180FV装载机液压系统研究

180FV装载机液压系统研究摘要随着工业技术的发展,能源短缺的问题将日趋严重。工程机械作为能源消耗的一部分,对于节能技术有新的要求。装载机是工程机械中主要的铲土运输机械,保有量大,应用广泛。装载机作为装载机的典型产品,对其进行节能技术研究不仅具有重要的理论指导意义而且还具有重要的工程应用价值。本文通过分析现有180FV型装载液压系统动态特性和能耗，针对系统能耗高，效率低，热平衡温度高等问题，对装载机液压系统作业节能技术进行分析，并对系统的散热特性进行分析和改进。关键词：装载机液压系统180FV180FV装载机液压系统前言装载机作为一种多用途的工程机械，可对松散物料进行装卸作业，对物料进行短途运输，在特定工况下还可类似推土机平整清理场地，在道路、桥梁、矿山、建工等国家基础设施建设领域发挥着重要的作用。随着我国经济社会的发展，能源短缺问题日渐凸显、环境污染严重，节能减排成为当前社会发展的主流。装载机作为大功率、高油耗、高社会保有量的工程机械设备，其节能减排技术是目前发展的重点。当前我国装载机的产销量在世界范围内都处于高位，也是在工程机械行业内我国国产品牌少数几个可以与国外产品相抗衡的机型,但技术革新方面我国主机厂在近年来进展缓慢，发动机油耗高排放恶劣，采用定量液压系统，散热系统采用粗放式的解决方法，系统热平衡温度偏高，整体的能耗与排放都偏高。装载机作为机、电、液一体化的机械装备，满足人机工程学的设计原理，采用现代化的技术手段对装载机进行技术革新，提高系统效率降低系统能耗，是当前工程机械技术人员研究的重点。本文以轮式装载机定量泵液压系统作为载体，在液压系统中加装储能及控制元件，通过相应的能量管理策略减小液压系统中的能量损失，为实现整机的节能减排提供一种新方案，实现经济性与高效率的结合。1装载机液压系统简介1.1装载机液压系统装载机液压系统属于开式回路，按照控制方式不同可分为节流控制、负荷传感控制（LS）、流量分配控制（LUDV）等。现有装载机定量液压系统采用齿轮泵驱动，转向泵经优先阀为转向液压缸供油，不转向时同工作泵双泵合流为工作装置液压系统供油。通过控制多路阀的换向来实现铲斗铲掘和动臂举升等作业，为防止装载机高速行驶时整车前后颠簸，在动臂液压缸油路加装稳定模块，改善驾驶的舒适性及车辆行驶的平稳性，系统构成如图1.1所示。负荷传感控制（LS）和流量分配控制（LUDV）同属于负载敏感系统，原理如图1.1、1.2所示。其工作特性是根据负载的大小来改变泵的输出功率，核心技术是负载敏感和压力补偿。负载敏感是指通过检测负载的压力、流量等情况，向液压系统进行反馈，进而达到流量控制、恒功率调节、恒力矩控制等目的。将负载的信号反馈给液压泵，实现泵的输出压力、流量控制。压力补偿是指将阀门进出口两端压力补偿为定值，由流量基本计算公式，当压差不变，只要改变节流口的流通面积，就能控制流向执行器的流量，且不受负载变化的影响。图1.2Ls系统原理简图图1.2LUDV系统原理简图1.2液压系统节能技术装载机的液压系统主要用来完成整机的制动以及动臂、铲斗提升翻转等动作需求。但液压系统效率通常较低，并且存在溢流等能量损失，导致装载机整机的作业效率低，同时还带来系统发热问题。液压系统节能技术主要是减少液压系统无用功消耗，主要包括以下几个方面：采用差动回路设计，并在下降过程中使工作泵卸荷，可减少节流损失，提高作业效率；采用双泵系统，并根据工作过程进行合流、分流，使系统的压力和流量相匹配，以减少溢流损失；将变量柱塞泵应用于装载机，并采用负荷敏感技术，将液压系统由阀控改变为泵控，使系统的流量和压力与负载匹配，以减少溢流损失，大幅度地提高整机效率；采用具有高功率比，体积小、可无级调速、高效区宽、布局灵活、换向方便、控制方式多样和功率利用合理的静液压传动系统。