論負載敏感控制在掘進機液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭連豐 賈洋濤 王曉飛 李朝冉

摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，掘進機的行業(yè)應(yīng)用趨勢逐漸擴大，整體工作需求出現(xiàn)了大幅上漲。在這種情況下，掘進機的液壓系統(tǒng)重要性開始凸顯。原有的工作模式無法承擔(dān)當(dāng)前掘進機的應(yīng)用需求，經(jīng)常會出現(xiàn)各式各樣的問題，導(dǎo)致整體工作活動受阻，不利于經(jīng)濟效益的提升。因此，需要采用負載敏感控制方式，改進掘進機的液壓系統(tǒng)，使其能夠達到良好的工作目標，降低出現(xiàn)問題的概率，為后續(xù)的施工應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。本文首先分析液壓系統(tǒng)經(jīng)典負流量控制的基礎(chǔ)原理，隨后深入研究負載敏感控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)原理，最后闡明其改進重要性與取代方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：負載敏感控制;掘進機械;液壓系統(tǒng)

中圖分類號：TD421.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0111-02

0? 引言

隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，掘進機械的液壓系統(tǒng)逐漸開始采用負載敏感控制方式進行操作。這種技術(shù)形式具有良好的環(huán)保效果，能夠節(jié)約燃油使用，并降低所需人力干預(yù)的資源級別。同時，其還可以提高掘進機械的自動化程度，有利于增強整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有重要的應(yīng)用意義。因此，需要針對掘進機的液壓系統(tǒng)經(jīng)典模式進行分析，并結(jié)合負載敏感控制方式開展研究，明確其替代方法，以供相關(guān)行業(yè)參考。

1? 幾種基本的液壓系統(tǒng)共有方式

1.1 恒壓系統(tǒng)

恒壓系統(tǒng)本身屬于一種節(jié)流控制模式。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中的供油方式通常采取定量泵，利用供油節(jié)流口來實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的供油，同時還可以利用限壓閥的旁通來將多余流量輸送到回油箱中。

1.2 恒流量系統(tǒng)

恒流量系統(tǒng)的供油方式通常采取的也是定量泵，針對流過執(zhí)行元件的流量可以用三通流量調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)控。三通流量調(diào)節(jié)閥的閥性所在位置是有可調(diào)節(jié)流口實際控制的壓差來決定。利用三通流量調(diào)節(jié)閥將多余流量輸送到回油箱中。在整個運行過程中，泵的運行壓力始終處在執(zhí)行元件壓力以及控制壓差之和的范圍內(nèi)。

1.3 變量泵系統(tǒng)

變量泵系統(tǒng)在應(yīng)用過程中主要使用的是一臺變量泵來進行供油，系統(tǒng)中配置的組合式壓力/流量控制器主要是通過可調(diào)節(jié)流口位置的控制壓差來決定，組合式控制器對變量泵能夠發(fā)揮出調(diào)節(jié)作用。在這種情況下，泵在運行過程中就能夠通過其調(diào)節(jié)作用滿足執(zhí)行原件流量以及泄漏量的運行要求，而且泵在運行過程中始終處在執(zhí)行原件控制壓差范圍內(nèi)運行。

相較于恒壓系統(tǒng)，恒流量系統(tǒng)在運營過程中實際產(chǎn)生的壓力損失相對較小，在充分利用流量調(diào)節(jié)裝置后執(zhí)行裝置中實際流過的流量與實際供油量非常接近，流量損失相對較小。在使用恒壓系統(tǒng)的情況下，都會通過限壓閥的作用將多余流量輸送回油箱中，在此情況下泵在運行過程中長期處在全負荷運行狀況。而相較于恒壓以及恒流量系統(tǒng)，變量包系統(tǒng)在應(yīng)用過程中能夠體現(xiàn)出更高的運行效率，這主要是因為利用變量泵能夠?qū)⒄麄€系統(tǒng)在運行過程中多余流量控制在最小范圍內(nèi)。

2? 掘進機液壓系統(tǒng)經(jīng)典負流量控制原理

掘進機液壓系統(tǒng)負流量控制模式屬于較為經(jīng)典的應(yīng)用方法之一，其屬于恒流量操控類型的一種。通常情況下，負流量控制可以應(yīng)用六通多路閥進行操作，整體結(jié)構(gòu)較為簡單，容易進行操控，可以大幅降低中位回油產(chǎn)生的損失級別。但是，負流量控制的基礎(chǔ)調(diào)節(jié)范圍較小，對速度的影響有限，容易受到負載的波動影響。同時，負流量控制的節(jié)能與操作存在調(diào)節(jié)問題，容易產(chǎn)生矛盾情況。在應(yīng)用負流量控制系統(tǒng)的過程中，六通多路閥可以簡化為A口、B口、O口[1]。這三個入口都屬于可變動節(jié)流口位，具有可靠的操控性。通過在中位回油區(qū)域安裝流量監(jiān)測裝置，能夠采集對應(yīng)的信號，并使液壓泵體能夠?qū)ε帕窟M行自主操作。如果O口處于未關(guān)閉狀態(tài)，負流量控制系統(tǒng)便會在相關(guān)功能的影響下，使中位回油流量處于較低的級別。若A口與B口處于打開狀態(tài)，則O口需要開始執(zhí)行關(guān)閉指令。在這種情況下，系統(tǒng)流量控制會發(fā)揮作用，使液壓泵體必須執(zhí)行排量提升的操作，確保中位油量處于穩(wěn)定狀態(tài)。負流量控制系統(tǒng)具有較為顯著的降低能耗效果，但調(diào)速范圍較小，對操作要求高，容易產(chǎn)生不良問題。

