WY1.5型挖掘機液壓控制系統的改進

實現挖掘機的電液比例控制、液壓伺服控制及遠程無線控制，可大大減輕駕駛員的重復操作勞動，把挖掘機駕駛員從傳統的杠桿操縱和惡劣的工作環境中解放出來。基于以上思想，把一臺WY1.5型液壓挖掘機杠桿操作系統改裝設計成電液比例控制的液壓系統，并基于E1型移動車輛控制器來實現對整車的控制。

1．WY1.5型挖掘機液壓系統

WY1.5型液壓挖掘機液壓系統由油箱、三聯齒輪液壓泵(一個3mL/r、兩個8mL/r)、多路換向閥、溢流閥、節流閥、動臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、工作裝置偏轉液壓缸、推土鏟液壓缸、左右行走馬達、整機回轉馬達、散熱器和過濾器等組成。推土鏟供油由1個3mL/r的齒輪泵單獨完成，當推土鏟不工作時，其高壓油直接返回油箱。在整機回轉馬達控制閥后加裝一換向閥，實現整機回轉馬達和工作裝置偏轉液壓缸之間的油路切換控制。其余液壓系統為典型的雙泵、雙回路、中位回油、可合流系統。

2．電控液壓系統的改進

(1)電液比例系統設計。為實現各機構的電液比例控制，在不改變原有杠桿操縱系統功能的基礎上并聯一套電控系統。為安全起見，兩套系統設計成不能同時工作，在優先級上在電控系統工作時杠桿操縱系統無法使用，而在電控系統停止工作時杠桿操縱自動恢復正常工作。如圖48所示，為實現此功能，選取兩位兩通的電磁換向閥1、2來實現高壓油在電控系統和杠桿操縱系統中的切換。電磁閥的控制基于軟件編程實現，其響應時間、響應速度均與操作者的熟練程度沒有關系，因此選用電磁換向閥3來實現整個系統不工作時的卸荷（回流）。電磁換向閥4用于系統的雙泵合流。原杠桿操縱系統在動臂提升時，發現有短暫下降，然后才正常提升的現象。究其原因，液壓系統不工作時所有換向閥處于中位回油位置，泵出口處壓力處于低壓狀態。當要提升動臂時，換向閥切換到提升位置，這時泵出口與杠桿操縱閥之間的管路內壓力仍處于低壓狀態，而動臂液壓缸下腔中的液壓油要支撐整個動臂、斗桿、鏟斗及其液壓缸的質量，具有相當的壓力，所以在換向閥剛剛切換到提升位置時，動臂液壓缸下腔的液壓油要流向壓力低的管路系統，表現為動臂早期下降；隨著齒輪泵的工作，系統的壓力不斷升高，當與動臂液壓缸下腔中的壓力相等時，動臂停止下降；此后，系統壓力逐漸高于動臂液壓缸下腔中的壓力．動臂開始提升。這個過程存在的時間很短，動臂下降的幅度也不大，但對挖掘機作業是一個不可忽視的安全隱患，所以在新的電控系統設計中加裝了液控單向閥5以保證動臂提升的安全準確。其他控制系統的設計基本采用了原杠桿操縱系統的方案。其工作原理如圖48所示。

(2)液壓閥的選取。

1)換向閥的選取。電磁換向閥的滑閥機能如圖48所示，為O形換向閥。而控制各執行機構動作的直動式電磁比例閥只有通徑為6與10兩種型號可選擇。為減少液壓閥板的設計難度和加工費用，換向閥也在通徑6與10中選取。為減少因誤操作引起線圈燒毀的損失，選用濕式可更換線圈電磁鐵。與圖48中液壓泵匹配的L375柴油機最低穩定轉速小于650r/min，最高轉速為2650r/min，外特性曲線中的最低油耗點在1950r/min。單個齒輪泵的排量為8mL/r，可計算出換向閥1、2、3的流量都應為5.2～21.2L/min，經濟油耗流量為15.6L/min。換向閥4的流量是換向閥1、2、3的兩倍。根據6通徑、10通徑濕式可更換線圈電磁鐵換向閥的特性曲線，可以看出流動方向P→A、P→B，通徑6與10的換向閥在流量小于20L/min時，其壓降差別不大，均在0.1～0.2MPa之間；而在流量大于20L/min后，6通徑換向閥壓降隨流量的增加升高很快。故此換向閥1、2、3選用6通徑，即3WE6A-61B/CG24N9ZSL型換向閥；而換向閥4選用10通徑，即3WElOA-31B/CG24N925L型換向閥。

2)比例換向閥的選取。該挖掘機中六個執行機構（左行走、右行走、整機回轉馬達；動臂、斗桿、鏟斗液壓缸）的控制均采用比例換向閥，比例換向閥的機能如圖47所示的E型。由于電控挖掘機的鏟斗運動軌跡要做精確控制，所以動臂、斗桿、鏟斗液壓缸的控制選取帶閥心位置電氣反饋的4WRE型比例換向閥。左行走、右行走、整機回轉馬達采用普通型的4WRA型比例換向閥。因為單個泵的流量在5.2～21.2L/min之間，經濟油耗流量為15.6L/min。結合液壓挖掘機的實際工作情況，行走時每個馬達基本由一個泵供油；整車回轉過程中具有較大的轉動慣量，在停止回轉時所產生的沖擊振動會對車輛回轉部件的使用壽命產生較大影響，故回轉速度不宜過大，即不宜采用雙泵合流。結合6通徑、10通徑4WRA型比例換向閥的流量、輸入值和閥壓降的特性曲線可知，在控制精度要求不高的情況下，6通徑、名義流量17L/min比例換向閥可滿足左行走、右行走及整機回轉馬達的要求，故選用4WRE6E20-10B/24N24/M型比例換向閥。由液壓挖掘機的實際工作情況可知，動臂、斗桿、鏟斗液壓缸的供油均存在雙泵合流工況，單泵供油時其控制閥的流量為5.2～21.4L/min，雙泵供油時其控制閥的流量為10.2～42.4L/min，對應的經濟油耗流量為15.6L/min或31.2L/min。結合分析6通徑與10通徑4WRE型比例換向閥的流量、輸入值和閥壓降的特性曲線，可以看到所有曲線都在其輸入值的30%～80%之間最為平直，線性程度好，易于實現精確控制，加之在實現挖掘機電液比例控制時希望在液壓閥進出口的臺肩總壓降最小。結合以上數據與原則選取了10通徑、名義流量64L/min的比例換向閥，即4WRElOE64-10B/24ZA/M型比例換向閥。

該挖掘機實現了電液比例控制液壓系統的改造后，系統控制采用德國INTER

CONTROL公司的El型移動車輛控制器，開發軟件并調試成功，可近程有線遙控操作，也可按程序自動完成事先預定的動作，實現了原機杠桿操縱系統所能完成的全部功能，為實現挖掘機的遠程遙控操作奠定了基礎。