小松集團也有同類產(chǎn)品。目前，我國在這方面的技術(shù)還
沒有達到自主的程度，只有合資企業(yè)才有生產(chǎn)此類產(chǎn)品，而
其核心技術(shù)則掌握在外方手中。因為負(fù)荷傳感控制技術(shù)的節(jié)
第6期(總第136期)
機械管理再發(fā)
M ECH A N ICAL M A N A GEM EN T A N D D EV ELo PM ENT
能效果良好，我國應(yīng)加大這一方面的研究投入。．
2 液壓挖掘機節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀
挖掘機的工作環(huán)境比較惡劣，要求實現(xiàn)的動作很復(fù)雜，
因而對液壓系統(tǒng)的設(shè)計也就提出了很高的要求。因此，對挖
掘機液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計已經(jīng)成為推動挖掘機技術(shù)發(fā)展的重
要環(huán)節(jié)。目前，挖掘機液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)一般采用變量泵控
制、電流比例控制及混合動力等模式。
2．1變量泵控制模式
挖掘機液壓系統(tǒng)的變量泵控制技術(shù)產(chǎn)生較早，也比較成
熟，應(yīng)用也比較廣泛。變量泵通過壓力感應(yīng)控制和容積調(diào)
速，可以有效地利用發(fā)動機功率，降低能耗，而且，該技術(shù)
可以適應(yīng)復(fù)雜工況的施工要求。變量泵的控制方式排量控
制、Ls負(fù)荷傳感控制和LUDV控制。
排量控制即對變量泵的排量進行直接控制，具體又分為
正流量控制和負(fù)流量控制。正流量控制系統(tǒng)以容積調(diào)速代替
節(jié)流調(diào)速，實現(xiàn)節(jié)能提效；負(fù)流量控制是一種負(fù)荷傳感系
統(tǒng)，可降低六通多路閥中產(chǎn)生的空流損失和節(jié)流損失。負(fù)荷
傳感控制技術(shù)可使變量泵的輸出壓力和流量自動適應(yīng)負(fù)載需
求，從而達到節(jié)能和提高效率的目的。LUDV控制技術(shù)可以
使節(jié)流環(huán)節(jié)的壓差保持在同一水平，即使變量泵的輸出流量
不足，溢流型壓力補償閥仍可保證多路閥閥口的壓差繼續(xù)保
持一致。這樣一來，雖然工作速度可能會降低，但由于各閥
口的壓差保持一致，挖掘機動作的準(zhǔn)確性和靈活性卻不受影
響，安全性能也得到了提升。
變量泵的三種控制方式各有所長，表1給出了這三種控
制方式的直觀對比。
表1 排量控制、Ls控制技術(shù)~,LUDV控制技術(shù)對比袁
相同點 不同點
排量控制 控制范圍受負(fù)載影響。存在
節(jié)流的溢流損失。
在流量充足的條件下．都可 艟制范圍與負(fù)載無關(guān)。節(jié)流
l LS控制技術(shù) 以根據(jù)需要調(diào)節(jié)變量泵的排 覘失減少，無溢漉損失．但
量 在排量飽和時多負(fù)載會相互
． 使負(fù)載按要求運行。 影響
。
} LUDV控制技術(shù) 流量飽和時．負(fù)載由開口面
積決定．流量按比例分配。
2．2 電噴控制模式
傳統(tǒng)機械式供油系統(tǒng)的燃油壓力由凸輪驅(qū)動柱塞產(chǎn)生，
供油量由柱塞(由調(diào)速器帶動)有效供油行程決定，供油正
時一般依靠提前器調(diào)整?？傮w來說，這一系統(tǒng)不能精確地控
制供油正時和供油量，在節(jié)能和環(huán)保方面已達不到要求。電
噴技術(shù)是替代機械式供油的新技術(shù)，具有很大優(yōu)勢。所謂電
噴，就是由計算機來精確控制柴油機燃油供給或噴射的技
術(shù)，即由汁算機根據(jù)轉(zhuǎn)速、加速踏板、溫度、進氣壓力等傳
感器的輸入信號，進行計算和修正，確定最佳噴油量。在液
壓挖掘機中使用柴油機電噴控制技術(shù)，可以使噴油泵的供油
2013年12月
量和噴油提前角不受轉(zhuǎn)速影響，使其一直保持最佳運行狀
態(tài)，油耗小、功率高?？傊谝簤和诰驒C中采用柴油機電
噴控制技術(shù)，是一項升級換代的智能化技術(shù)，代表著液壓挖
掘機節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。
2．3 智能化電液比例控制模式
隨著現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動系統(tǒng)的靈敏性、
穩(wěn)定性與可靠性要求愈來愈高。為了適應(yīng)節(jié)能環(huán)保、高自動
化、智能化的發(fā)展，將電氣控制技術(shù)應(yīng)用于液壓控制系統(tǒng)中，
成為一種有效的方案。習(xí)慣上，人們把使用比例控制組件(含
比例閥、比例控制泵及比例放大器)的液壓系統(tǒng)稱為電液比例
控制技術(shù)。該技術(shù)以微處理器為核心，將微機、自動化及通信
技術(shù)有機地融為—體，具有抗‘干擾能力強、可靠性高、控制靈
活、制造和維護費用低等優(yōu)點，提高了自動化、智能化、—體
化水平，廣受好評 。電液比例控制技術(shù)用于挖掘機，可以省
去數(shù)量繁多而又復(fù)雜的液壓信號傳道管路，用電信號傳遞液壓
參數(shù)，可以 、靈活。
我國在電液比例技術(shù)方面，生產(chǎn)和使用規(guī)模不斷擴大，
但與國際水平相比還有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系
列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，性能水平
較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究，應(yīng)著力
改進，迎頭趕上。
3 總結(jié)
當(dāng)前，一個國家的電液比例技術(shù)發(fā)展程度從一個側(cè)面反
映該國的液壓工業(yè)技術(shù)水平，因此發(fā)達國家都非常重視發(fā)展
此項技術(shù)，液壓挖掘機作為最為重要的工程機械，更應(yīng)予以
重視。前面介紹的幾種液壓挖掘機節(jié)能控制技術(shù)，并不是此
類技術(shù)的全部，人們對此技術(shù)的探索與研究并沒有停止。以
電能或壓力作為存儲方式的混合動力系統(tǒng)、現(xiàn)場總線和嵌入
式系統(tǒng)也是實現(xiàn)液壓挖掘機節(jié)能化、智能化的優(yōu)良技術(shù)。此
外，研發(fā)新型的節(jié)能液壓元件或系統(tǒng)(如自由活塞發(fā)動機、
液壓變壓器)，改變液壓油的物理性質(zhì)(如黏性指數(shù)高的多
級液壓油)，也是液壓挖掘機節(jié)能環(huán)保的有效方法。值得一
提的是，在實際應(yīng)用中，不同的節(jié)能技術(shù)可以結(jié)合起來使