3? 負載敏感控制系統(tǒng)的主要原理

負載敏感控制系統(tǒng)需要根據(jù)傳感模塊收集對應(yīng)的信息，并研究負載的基礎(chǔ)狀態(tài)，判斷變化趨勢。通過這種方式，達到自動優(yōu)化系統(tǒng)流量狀態(tài)，確保補償閥前后處于壓強一致的情況。在這種情況下，系統(tǒng)流量能夠達到與標準相同，有利于節(jié)約基礎(chǔ)能耗。負載敏感控制系統(tǒng)的控制階段主要分為三個部分，首先是低壓力待機模式[2]。在這種條件下，負載敏感滑閥會處于左端，使整體傾角達到最高狀態(tài)。若系統(tǒng)進入工作模式，則開始進入供油控制狀態(tài)，使中位封閉區(qū)域的油體能夠進入負載敏感閥。在壓力超過一定數(shù)值的情況下，負載彈簧會出現(xiàn)壓力調(diào)整效果，使滑閥產(chǎn)生右移。右移完成后油體將會進入伺服閥區(qū)域，有效降低傾角與排量。如果變量泵的出口壓力與彈簧調(diào)定壓力相同，則泵體會進入低壓力待機狀態(tài)，使內(nèi)部的流量泄露得到有效補償。其次是常規(guī)工作模式，在這一模式下，液壓的缸體活塞出現(xiàn)左移時，內(nèi)部壓力會通過負載敏感單元進行轉(zhuǎn)移，進入右側(cè)的彈簧腔體內(nèi)部，使系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。最后是高壓力待機狀態(tài)，這一狀態(tài)下液壓缸體的活塞會在終點區(qū)域受到阻礙，使兩側(cè)的壓力處于相等條件下。負載敏感閥兩端的壓力會使閥芯轉(zhuǎn)移至左方區(qū)域，導(dǎo)致出口液體流動進入封閉狀態(tài)。由于液體封閉，內(nèi)部壓力會快速攀升，使壓力補償閥得到觸發(fā)[3]。這時變量泵體的出口壓力會逐漸高過彈簧壓力，使閥芯向右轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致油體進入伺服閥內(nèi)部。在這種條件下，變量泵會進入高壓力狀態(tài)，實現(xiàn)待機效果。

4? 掘進機液壓系統(tǒng)應(yīng)用負載敏感控制的重要性及常見故障

4.1 掘進機液壓系統(tǒng)用用負載敏感控制重要性

掘進機械的應(yīng)用環(huán)境條件較為復(fù)雜，經(jīng)常會受到各式各樣地質(zhì)條件的影響。部分情況下，截割部區(qū)域的阻力會出現(xiàn)大幅變化的趨勢，導(dǎo)致整體負荷突然轉(zhuǎn)變，嚴重損害液壓系統(tǒng)的完整性，導(dǎo)致工作效率受到負面影響。因此，為了達到良好的應(yīng)用效果，需要盡可能采取可靠的液壓系統(tǒng)控制措施，使其能夠適應(yīng)多種情況條件，降低出現(xiàn)問題的概率。隨著環(huán)境問題形勢逐漸嚴峻，掘進機的環(huán)保性能也需要受到一定程度的重視，通過采用負載敏感控制系統(tǒng)，能夠有效降低能耗級別，降低對燃油的需求，使機械的環(huán)保性能得到顯著提升，具有重要的應(yīng)用意義。同時，負載敏感控制系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性較強，可以幫助掘進機械液壓系統(tǒng)抵抗負荷突然轉(zhuǎn)變的問題，有利于整體工作效率的提升。因此，需要為掘進機液壓系統(tǒng)應(yīng)用負載敏感控制技術(shù)，確保其能夠達到最佳運行效果，為后續(xù)的應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

4.2 常見故障

液壓油變質(zhì)或者受到污染是液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障的主要原因，液壓油一旦出現(xiàn)污染問題很可能會對液壓元件造成損傷，或者導(dǎo)致元件堵塞。