以上这些对提高装载机的工作效率起到了一定的促进作用，但这些方法并不能从根本上解决发动机燃油效率低和高排放的问题，而混合动力技术能够将能量进行回收再利用，它将是装载机节能发展的方向。1.3装载机液压系统的的特点1.3.1传动装置连接布置简单由于液压马达可直接连接在车轮上对车轮进行直接驱动，省去了传统机械传动系统中的变速器、变矩器、传动轴等机械装置，在布置液压元件的时候更加灵活。全液压传动方案按系统的选择可分为高速传动方案和低传动速方案。高速方案由液压马达连接变速箱，然后通过驱动桥和轮边减速器等装置驱动车轮。高速方案中，液压泵和液压马达都有较大的变速范围。如果再对速比进行恰当的选择以及档位进行合理设置，就能够得出一条满足工程机械使用要求的功率特性曲线。而且，高速轴向柱塞马达的功率/重量比较高，综合各方面的因素考虑，目前工程机械领域采用全液压传动系统方案的选择高速方案的比较多。低速方案是在工程机械的车轮上安装低速大扭矩马达来驱动，省去了中间传动元件，结构更加简单，操作布置也更加方便。相对于普通马达，低速大扭矩马达转速比较低，但排量大，输出扭矩比较大，低速稳定性好。相对于高速方案，低速方案由于马达容积效率低，变速范围窄，因此更适合速度变化范围小的机械。1.3.2操纵和控制灵活全液压系统传动通过改变斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角方向的变化来控制油液的流向，取代了换向阀。这种换向方式起停性能更好，操作更加灵活便捷。全液压系统中根据液压流量的调节方式不同分为四种方案：定量泵-定量马达、定量泵-变量马达、变量泵-定量马达、变量泵-变量马达。改变泵和马达流量，即可对工程机械速度进行无级调速。这种传动方式在提高作业效率的同时能够有效降低工人的疲劳度。全液压驱动系统容易实现对系统的闭环控制。车辆中安装有各种传感器进行信息采集，可将发动机转速，马达转速以及液压系统的压力等信息反馈给微型控制器。通过合理匹配行走功率和工作装置功率，可以充分利用发动机功率，保持发动机工作在高效区，提高燃油经济性，降低排放污染。1.3.3传动性能优越传统的液力机械需要通过变速箱来改变行驶方向，在装载机作业过程中需要经常性的前进后退，因此需要频繁通过变速器改变档位方向，变速器换挡过程中需要不断的接通与断开动力，而换挡存在冲击。全液压系统转矩性能更好，能够快速的起停与实现车速以及方向的改变，换挡响应快，也更加灵活。全液压系统中，外负载决定了系统的工作压力，在负载功率较小的情况下，车辆的行驶速度和工作压力可分开控制。因此，即使外负载有一定程度的波动，车辆可保持原有的速度不变，该系统具有较好的速度特性。全液压传动系统中，由于系统压力取决有负载，系统能够快速建立起与负载平衡的压力，满足工程机械对于力矩的要求。1.3.4低速性能好全液压系统采用低速大扭矩马达稳定转速可以降至1r/min以下，低速性能非常好。液压传动系统在静态时对应了较大的阻力矩，在启动时可以获得较大的系统压力，因此可以得到较大的启动力矩，这对作业中的装载机的带载起动有重要意义。如飞机牵引车、叉车等，除要求有较高的加速性能和运行平稳外，还要求有大的起动力矩，因此，在这种车辆上行走机构大多采用液压传动。2180FV装载机现行液压系统分析2.1180FV装载机液压系统180FV轮式装载机主要系统组成:操作系统、动力传动系统、电气系统、制动系统、液压系统、工作装置系统等6大系统。液压系统主要包括转向液压系统、工作装置液压系统及操作液压系统。工作装置和转向机构均采用液压系统，也是装载机功率消耗的主要部分。工作装置和转向系统有单泵液压系统、双泵液压系统、双泵优先转向系统、多泵供油系统等。