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1、挖掘機行走液壓系統(tǒng)換向閥改造及應(yīng)用方案探討盛鋒， 鄒少軍， 石磊摘 要：文中介紹了我國挖掘機液壓系統(tǒng)的基本情況，針對其行走液壓系統(tǒng)換向閥大都依賴進口且價格昂貴的問題，通過分析行走液壓系統(tǒng)換向閥的功能需求，提出了對國產(chǎn)手動換向閥進行電控化改造的方案，并就改造后的換向閥提出了兩種應(yīng)用方案的探討。改造后的換向閥可部分替代高壓、大流量進口換向閥，可應(yīng)用于挖掘機行走液壓系統(tǒng)和裝載機、推土機等對換向閥性能要求不高液壓系統(tǒng)中，以達到提高國內(nèi)主機廠利潤的目的。關(guān)鍵詞：挖掘機；行走液壓系統(tǒng)；換向閥；改造方案2011年我國挖掘機產(chǎn)量已超過19.5萬臺，2012年預(yù)測產(chǎn)量將達到21.8萬臺。我國現(xiàn)已是名副其實的生產(chǎn)2、大國，但遠不是生產(chǎn)強國。其中的主要原因之一是挖掘機的高壓、大流量液壓元件均依賴進口，國內(nèi)產(chǎn)品難以滿足要求，基本控制在德國、日本、韓國和意大利等生產(chǎn)廠家，使國內(nèi)主機廠的供貨來源更加受制于人。目前，我國挖掘機行業(yè)有兩種型式，一種是外資品牌，占70%左右；一種是國產(chǎn)品牌，占30%左右。國產(chǎn)品牌近十年幾乎是從零開始，發(fā)展到年產(chǎn)近4萬臺的規(guī)模，實屬不易。隨著國內(nèi)各主機廠的加大投入，國產(chǎn)品牌的挖掘機市場占有率會穩(wěn)步提高，市場前景看好。但是，挖掘機用高端液壓元件依賴進口的局面尚未改變，挖掘機較多的利潤來自液壓系統(tǒng)，其均被國外液壓元件廠家占有。因此，進行液壓元件國產(chǎn)化改造，提高國內(nèi)液壓元件生產(chǎn)廠家的實力十分急3、迫。1 挖掘機液壓系統(tǒng)分析從挖掘機液壓系統(tǒng)和元件來看，有兩點值得注意。一是產(chǎn)量大，參與其中一個小元件的生產(chǎn)或技術(shù)改進，就會有很大的市場。二是從挖掘機液壓系統(tǒng)來分析，作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)比行走液壓系統(tǒng)要求高得多。作業(yè)裝置液壓系統(tǒng)操縱頻繁，復(fù)合動作多，對整機的性能影響大1。因此，換向閥、泵和發(fā)動機往往需要很好的匹配，達到節(jié)約燃料的目的23；然而行走液壓系統(tǒng)一般無此要求，操縱比較單一，對整機性能影響不大。目前，國產(chǎn)挖掘機液壓系統(tǒng)大都采用液壓先導(dǎo)操縱主閥進行挖掘作業(yè)和行走，其液壓先導(dǎo)多路換向閥選用進口的整體或整體拼裝型式多路換向閥。優(yōu)點是性能好，可靠性高；缺點是價格極高。以玉柴重工某型挖掘機為例，其德國力4、士樂主閥價格為2.42.5萬元，每個操縱單元為0.4萬元。2 換向閥電控化改造方案和目的2.1電機驅(qū)動式多路換向閥液壓多路換向閥作為液壓系統(tǒng)核心的控制元件，其發(fā)展主要經(jīng)歷了四個階段，分別為手動換向閥、電磁換向閥、液控?fù)Q向閥、電液比例換向閥4。表1列出了4種換向閥的性能對比。由于挖掘機行走液壓系統(tǒng)對閥的要求低，采用手動換向閥亦可滿足其完成動作的要求，但其控制精度差、需要的操縱力較大，故現(xiàn)在的挖掘機上已經(jīng)很少采用。目前，挖掘機行走液壓系統(tǒng)采用的進口換向閥，其價格是普通手動換向閥的幾倍，這使主機廠的利潤大大降低。表1 4種換向閥性能比較Tab.1 Performancecomparison of f5、our type directional control valve名稱結(jié)構(gòu)控制精度響應(yīng)速度操縱力價格手動換向閥簡單差慢較大低電磁換向閥簡單差較慢極小低液控?fù)Q向閥較復(fù)雜較差較慢小較貴電液比例閥復(fù)雜較好較快小很貴現(xiàn)改造設(shè)計了一種電機驅(qū)動式換向閥，它是由電機通過齒輪、齒條直接驅(qū)動閥芯的換向閥，其性能滿足挖掘機行走液壓系統(tǒng)工作需要，結(jié)構(gòu)見圖1，原理圖見圖2。該換向閥具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、操縱方便輕松、布置靈活等優(yōu)點，缺點是外形尺寸較大5。