小型挖掘机斗杆开裂原因分析及改进方法

<正>为解决某小型3.5t液压挖掘机斗杆容易开裂故障,我们在进行焊接工艺和应力分析的基础上,改进了斗杆结构和焊接工艺,取得了明显成效。1.故障现象1台小型3.5t液压挖掘机使用过程中出现斗杆开裂故障。该挖掘机斗杆由侧板、U形板及底板组成,其开裂起点正好位于侧板、U形板及底板的交汇处,并向底板延伸,如图1所示。改进前斗杆结构如图2所示。     

单斗液压挖掘机液压回路效率分析

单斗液压挖掘机采用全液压控制其动臂,斗杆,铲斗杆三种液压缸和行走,回转两种液压马达。每个执行元件靠多路阀中相应的换向阀来控制,这种换向阀具有节流换向两种功能。液压回路存在进口节流和出口节流两个能量损失环节。本文分析了回路效率,认为传统的回路设计亟待改进。     

大型液压挖掘机斗杆挖掘阻力的离散元素法研究

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法:运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。     

大型正铲液压挖掘机斗杆升降回路及特性

在设计目前国内斗容和机重最大的矿用液压挖掘机液压控制系统中,为减小使用成本,采用交流电动机驱动变量液压泵组作为动力源。为满足工作效率要求,斗杆举升过程采用四台液压泵供油,通过四组比例多路阀(主控阀)阀外合流来满足斗杆的速度要求,为降低能耗,提出在斗杆下降过程依靠自重和专用的比例节流阀进行流量再生的控制方法,加快斗杆下降速度,提高系统工作效率。分析斗杆采用流量再生方法下降的前提条件,对斗杆液压缸在一个工作循环内的压力变化进行机电液一体化的联合仿真研究,按照仿真确定的参数设计并制造样机,试验测试表明,挖掘机加载最大试验负载25 kN时,所设计的液压控制系统可以满足斗杆满载举升所需要的压力及速度要求,斗杆下降采用流量再生方法后,下降时间由32 s缩短至18 s,下降速度明显加快,且下降结束阶段无液压冲击。通过试验,验证了挖掘机液压控制方案的正确性,为今后国内设计和制造更大型的液压挖掘机积累了数据和经验。     

液压挖掘机工作装置复合动作时动力学仿真分析

复合动作是液压挖掘机常用的挖掘方式。文中用Pro-E对液压挖掘机进行了三维建模,建立了挖掘机工作装置的虚拟样机。通过对工作装置在复合工作时的动力学分析,得到了挖掘机的动臂、斗杆、铲斗等主要铰接点力的特性曲线,揭示了挖掘机挖掘工作过程中各构件的动力学特性规律,为进一步分析挖掘机的结构特性和应力分布提供了结构件的载荷分布情况,从而为挖掘机的设计提供理论依据。     

液压挖掘机斗杆内收流量分配节能设计

为解决小型挖掘机挖掘工况(正负载)下斗杆内收速度慢、系统压力高、存在溢流损失等问题,提出一种斗杆内收节能系统,挖掘工况下,使斗杆内收通过节能阀回油,即斗杆内收流量不再生时增大回油面积。给出了该节能系统工作原理和仿真参数,基于AMESim搭建了斗杆内收节能系统仿真模型,对比仿真了有无节能阀系统的斗杆内收速度、压力、流量等动态特性,分析了节能阀直径对斗杆内收动态特性的影响效果,进行了系统实际应用可行性分析,挖掘机整机测试有效验证了仿真结论。结果表明：引入节能阀,斗杆内收速度增加18%,斗杆油缸进油压力降低65%;节能阀直径对斗杆内收系统输出流量、回油总流量、系统压力影响不大;通过挖掘机整机测得斗杆内收速度提高19%。     

基于虚拟样机的液压挖掘机工作装置最大挖掘力分析

针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力.在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响.研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据.     

液压挖掘机斗杆疲劳寿命评估

分析了液压挖掘机斗杆的焊接结构,采用英国钢结构疲劳设计与评估标准BS7608对斗杆进行了焊接疲劳寿命评估.评估结果表明,斗杆与动臂铰接的孔系处焊接疲劳寿命最短,与实际情况相符合,其余评估点基本满足设计要求.     

液电混合挖掘机液压系统运行特性液电联合仿真分析

利用动力学方法为挖掘机的运行结构建立相应的分析模型,以某20T液压挖掘机的设备参数作为参考依据,建立了整机模型与液压系统运行模型,通过SimulationX仿真软件测试了液压挖掘机铲斗与斗杆结构的运行过程.仿真结果得到:铲斗在初期阶段发生外伸还是被回收到初始所在的位置,到达斗杆内收阶段时发生了速度的明显波动,但幅度较小...     

泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统特性

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。     

WY22LC液压挖掘机液压系统

WY2 2 LC液压挖掘机是我公司自行研制开发的一种新产品。它是一种履带式、全回转、以柴油机为动力、全液压驱动的单斗挖掘机。该机液压系统的主泵、多路换向阀、回转装置和行走装置均采用具有 2 0世纪90年代先进水平的进口件。液压系统最大流量为 2×1 90 L/min,最高工作压力为 30 MPa。1　液压系统的工作原理 (见图 1 )该系统的主泵采用恒功率变量双联泵。其中 ,泵P1通过多路换向阀为回转马达、斗杆缸和右行走马达提供压力油 ,通过伺服系统操纵多路换向阀 ,实现斗杆的伸缩、平台的回转和右履带的行走。而泵 P2 通过多路换向阀为动臂缸…     