现行的双泵液压系统有几种油路形式(1)工作泵和转向泵各自独立;(2)双泵单稳转向系统:转向系统的油液可以合并到工作装置液压系统实现合流;(3)双泵优先阀转向系统:当不需要转向工作时，转向流量全部合流到工作装置液压系统，本文以现行180FV轮式装载机为研究对象。图2-1180FV轮式装载机液压系统简图1-转向阀:2-储气筒;3-电磁开关;4-双作用安全阀;5-铲斗油缸;6-分配阀;7-动臂液压缸;8-转向液压缸;9-锁紧阀;10-流量控制阀;工作泵由发动机带动，经多路换向阀进入液压油缸，动臂和铲斗在动臂油缸和产斗油缸的驱动下，绕铰接点实现铲斗的铲掘、装载、提升、卸料、收斗及动臂举升和下降，完成油缸向机械能的转换。动臂油缸伸缩，动臂绕后端铰接支架旋转，铲斗将会提升和下降。摇臂后端与翻转油缸连接，中间和动臂铰接，前端和拉杆连接。转斗油缸动作时，摇臂绕中间铰接点转动，连杆的连动实现铲斗的收斗和卸斗。装载机在作为行走工程机械，方便的转向系统是非常重要的。目前装载机普遍采用全液压转向系统，其特点是转向器与转向轮之间非机械连接(液压管连接到转向油缸)，安装布置方便，转向力矩小。转向泵、转向器及其相匹配的优先阀、转向油缸等组成装载机转向液压系统。装载机要求的功率即负载功率，但其输入功率是发动机的总功率。其能量损失主要是液压系统损失，系统的匹配损失，机械损失，动能及势能损失。其中液压系统损失主要有溢流损失、节流损失、卸荷损失、沿程损失。2.2装载机工作装置液压系统工作装置机构有:举升缸、动臂、连杆、铲斗、翻斗缸、摇臂，其中主要机构是动臂和铲斗。装载机工作装置液压系统主要由工作泵、多路换向阀、举升油缸、翻斗油缸等组成。装载机工作装置的四个作业循环为，分别是:铲掘，移运，卸料，回程。(1)插入阻力装载机驶进料堆时放下铲斗，以一定倾角插入料堆少许，此时产生插入阻力，即料堆对铲斗的反作用力。在加大发动机油门的同时，逐渐后倾铲斗及提升铲斗将物料铲入斗内。最大插入阻力是由装载机的最大牵引力决定的。可用以下公式来计算装载机的最大插入阻力式中M-变矩器涡轮输出力矩：i-变矩器涡轮至轮边的传动比；-传动系总效率；Rw-轮胎的动力半径(2)掘起阻力:产生在提升动臂时料堆对铲斗的反作用力(3)物料重力Fg：物料重力在铲斗收斗时为最大值2.3装载机转向液压回路180FV液压转向系统组成:转向泵、优先阀、转向器、转向缸、液压油箱等。转动方向盘时，液压油经转向器被分配到左右转向缸，推动转向油缸活塞运动，实现转向。180FV型轮式装载机，其所用转向阀的结构分为转阀式和滑阀式两种，而以滑阀式居多。本类装载机采用的是折腰式液压转向结构，车架的前、后两部分互相铰接，而转向油缸的活塞杆和缸筒分别与前车架，后车架相铰接。通过操纵方向盘，使左右转向油缸分别做伸缩运动，从而折转前后车架使装载机转向。其转向液压回路如图2-2所示，主要由转向油缸1、转向油泵5、全液压式转向器7等组成。装载机不转向时转向阀处于中位，转向油泵的输出油液经转向阀流回油箱。因转向阀芯和阀体的轴向间隙在制造时已得到严格控制，此时虽然转向油缸两腔都通回油，但因滑阀的阻尼作用，使油缸中能形成一定的压力，使转向反应灵敏，而且该阻尼作用能维持装载机直线行驶的稳定性。装载机转向时转向阀芯的移动使转向油缸一腔通压力油，另一腔通回油路，从而实现转向。180FV型装载机用的转向阀与转向器用螺栓连接成一体，并固定在后车架上。转向阀属于三位四通阀，中位为X机能。合理的阻尼作用使得转向系统既反应灵敏，又具有较高的效率，且结构较常压式的简单。如上所述，不转动方向盘时滑阀处于中间位置，转向阀的中位机能保证转向油缸两腔具有较小的压力，维持装载机直线行驶;向右转动方向盘时螺杆和滑阀一起轴向向下移动，于是两转向油缸的一个伸长、一个缩短，使装载机向右转向。与此同时，前后车架的相对转动，通过反馈杆的反馈作用，使滑阀回到中位，停止转向;反之，向左转动方向盘时装载机向左转向。