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装载机转向液压系统分析

作者:admin 发布日期:2019/2/16 关注次数: 二维码分享

装载机生产使用初期,人们的注意力还集中在装载机的挖掘力和作业速度等方面。但随着社会的发展和人们生活水平的提高,人们越来越重视装载机的使用舒适性和作业效率。其使用需求不断向更高形式发展,演变出了各种各样的转向液压系统。




一、流量放大全液压转向系统

上世纪80年代,流量放大转向系统由国际著名工程机械制造商Caterpillar公司研制并开始投入使用,该系统以小排量全液压转向器控制主滑阀进行流量放大,与油泵、转向限位阀、油缸等液压元件组成的全液压转向系统。现在,国内ZL50以上、大部分国外装载机基本都采用该转向系统。

1 流量放大全液压转向系统的特点

流量放大转向系统具有能合理利用系统功率,节能效果明显;采用液压限位,减少了机械冲击;结构紧凑、操作平稳轻便且转向可靠、灵活等优点,已成为当前转向系统发展的方向。

2流量放大转向系统组成部件及工作原理

图 1流量放大液压转向系统

Fig. 1Flow of hydraulic amplified steering system

1. 左右转向限位阀 ;2. 转向液压缸 ;3. 流量放大阀;4. 优先阀;5.转向泵;6、8. 吸油滤油器;7. 回油滤油器 ;9.先导泵;10. 先导溢流阀 ;11.转向器

流量放大转向系统的组成主要有:流量放大阀、转向限位阀、全液压转向器、转向液压缸、转向泵及先导泵等,如图1所示。

在本系统中,方向盘是由一个先导控制元件——转向器11操纵,打开转向器时,通过转向器的先导小流量来控制流量放大阀3 的阀芯左右移动,转向泵5 输出的大流量通过流量放大阀进入左右转向液压缸2,完成装载机的左右转向功能。

当方向盘不动时,转向器处于中间位置,从先导泵 9 的来油被转向器封闭,先导油液经先导溢流阀10 溢流回油箱;流量放大阀处于中位,转向泵的油液经过优先阀的EF口到工作液压系统合流转向液压缸的油口被流量放大阀封闭,整机处于直线行驶状态。

当转动方向盘后,先导泵的来油经转向器限位阀 1 后到达流量放大阀的相应先导腔,推动阀芯移动,从转向泵的来油经优先阀流量放大阀后进入相应的液压缸油口,使液压缸伸缩,从而带动车架实现相应的转向动作在转向终止位置,转向限位阀的阀芯在撞板的作用下克服弹簧力,将先导油路切断,流量放大阀在其复位弹簧的作用下返回到中位,切断从优先阀到转向液压缸的油液,车辆停止转向,从而极大地减小了车辆在极限转向角处的转向冲击。

二、负荷传感转向系统

上世纪70年代,美、英等国研究出全液压负荷传感转向系统,该系统是由优先阀和“负荷传感全液压转向器”组成的新转向系统。

1负荷传感转向系统的特点

目前国内广泛采用双泵合/分流负荷传感型全液压转向系统,该系统能够按照转向油路的要求,优先向转向器供给压力油,即使转向力矩发生变化(即负载压力和方向盘转速改变)也能保证供油充足,故转向轻便灵活、工作可靠。采用负荷传感技术转向器压力损失明显降低,提高了系统效率,改善热平衡状况。采用双泵合流技术具有提高可靠性、节能和提高性能等优点。

2全液压负荷传感转向系统原理

全液压负荷传感转向系统主要由转向齿轮油泵、优先阀、负荷传感液压转向器、转向机、转向油缸、管路等组成。

工作原理如图2所示,优先阀是一个定差减压元件,无论负载压力和油泵供油量如何变化,优先阀均能保证供给转向器的流量始终等于方向盘转速与转向器排量的乘积。转向器处于中位时,如果发动机熄火,油泵不供油,优先阀的控制弹簧把阀芯右推,接通CF油路。发动机启动后优先阀分配给CF油路的油液使阀芯处于一个平衡位置。由于CO的液阻很大,很小的流量便产生推动优先阀阀芯左移的压差,开大EF阀口,关小CF阀口,所以流过CF油路的流量很小。系统主要向工作系统供油。转动方向盘时,转向器的阀芯与阀套之间产生相对角位移,当角位移达到某值后,中位节流口CO完全关闭,油液流经转向器的变节流口C1产生压降,C1两端的压力传到优先阀阀芯的两端,迫使阀芯寻找新的平衡位置,开始向转向系统供油。优先阀内接通CF油路的阀口开度将随方向盘转速的提高而增大。转向油缸达到行程终点时,如果继续转动方向盘,油液无法流向转向油缸,负载压力迅速上升,变节流口C1两端的压差迅速减小。当转向油路压力超过转向安全阀的调定值时,该阀开启。压力油流经节流口C2产生压降,推动阀芯左移,迫使接通CF油路的阀口关小,接通EF油路的阀口开大,使转向油路的压力下降。