液压挖掘机受力断裂影响因素探究

液压挖掘机受力情况对液压机能否正常工作有着非常重要的影响,受力不均就会造成液压挖掘机斗杆断裂。通过对液压挖掘机受力的主要影响因素进行分析,可知挖掘机斗杆断裂与否在于材料和结构及操作是否合理。因此在使用的过程中正确地操作和维护就非常重要。     

挖掘机右侧行走无力的排查

1台神钢250型挖掘机在运行6000h后,作业时突然出现右侧行走无力现象,其他各项动作正常。该型挖掘机行走液压系统由工作回路、限压回路、卸荷回路、节流调速和节流限速回路以及先导阀控制回路等组成。其液压元件主要由工作泵(P1、P2双联泵)、分配器、行走马达、行走减速装置、回转接头、行走速度控制阀、行走先导阀、溢流阀、油箱、油冷器、回油滤芯及相关管路等组成。     

液压挖掘机动臂动作节能研究

针对液压挖掘机在动臂动作时有较大节流损失的问题,该文以22T某型号正流量挖掘机为例,分析了动臂普通流量再生回路的原理并建立数学模型和Amesim仿真模型,并在此基础上提出了新型的动臂液压回路的节能方案。通过对两种动臂液压回路节能方案仿真结果对比分析,得出新型动臂液压回路比普通流量再生回路更加节能。     

液压挖掘机铲斗、斗杆以及动臂的PID控制效果研究

为进一步提升液压挖掘机的控制精度和工作效率,在对液压挖掘机铲斗、斗杆和动臂工作装置轨迹规划及其规划作业范围分析的基础上,根据液压挖掘机工作装置的控制需求完成相应控制系统的总体设计,并完成关键部件的选型设计;最后,对控制系统的PID控制器的参数进行整定,并对PID控制效果与传统控制器的效果进行对比。     

基于拓扑优化方法的大型液压挖掘机斗杆新型结构

以斗杆结构强度为基准,采用结构优化的方法,设计了大型液压挖掘机正铲工作装置斗杆新结构。采用离散元方法,构建矿山岩石模型,获得铲斗挖掘阻力;采用多体动力学方法,搭建大型液压挖掘机正铲工作装置刚柔耦合动力学模型,获得挖掘机斗杆挖掘工况斗杆动态载荷,并对斗杆进行动态结构强度分析;采用SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法,在有限元中对斗杆结构进行拓扑优化设计,获得大型液压挖掘机正铲工作装置新型斗杆结构;对新型斗杆结构进行动态结构强度分析,斗杆结构强度保持原有水平。研究结果表明,通过拓扑优化后得到的新型斗杆,结构强度与类比设计一致,但质量减小。     

挖掘机斗杆液压油缸安装孔平行度对油缸承载的影响分析

针对挖掘机斗杆液压油缸出现的"拉缸"问题,全面分析了导致"拉缸"的原因。利用力的分解模型,分析出了安装孔的平行度偏差对液压油缸承载的影响方式,利用ANSYS软件建立了斗杆液压油缸有限元计算模型,并计算出两种工况下液压油缸的应力分布云图,从而明确了平行度对液压油缸承载的影响程度。根据分析结果,对斗杆液压油缸的安装孔平行度进行了调整,改进后油缸"拉缸"反馈率明显下降。     

挖掘机液压混合动力系统跟踪控制研究

由于挖掘机混合动力系统参数的不确定性和系统的非线性给挖掘机的跟踪控制带来了巨大的困难。对此,构建了挖掘机液压混合动力系统模型,并采用改进的自适应鲁棒控制（ARC）实现挖掘机液压混合动力系统的跟踪控制。根据挖掘机液压混合动力系统,对液压系统、挖掘机动力学和发动机进行数学建模。利用线性稳定反馈控制规律,采用改进的自适应鲁棒控制,使挖掘机液压混合动力系统具有足够大的反馈增益。最后对斗杆、动臂和铲斗的倾角进行跟踪仿真实验,给出了系统模型位置和速度的跟踪误差,并与PI控制进行比较分析。结果表明：相比于PI控制,ARC控制下的斗杆、动臂和铲斗倾角的最大振幅波动率和倾角的波动范围都有所降低,且回转位置和速度的跟踪误差超调较小。说明采用ARC控制的挖掘机混合动力系统控制方法,能够更好的补偿系统模型的非线性,具有较好的控制稳定性以及跟踪精度。     

液压挖掘机工作装置耦合仿真

液压挖掘机是一种机电液相结合的复杂工程机械,利用多种仿真工具对其进行耦合分析是至关重要的。基于Pro/E 4.0构建液压挖掘机整机机械模型,利用ADAMS接口功能完成挖掘机虚拟样机模型的构建,进行大量的运动学和动力学仿真分析;推导了斗杆液压缸流量和转角控制传递函数,结合ADAMS/Control和MATLAB/Simulink模块完成斗杆液压缸机—电协同耦合仿真。仿真结果表明,耦合仿真具有一定的理论价值和实践意义,为物理样机的试制和优化提供依据。     

挖掘机安装破碎锤液压系统的改进方案

1.原液压系统的不足通常,破碎锤与挖掘机动臂、斗杆、铲斗等工作装置的液压系统并联安装,共用同一套系统,如图1所示。据很多用户反映,采用这种方案会造成液压系统出现以下2点不足：一是破碎锤工作过程中,外界杂质极易通过破碎锤活塞密封环进入挖掘机液压系统,造成液压油污染;二是破碎锤工作过程中产生的局部高温、高压现象,容易造成液压油变质分解,从而导致挖掘机整机液压系统污染。