图2-2180FV型装载机转向液压回路1-转向液压缸:2-流量增益阀;3-滤油器;4-冷却器;5-转向液压泵;6-减压阀;7-液压式转向器为使转向过程不受柴油机转速变化的影响，该转向液压回路中设有恒流阀。它由节流板、调压阀和锥阀等组成。工作时液压油液由进油口进入恒流阀，并经节流板上的孔进入转向阀，通过阀体内部的孔道使节流板两侧的压力分别作用于调压阀的两端，柴油机转速升高时因液压泵的输出流量增大，通过节流板孔的流量加大，从而节流板两侧压力差增大。当通过节流板孔的流量达到一定值时，节流板两侧的压力差将克服调压弹簧的预紧力，使调压阀芯左移、调压阀芯开启，一部分油液流回油箱，使进入转向阀的流量受到限制，转向油缸移动速度将不致因柴油机转速的变化而忽快忽慢。当装载机转向阻力过大时，恒流阀中的锥阀开启，保证转向液压系统的安全。阻尼孔的作用是防止调压阀移动速度过快而造成的转向运动不稳定现象的发生。2.3.1转向泵转向泵是为液压转向回路提供能量的元件，即将电机的扭矩和转速转换成有一定流量和压力的形式输送到转向液压系统中去。目前转向系统中经常采用的定量泵，其供油方式为粗放型，能使多余的液压直接溢流。节能变量泵也在国内装载机上应用，这种系统称为泵控转向系统，泵的压力总是等于负荷压力与节流压差之和。液压泵是液压系统的原动件，它的性能效率对节能有重要意义。泵作为起始能量转换装置，对液压系统的总效率影响很大，所以要想提高能量利用率首先需选择合适的动力源。至于液压泵的总效率，一方面取决于机械效率和容积效率以及液压泵的结构形式，另一方面又与使用压力、液压泵转速及体粘度等因素息息相关。因此可采用一下方式来提高液压泵的总效率:(I选用合理的液压泵。一般压力小于2.5MPa时选用齿轮泵;在2.5MPa到6.3MPa之间选用叶片泵;在大于6.3MPa时选用柱塞泵。表1为常用泵的效率。(2)选用合理的液压泵转速。提高液压泵效率的最佳转速一般在1000-1800r/min范围内。(3)选用合适粘度的液压油。液压油粘度越高泄露越少，摩擦阻力也越大，此时虽然容积效率提高了，但机械效率相对降低，影响泵的自吸能力。而使用低粘度液压油时，结果恰恰相反。表2-1常用液压泵效率类别 柱塞泵 螺杆泵 叶片泵 齿轮泵容积效率 0.850.98 0.850.95 0.800.95 0.700.90机械效率 0.750.90 0.700.85 0.750.85 0.600.80总效率 0.750.85 0.750.80 0.750.80 0.600.752.3.2全液压转向器（1）全液压转向器结构组成转向器按系统分为开芯，闭芯和负荷传感等，其中负荷传感又分为静态信号和动态信号负荷传感转向器。从功能上讲，BZZ系列全液压转向器分为:开芯系统.闭芯系统和负荷传感系统.转向器处于中位位置时，油泵将液压油供入转向器“p;口，油液进入转向器内。开芯系统中，压力油经由阀芯阀套副内腔回油，至转向器“T”口流回油箱，闭芯系统中转向器处于中位位置时，油不能经过转向器内部回油，系统恒压。1)方向盘不转(即中间位置)图2-4(a)为全液压转向器在中位工作时的示意图。阀芯、阀套受定中弹簧片的作用，在中位状态，转向油泵提供高压液压油，油液流经阀芯、阀套的端的两列小孔，接着进入阀芯内，接着经过油口T，然后流回油箱。方向盘不转动的时候，定中弹簧作用。因为油口R和L都被阀芯堵塞住，因此转向油缸里的油液不流动，从而活塞保持静止，装载机朝着固定的方向行驶。图2-3全液压转向器结构1-连接块(内花键连接没有该零件)2-前盖3-螺钉4-弹簧垫5-0型密封圈:6-X密封圈7-挡环8-推力轴承9-滑环10-0型密封圈11-隔板12-定转副13-后盖14-螺栓15-限位块16-联动轴17-阀芯阀套副18-阀体19-钢球20-限位螺栓21-0型密封圈22-弹簧片23-拨销24-FK组合阀2)向左转向图2-4(c)为全液压转向器向左转弯的示意图。