用，從而起到更好的節(jié)能效果。
【參考文獻】
【11黃新年，張志生，陳忠強．負(fù)荷傳感技術(shù)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用
【刀，流體傳動與控制，2007(5)：28—30．
【2】高峰，馮培恩，潘雙夏．液壓挖掘機節(jié)能控裁U1．工程機械與
維修，2001(12)：40—43．
(編輯：趙婧)
(下轉(zhuǎn)第82頁)
一57—
第6期(總第136期)
機械管理開發(fā)
M ECH AN ICAL M A NA GEM EN T A N D D EVELo PM EN T
關(guān)停，確保煤礦的科學(xué)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。
4 總結(jié)
煤礦采空區(qū)的治理關(guān)系重大，是礦區(qū)的頭等大事。由于
歷史方面的原因，我國煤礦采空區(qū)的欠帳較多，治理滯后，
如果再繼續(xù)放任不管，當(dāng)?shù)V源枯竭，或煤炭行業(yè)遇冷，煤礦
采空區(qū)就可能面臨無力整治的窘境，因而采空區(qū)的治理要有
超前意識，堅持“老帳要還，新帳不欠”的思路，逐步加以
治理。
2013年l2月
【參考文獻】
? 郭建光與煤礦爭奪一張安穩(wěn)的床【N】沖國青年報，2013—
07—31(2)．
【21張金萍．采空區(qū)治理應(yīng)提前一訪 山西省第四地質(zhì)工程勘察
院院長賈志寧IN]．地勘導(dǎo)報，2008—06—19(3)．
【3]張國橋，周朋朋．煤矸石回填采空區(qū)的工藝方法及建議卟煤
炭加工與綜合利用，2009(4)：45-47．
(編輯：趙婿)
The Harm of W ork—‘out Section of Coal M ine and Scientific M anagem ent
SHEN Rui-bin
(Shanxi Liliu Coking Coal Group Co．，Ltd．，Lvliang Shanxi 033000)
【Abstract]As the basic energy and important raw material，coal have capital position in our economical live．But the'continuous mining
brings the negative efects，such as water pollution，soil erosion and serious damage to the ecological environment and work-out section
of coal mi ne is one of the important characterization of coal mi ne ecological environment destruction，which must be paid much
attention．Based on subsidence area caused by coal mining，this paper raises technologies of backfill an d some suggestions．
【Key words】work-out section of coal mine；gangue；backfill
(上接第57頁)
Analysis of Energy‘ saving Technology for Excavator in Hydraulic System s
REN Xin-bo
(Jinzhong Vocational and Technical College，Yuci Jinzhong 030600)
【Abstract]The hydraulic excavator is the most important and representative engineering machinery which is known as the “king of the
engineering machinery” ．Modern hydraulic excavator is powerful，flexible，and smart and the trend of heavy—duty robot becomes
obvious．However，the resources consumed by a hydraulic excavator，noise，dust an d other pollution to the environment can not be
ignored．It has become a bottleneck for the further development of the environmental protection leve1．Therefore，the environmental
protection，energy saving an d intelligence are the development trend of hydraulic excavators．This paper discusses the excavator
hydraulic system with a new idea of energy conservation and environmental protection，which has practical significance．
【Key words】hydraulic excavator；energy-saving；variable pump
(上接第62頁)
Visual Safety Control of Structure of Port M achinery
XI Zhong—‘fang
(Nanjing Plant of Port Machinery，Nanjing Jiangsu 210031)
[Abstract]This paper analyzes visual safety control of structure of port machine~．Firstly，the concept and basic technology of visual
safety control an d its related technologies are indicated．Technology characteristics of vision and data structure as well as data analysis
are researched，which provides relevant references to visual safety control of structure of port machinery．
【Key words]port；task；macllinery；structure；visual
一82—

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03-05