①如果掘進機在運行過程中出現(xiàn)了液壓油渾濁不清或者變成乳白色的現(xiàn)象，表示油中進水，此時可以針對冷卻器或者油箱蛇形管進行檢查，查看其是否存在漏水的問題，及時找出原因并進行排除;②液壓油呈現(xiàn)黑褐色的情況下，表示其已經(jīng)產(chǎn)生氧化變質(zhì)問題，因此，必須要及時進行更換;③通過查看過濾器濾芯污染程度對其污染物類型進行確定，并精確找出污染物來源。

4.3 液壓油污染控制措施

如果掘進機更換液壓油沒有達到污染等級要求，必然會對系統(tǒng)清潔度造成影響，對于新液壓油要求其清潔度要達到NAS1638 11-13級以上，針對軸向變量泵要保證其介質(zhì)清潔度達到NAS1638 9級以上。液壓油清潔度越高越能夠有效提升，鑒于此，再進行液壓油補充的過程中必須要嚴格使用過濾裝置，例如使用濾油小車等，為了保障液壓油的清潔度可以使用微米過濾器;在沒有過濾油車的情況下，新加液壓油可以利用回油過濾器進行加注，以此來保障也液壓油箱的清潔性。

4.4 常見液壓泵故障診斷及排除

當(dāng)前，在掘進機液壓系統(tǒng)中負載敏感變量系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，其主要采取的是帶負載敏感、壓力切斷以及恒功率控制的斜盤式軸向柱塞變量泵。

液壓系統(tǒng)出現(xiàn)高壓狀態(tài)問題時，首先對進口位置是否存在壓力異常進行檢測，及時消除壓力;查看泵頭閥是否存在卡死等現(xiàn)象進行檢查，如存在卡死要及時將閥芯拆卸后進行清洗。液壓系統(tǒng)產(chǎn)生輸出不足問題的情況下，要及時查看配液盤是否存在磨損，或者存在泄露超標的問題;通過查看恒功率閥是都存在流量調(diào)節(jié)不當(dāng)問題，如存在及時進行重新調(diào)節(jié)。

5? 掘進機液壓系統(tǒng)應(yīng)用負載敏感控制取代負流量控制的策略

在液壓型掘進機械進行應(yīng)用的過程中，需要針對諸多情況進行處理。為了達到良好的施工效果，需要首先明確掘進機的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)情況，盡可能降低出現(xiàn)不良問題的概率，為后續(xù)的進一步應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。通常情況下，液壓型掘進機分為工作模塊、行走模塊、回轉(zhuǎn)模塊。若采用負流量控制方式進行處理，則基于固定差異的減壓補償裝置會在掘進機進行復(fù)核運動的過程中，產(chǎn)生液壓油供應(yīng)不足的問題。在這種情況下，液壓用油會逐漸匯聚至壓力相對較小的部件區(qū)域，導(dǎo)致高負載區(qū)域出現(xiàn)速度下降，甚至停止工作的問題。這一問題會嚴重削弱掘進機液壓系統(tǒng)的運行效果，不利于相關(guān)工作的進一步開展。因此，為了達到良好的控制效果，應(yīng)當(dāng)采用負載敏感控制方式，取代原有負流量控制，使掘進機液壓系統(tǒng)能夠正常工作，提高基礎(chǔ)效率與運行質(zhì)量。在這一過程中，需要對閥門后方補償?shù)牧髁糠峙鋮^(qū)域設(shè)置加壓裝置。通過這種方式，使液壓油在出現(xiàn)缺乏的情況下，多路閥門口也能夠保持固定壓強。這一部分需要利用單泵進行全原件供油，整體電液比例的換向閥進入?yún)^(qū)域存在固定壓力。如果采取有效措施進行負載控制，并通過引入負載敏感柱塞泵，便可以有效調(diào)節(jié)溢流閥的基礎(chǔ)流量，使開啟狀態(tài)的壓力能夠達到相等的狀態(tài)，確保壓強與換向閥區(qū)域的壓差一致。在這種條件下，電液比例換向閥的流量只會與閥口的開度存在關(guān)聯(lián)，在流量大于泵體流量的情況下，也能夠按照原定比例分配基礎(chǔ)流量，有效達到負載敏感控制的目標。應(yīng)用負載敏感控制能夠達到較為優(yōu)秀的能耗比，可以降低原有功率的損耗，具有重要的效率應(yīng)用意義。同時，負載敏感控制系統(tǒng)可以節(jié)約燃油消耗，并避免出現(xiàn)過熱問題，有利于增強系統(tǒng)的可靠性。合理應(yīng)用這一形式，能夠達到單泵體供油的效果，具有滿足日常流量標準、多回路壓力差、多元件工作的功能效果。隨著相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，掘進機液壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用負載敏感控制方式，強化整體應(yīng)用質(zhì)量，為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

6? 結(jié)束語

綜上所述，在掘進機應(yīng)用過程中，液壓系統(tǒng)的工作方式具有重要的影響意義。因此，需要采取可靠的技術(shù)形式，如負載敏感控制系統(tǒng)，取代原有的經(jīng)典操作方法，達到良好的運行效果，實現(xiàn)最佳操作與施工目標。

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