Fig. 2Loading-sensing hydraulic steering system diagram

图2全液压负荷传感转向系统原理图

三、线控液压转向系统

1线控转向系统的控制技术概述

线控转向系统指通过微电子技术连接并控制转向系统的各个元件来代替传统的机械或液压连接。用传感器记录操作人员的转向数据,然后通过数据线将信号传递给车上的微电脑,电脑综合这些信号做出判断后,再控制转向桥的转向角度。紧急情况下,为避免操作人员的错误判断,这个系统还会忽略操作人员的转向输入,平稳地将车保持在安全的状态。

2线控液压转向系统的工作原理

如图 3所示当方向盘不动时,转向液压缸8中的压力降到接近于零,此时力反馈电机 11的控制电流为零,转角传感器9输出电流为零,比例减压阀7处于中位,先导泵4 的油液经过溢流阀溢流回油箱,同时转向换向阀1也处于中位,转向泵2 的油液到工作装置液压油路合流当转动方向盘时,方向盘带动转角传感器转动,电控单元 ECU检测液压缸位移传感器的输出值与方向盘转角传感器的输入值是否相同,如果相同,保持现在的转向位置不动;如果不相同,则根据差值的大小及符号产生不同的控制电流去控制相应的比例减压阀电磁铁使比例减压阀输出相应的控制压力,线控液压转向系统控制转向换向阀主阀芯的位移,从而使车辆实现转向当二者的差值为零时,ECU输出给比例减压阀的电流变为零,此时控制压力也变为零,转向换向阀主阀芯回到中位,车辆停止转向,同时,ECU还检测压力传感器的数值 ,在转向过程中,由于转向液压缸压力升高,压力传感器输出电压也随之升高,ECU根据两个压力传感器反馈的电压值大小输出相应的控制电流,以控制力反馈电机转动的方向和输出力矩的大小。

随着计算机技术信息技术和自动控制技术的发展及其在工程机械上的应用,轮式装载机正在向高效、可靠、易维修、节能、低排放、信息化、机电一体化自动化及一机多能的方向发展。随着新结构、新技术、新工艺的不断出现,必定会有越来越多的高新技术应用到轮式装载机的转向系统中,以改进和完善整机性能,使作业更精确快捷并降低能耗。

3、装载机采用线控转向系统的主要优点

传统液压转向系统设计好以后,系统的转向器也就随之确定,在转向过程中,从一个极限位置转到另一个极限位置时,方向盘所需的转动圈数是固定不变的。然而,因为工程机械的作业特点,需要频繁的大角度的转向才能完成工作,这时驾驶人员的劳动强度就很大。当采用线控转向系统时,系统会根据不同的工况来调节方向盘的转动圈数,从而降低驾驶人员的劳动强度。

另外采用线控转向系统,驾驶员可以方便的通过调整控制软件来实现自己喜好的路感。

四、同步转向系统

CAT980G装载机采用命令控制转向系统,该转向系统由一个机械反馈系统和液压回路组成,转向时,转向盘的位置直接与装载机机身的铰接角度联系起来,而不是仅仅依靠对转向盘转动速度的反应进行转向。该系统的优点是方向盘转 1/2 圈即可实现全转向,从而提供了更精确的控制和更快的响应。该系统减少了转向盘的转动圈数,每八小时转向盘的转动圈数由原来的10000转减少为1000转。

该转向系统的优点是:在进行装载作业时可以提高作业效率。其缺点是:装载机处于高速行驶时,行驶稳定性下降。

五、结束语

对比分析目前的转向液压系统,各有优缺点,装载机还需要根据实际情况选择合适的转向液压系统。在老的ZL40、ZL50轮式装载机上主要采用助力型转向系统;较新型的ZL30、ZL40、ZL50大都采用了全液转向系统;目前ZL40、ZL50、ZL60及以上装载机上使用流量放大转向系统已逐渐成为主流趋势。从二十世纪末开始,由于节能意识的提高,各大主机厂家及液压专业厂家在分合流方面取得了较大的进展。而非整圆方向盘等新思路的产生也是人们创新意识在转向系统上的体现。

总之,轮胎式装载机的转向液压系统与其它技术一样,总是在不断改进完善并有所突破。

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