方向盘转动，从而使阀芯逆时针转动，此时，定中弹簧单向受压力。从而阀芯相对于阀套转动，转动的最大角度为3010之后，阀套上的进油口P与阀芯油槽连接成通路，液压泵提供的油液流经阀套和阀芯上的小油槽，又经阀套流回定子和转子，从而使转子和定子相对转动。另外，从转子和定子流出的油液，流经阀套后从油口L进入左转向油缸大腔，从而油缸活塞杆伸出，推动车架，车架带动带动车轮左转向，油缸小腔的油液则从油口R流入阀套、阀芯回油槽，进而从阀套上面的回油孔流回油箱。左转时，左转向油缸有杆腔与右转向油缸无杆腔相通，油液进入小腔，活塞杆缩回油缸，车轮左转;左转向油缸大腔通右转向油缸的小腔，油液从右转向油缸小腔，经左转向油缸的大腔流入R口，从阀套回油孔径油口流回液压油箱。图2-4(a)全液压转向器的工作示意图(中位时图2-4(b)全液压转向器的工作示意图(中位时)当阀芯、阀套之间的相对转角为1.5的时候，油路开始接通，转子旋转，转向油泵的油通向油缸，供油量与方向盘转角是正比关系。当方向盘左转一角度，并保持不变时，因前述油道处于开口状态，使来自转向油泵的液压油带动转子右转，在转子转角等于方向盘转角时，转子会带动阀套，“随动”左转，直到在定子弹簧作用力下，阀套、阀芯回到中间位置，所转角度等于方向盘的转角。此时，阀套与阀芯相对转角为零，转子和转向油缸的通道闭合，从而转向油泵的油液进入阀套，经过阀芯的回油槽，从阀套的回油孔回油箱，转向完成。若方向盘继续转动，则转子、阀套连续随动至极限位置。这就是液压反馈随动原理。图2-4(c)全液压转向器的工作示意图(左转向)3)右转弯图2-4(d)是转向器右转的示意图。方向盘右转，带动阀芯沿顺时针方向旋转，转向原理同左转向。4)人力转向在意外情况下，比如发动机熄火，或者转向泵故障，可手转向，向右转动方向盘，阀芯转动1030，经拔销，使联动轴、阀套、转子旋转，此时，转子与定子相当于液压泵。油液被转子吸出，流经单向阀、阀套和阀芯，最后流入转子泵进油腔。这样最终油液进人转向油缸大腔，活塞杆伸出，装载机右转弯。图2-4(d)全液压转向器的工作示意图(右转向)5)计量马达计量马达主要是由定子和转子等零件组成。其中，定子位于阀体下端，包含七个圆柱型的齿，转子位于定子内，包含六个齿并和联轴器花键连接。等距圆弧外摆线齿是计量马达的主要齿形，其齿廓形状使转子曲线的所有点都能够啮合，保证了转、定子曲线在任何状态下都可以构成七个腔室，互相隔离。转子轴绕定子轴顺时针旋转一周，同时，转子自身逆时针转过一个齿。转子自转一周，并绕定子转六周，转子公转一周，七个齿槽空间排油，进而转子自转使油液从密闭齿槽流出。此种液压马达排量大。3节能液压系统设计及控制策略划分3.1节能液压系统设计与中小型装载机相比，大型装载机液压系统普遍采用变量泵液压系统，虽然一定程度上解决了溢流损失问题，但其核心元件润滑情况复杂、对污染相对敏感且控制油路复杂，在耐久性等方面与国际先进产品有很大的差距，因此本文以180FV型轮式装载机转向和工作装置液压系统作为载体设计了一套节能液压系统，通过相应的能量管理策略减少液压系统中的溢流损失和部分节流损失，实现节能减排。该系统包含工作装置液压系统与转向液压系统，闭芯无反应式转向器控制转向液压缸，多路阀转斗联、动臂联分别控制转斗液压缸与动臂液压缸，定量泵为液压系统动力源。工作系统蓄能器与转向蓄能器分别作为辅助动力源串联于工作液压系统和转向液压系统，压力传感器11、21分别用于监测蓄能器10、20的压力，位移传感器4、8、12则分别监测转斗液压缸、动臂液压缸和转向液压缸活塞的位移，信号进入控制器用于判别液压缸速度是否与控制信号成正比，控制器根据系统状态对该系统进行调整。基于安全性考虑，系统应该优先保证转向系统的正常机能，所以定量泵优先向转向蓄能器供能，其次向工作系统蓄能器供能。