1、液壓閥 2、機械連接 3、齒輪齒條機構(gòu) 4、步進電機 1423圖1 電機驅(qū)動多路換向閥圖2電機驅(qū)動式多路換向閥原理圖2.2電控化改造目的挖掘機行走液壓系統(tǒng)多路6、換向閥電控化改造方案中，液壓閥是國內(nèi)生產(chǎn)的普通手動換向閥，步進電機和輔助裝置均是國內(nèi)成熟產(chǎn)品，改造完成后使主機制造廠元件的國產(chǎn)化率提高并降低其制造成本。3 應(yīng)用方案探討目前，大多數(shù)挖掘機行走液壓系統(tǒng)為液壓先導(dǎo)手柄通過先導(dǎo)閥控制多路閥組中的行走換向閥，上車油路通過液壓回轉(zhuǎn)接頭傳到下車，驅(qū)動兩個液壓馬達，見示意圖3。3.1應(yīng)用方案探討一方案一是由電控手柄通過非接觸式電回轉(zhuǎn)接頭，控制安裝在挖掘機下車的換向閥電機，電機通過齒輪、齒條推動閥芯，進而驅(qū)動液壓馬達，見示意圖4。圖3 液壓先導(dǎo)控制方式由于挖掘機上、下車通過回轉(zhuǎn)平臺相連接，液壓動力通過回轉(zhuǎn)接頭傳遞，與回轉(zhuǎn)接頭的連接油管較多。采用非接觸式電回轉(zhuǎn)接7、頭可以減少了兩路回轉(zhuǎn)接頭油管及相應(yīng)的管接頭，并使回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)更加簡單。非接觸式電回轉(zhuǎn)接頭通過內(nèi)圈產(chǎn)生磁場，由外圈切割磁感線產(chǎn)生電流67。一個非接觸式回轉(zhuǎn)接頭可同時帶動兩個以上的電機。其優(yōu)點為非接觸式傳輸電力，無磨損，可靠性高，壽命長，且可將非接觸式電回轉(zhuǎn)接頭與液壓回轉(zhuǎn)接頭集成制成電液回轉(zhuǎn)接頭。方案一需解決兩個關(guān)鍵問題。一是將挖掘機換向主閥的兩片行走閥從主閥中分離出來，進行國產(chǎn)化及電控化改進。目前，挖掘機使用的高壓、大流量主閥基本都由外國品牌控制。高壓閥生產(chǎn)難度大、要求高，國內(nèi)液壓件生產(chǎn)廠家少有涉及。為解決國產(chǎn)化的問題，其可行性分析如下：1、從閥的結(jié)構(gòu)型式來看，單片閥或雙聯(lián)閥要比三聯(lián)以上的閥制造8、容易；多片拼裝閥比多聯(lián)整體閥制造也要容易。因此分離出來的行走換向閥相比來講設(shè)計和制造較容易，可以國產(chǎn)化。2、從挖掘機的作業(yè)時間分析。行駛時間最多占整機工作時間20%，相比來講，對閥的磨損要小，壽命要求較低。3、國內(nèi)已有廠家批量生產(chǎn)起重機用高壓換向閥。挖掘機主閥由于工作頻率高，工作時間長，相比起重機要求要高許多，但與挖掘機行走閥基本相當(dāng)。綜合上述分析，分離出的挖掘機行走換向閥的國產(chǎn)化和電控化是可行的。二是試制非接觸式電液回轉(zhuǎn)接頭。目前，國內(nèi)已有企業(yè)掌握了非接觸電傳輸技術(shù)，傳輸效率在80%以上，已用在某些直線傳輸產(chǎn)品中?，F(xiàn)僅需將直線傳輸改為環(huán)形傳輸，試制出電與液壓回轉(zhuǎn)接頭相融合的電液一體回轉(zhuǎn)接頭。9、方案一的特點是以電控操縱取代液壓先導(dǎo)操縱，以電線取代先導(dǎo)油管及管接頭，減少了上車油路油管及管接頭，液壓回轉(zhuǎn)接頭可減少兩路。3.2 應(yīng)用方案探討二方案二是將分離出的行走換向閥安裝在挖掘機的上部，不使用非接觸式回轉(zhuǎn)接頭而直接用電驅(qū)動改造后的換向閥，見圖5。方案二的特點是以電控操縱取代液壓先導(dǎo)操縱，以電線取代先導(dǎo)油管及管接頭，并且行走液壓系統(tǒng)的整體布置與原機變動較小，繼承性好，實現(xiàn)容易。圖4 非接觸電控制方式圖5 直接電控制方式4 結(jié)論文中提出的電控化改造方案中創(chuàng)新地將液壓先導(dǎo)換向閥改進為電機驅(qū)動液壓換向閥，響應(yīng)速度快，操縱輕便，減少了液壓管路和泄漏點。改造后的換向閥，可部分替代進口換向閥，為挖掘機液壓元件國產(chǎn)化起到先導(dǎo)作用，減輕國外對我國挖掘機產(chǎn)業(yè)的控制。國產(chǎn)化后價格更低，預(yù)計每臺挖掘機可降低成本近0.4萬元。應(yīng)用方案二對整機改動較小，可先進行此方案的研制。選擇國內(nèi)已批量生產(chǎn)起重機用高壓液壓閥制造廠試制并批量生產(chǎn)換向閥，并對其進行電控化改進，將其應(yīng)用于國內(nèi)主機廠，達到提高利潤、國產(chǎn)化水平的目的。