且为保证系统的正常动作，工作系统蓄能器、转向蓄能器正常情况下均应保有对应系统工作一个循环所需求的能量。图3.1节能液压系统原理图1多路阀转斗联2多路阀动臂联3转斗液压缸4、8、13位移传感器5动臂液压缸6控制器7、9双作用安全阀10工作系统蓄能器11压力传感器12左转向液压缸14右转向液压缸15或门型梭阀16左转向限位阀17右转向限位阀18转速传感器19闭芯无反应式转向器20转向蓄能器21转向蓄能器压力传感器22安全阀23定量泵24、26、27过滤器25传动轴28发动机29油箱30三位四通电磁换向阀31、32安全阀3.2分层式节能控制策略划分3.2.1整体控制策略为定性描述控制策略，将控制策略划分为怠速模式、工作装置动作模式和转向系统工作模式，如图3.2所示。基于转向优先原则，装载机工作时优先选择转向系统工作模式，工作装置动作模式其次，怠速模式最后，三种模式之间相互联系，遍历之后返回初始状态，然后再次进行选择，循环往复，保证工作装置液压系统与转向液压系统的供能。下述中Paccz、Paccz(k+1)分别为转向蓄能器工作压力及其预测压力，P1、P2分别为转向蓄能器最低、最高工作压力，Pw、Pw(k+1)为工作系统蓄能器工作压力及其预测压力，Pmin、Pmax分别为其最低、最高工作压力，n为方向盘转速，Vn为对应方向盘转速下实测转向液压缸活塞的速度，Vnmin为对应方向盘转速n下转向液压缸活塞速度下限值，动臂联、转斗联分别为动臂联、转斗联操作手柄角度，由于逻辑判断中动臂联、转斗联操作手柄角度无区别，因此选用表示任一操作手柄角度，V为对应操作手柄角度下实测工作装置液压缸活塞的速度，Vnmin为对应操作手柄角度下工作装置液压缸活塞速度下限值。controlsignal为三位四通换向阀控制信号，controlsignal1为三位四通换向阀控制信号，controlsignal=-1时，三位四通换向阀工作在左位，controlsignal=0时，三位四通换向阀工作在中位。图3.2整体控制策略划分3.2.2转向系统工作模式该模式下包含左转向工况和右转向工况，如图3.3所示，此处仅以右转向工况为例进行说明。该模式下，驾驶员操纵闭芯无反应式转向器使P口与R口接通，右转向液压缸有杆腔，左转向液压缸无杆腔进油，装载机车体绕铰接点进行右转向。在该过程中，首先设定蓄能器压力上下限用于实现开关型控制，控制器通过位移传感器监测转向液压缸的活塞杆位移并计算其速度，判别其速度是否与方向盘转速相匹配，进而判别转向蓄能器是否与负载需求功率匹配，然后控制三位四通换向阀工作，实现定量泵输出功率分配，减少溢流损失。具体实施过程如下：转速传感器将闭芯无反应转向器转速信号（驾驶员意图）反馈至控制器，判别为转向工况：（1）转向蓄能器压力值及其预测值均高于下限值，则通过转向液压缸的活塞速度和转向器转速进行功率匹配，判别转向蓄能器输出流量是否足以驱动转向。（2）转向蓄能器压力值及其预测压力值二者中有一项低于其下限值，则说明无法保证转向系统的正常工作，所以三位四通换向阀工作在右位，优先向闭芯无反应式转向器供能，然后进行转向蓄能器判别模式。在保证转向蓄能器压力高于其下限值的前提下，控制器将转向液压缸活塞速度信号与转向器转速信号下对应的转向液压缸活塞速度下限值进行对比，有以下情况：（1）转向液压缸活塞速度高于对应闭芯无反应式转向器转速下液压缸活塞速度的下限值，说明转向蓄能器20内能量足够驱动转向。然后控制器检查多路阀转斗联、动臂联的操作手柄角度是否为0，若均为0则说明工作装置不动作，判别模式进入下一循环；若任一操作手柄角度不为0，则说明工作装置动作，控制模式进行工作装置动作模式判别。（2）转向液压缸活塞速度低于对应转向器转速下液压缸活塞速度的下限值，说明转向蓄能器内压力无法驱动转向液压缸正常工作，进行转向蓄能器判别模式（如图3.4所示）：三位四通换向阀工作在右位，此时定量泵与转向蓄能器合流，且在转向器转速不为0即转向未完成的情况下，三位四通换向阀一直工作在右位；在转向完成的情况下：若工作装置不动作或者工作系统蓄能器满足工作装置供能需求，三位四通换向阀一直工作在右位，直至转向蓄能器内压力达到其上限值，然后三位四通换向阀工作在中位，定量泵卸荷，然后进行转向系统工作模式判别；若工作系统蓄能器压力不足以驱动工作装置正常动作，则进行工作装置动作模式判别。图3.3转向系统工作模式图3.4转向蓄能器判别模式3.2.3工作装置动作模式正常作业工况下，装载机工作装置动作依次为铲斗插入物料、收斗、动臂举升、卸料、空载收斗以及动臂下降。在该节能液压系统中，由转向系统工作模式和转向蓄能器判别模式优先保证转向系统的正常工作，然后通过压力传感器监测工作系统蓄能器内压力及其变化率，利用位移传感器监测液压缸活塞位移并计算速度，通过判断速度是否低于操作手柄角度对应的速度下限值，进而判断工作系统蓄能器是否可以驱动工作装置正常动作，若可以则进行转向蓄能器判别模式，若无法满足工作装置供能需求，则定量泵通过三位四通换向阀与工作系统蓄能器合流，两者共同驱动工作装置动作。在定量泵向工作系统蓄能器供能过程中，如果转向系统供能不足，则进行转向蓄能器判别模式，若转向系统供能充足则三位四通换向阀一直工作在左位直至工作系统蓄能器的压力达到其上限值，然后再进行转向蓄能器判别模式。本文仅以收斗工况作为实施例进行说明：驾驶员控制多路阀转斗联工作在右位，转斗液压缸无杆腔进油，有杆腔回油，驱动铲斗收回。由于物料重力、阻力，铲斗受到重载，所以此时工作装置液压系统处于高压小流量状态。控制器通过压力传感器监测工作系统蓄能器内压力、多路阀转斗联操纵杆角度和位移传感器的反馈信号判断工作系统蓄能器内能量是否可以驱动转斗液压缸正常工作，然后驱动三位四通换向阀工作，使定量泵的输出功率与负载需求功率相匹配，减少溢流损失和部分节流损失。具体模式识别过程如下：（1）工作系统蓄能器内压力值及其预测压力值大于下限值，转斗液压缸活塞速度大于对应操纵杆角度下速度下限值，说明此时工作系统蓄能器内能量满足工作装置供能需求，定量泵不与工作系统蓄能器合流，工作系统蓄能器单独驱动转斗液压缸工作，然后选择转向蓄能器判别模式（2）工作系统蓄能器内压力值、预测压力值以及液压缸活塞速度有一值小于对应操纵杆角度的下限值，说明此时工作系统蓄能器不满足转斗液压缸的供能需求，则三位四通换向阀工作在左位，定量泵与工作系统蓄能器合流，两者共同为工作装置供能。且当三位四通换向阀工作在左位时，如果转向器转速为0（即转向系统不工作），三位四通换向阀一直工作在左位直至工作系统蓄能器的压力达到其上限值；如果转向器转速不为0，通过监测转向蓄能器内压力及转向液压缸活塞位移判断是否需要定量泵向转向系统供能,在优先保证转向的前提下，若需要则进行转向系统工作模式判别，若转向系统不需要供能则三位四通换向阀一直工作在左位，直至工作系统蓄能器的压力达到上限值，然后控制器进行转向蓄能器判别模式。工作装置动作模式在工作装置动作过程中循环往复，直至收斗完成。图3.5工作装置动作模式3.2.4怠速模式装载机存在怠速工况，即装载机既不工作也不转向，控制方法如下：在该工况下控制器进行怠速模式识别，如图3.6所示。优先监测转向蓄能器压力:若低于其上限值，则进行转向蓄能器判别模式。若转向蓄能器压力达到其上限值,则判断工作系统蓄能器压力是否达到其上限值：若工作系统蓄能器压力低于其上限值，则定量泵向其供能，三位四通换向阀工作在左位，而且同时通过转向器转速，多路阀操作手柄角度用于判断转向、工作系统是否动作，任一系统动作则进行相应的模式判别，均不工作则三位四通换向阀一直工作在左位直至工作系统蓄能器压力达到其上限值，然后三位四通换向阀工作在中位，定量泵卸荷，返回初始状态；若工作系统蓄能器压力达到其上限值，定量泵卸荷，三位四通换向阀工作在中位，判别模式返回初始状态进入下一循环。图3.6怠速模式基于串联式混合动力构型提出一种新型节能液压系统，采用开关功率跟随的控制方法，提出相应的控制策略，使蓄能器工作压力限定在一定范围之内，同时利用液压缸速度与转向器转速、多路阀控制信号对蓄能器输出功率与负载需求功率进行匹配，在保证该系统正常工作的前提下，降低油耗，实现节能。总结随着经济建设的快速发展，加之受节能环保的要求，用户对操作质量要求不断提高，变量系统必然成为液压系统的市场主流。本文以轮式装载机定量泵液压系统作为载体，在液压系统中加装储能及控制元件，通过相应的能量管理策略减小液压系统中的能量损失，为实现整机的节能减排提供一种新方案，实现经济性与高效率的结合。参考文献1徐礼超,葛如海,常绿.Acquisitionmethodofloadtimecourseofloaderhydraulicsystemundertypicaloperatingconditions%典型工况下装载机液压系统载荷时间历程的制取方法J.农业工程学报,2012,028(006):57-62.2徐进永,罗士军,张子达.基于模糊故障树分析法的装载机液压系统故障诊断系统J.吉林大学学报(工学版),No.131(03):569-574.3张毅,俞小莉,谭建勋,etal.装载机液压系统过热问题的研究J.工程机械,2015,36(6):47-50.4郭洪江.XGL50装载机液压系统热平衡问题的研究D.吉林大学,2014.5王剑鹏.50型轮式装载机液压系统热平衡分析D.2017.6刘少辉.某型装载机液压系统载荷谱的编制D.集美大学,2019.7司癸卯,雷福伟.装载机液压系统远程服务专家系统研究J.液压与气动,2016(9):56-58.8李洪元,钟炜华,吴晓明.一种新型多级压力源装载机液压系统仿真研究J.液压与气动,2018,326(10):101-105.9曹洵铖,彭曦乐,全家民.一种装载机液压系统体外循环过滤装置J.工程机械,2015,36(6):47-50.10吴国梁1.浅析几种常见的装载机液压系统J.内燃机与配件,2019,000(002):P.59-60.11刘银丁,戚鹏伟,王雷.基于FluidSIM的装载机液压系统设计及分析J.装备制造技术,2018(5).12罗剑.轮式装载机工作装置液压系统的仿真分析J.国外电子测量技术,2019(5):62-64.13林泓凯.轮式装载机工作液压系统常见故障探析J.中国战略新兴产业,2018(5X):169-169.14梁银飞,龙尚成,龙广全.LG856型装载机铲斗翻转速度失控故障排查J.工程机械与维修,2018(3):111-111.15李珊珊,刘硕,董利超.某型发动机罩液压举升机构的应用J.内燃机与配件,2019(14).16朱艳平,张安民,丁平芳,etal.装载机动臂下降缓慢的原因及改进过程J.工程机械与维修,2018(3).7张建,冀宏,蔡铮,etal.装载机定变量液压系统工作原理与节能分析J.液压与气动,2018(1):9-16.18冀宏,张建,蔡铮,etal.装载机定变量式工作液压系统动态特性与能耗分析J.兰州理工大学学报,2019(3):46-50.19徐礼超,李炜,秦超,etal.装载机发动机输出功率分配特性的试验研究J.机械设计与制造,2018(7):66-69.20牛德山.小松WA470-3型装载机行驶异常故障排查J.工程机械与维修,2018(4).21王小龙.凯斯TR320型履带式滑移装载机J.工程机械与维修,2018(3).22姜炜,王涛,谭艳辉,etal.装载机手柄转向系统的研究和应用J.内燃机与配件,2018(11).23张乃健.装载机电气系统设计简要分析J.中国设备工程,2018(12).