变量系统液压挖掘机回转机构转台运动分析CAD.pdf

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2001年6月西北建筑工程学院学报(自然科学版)Jun.,2001第18卷第2期J.ofNWInst.ofArch.Eng.(NaturalSciences)Vol.18No.2变量系统液压挖掘机回转机构转台运动分析CAD王述彦1,洪昌银2(1.长安大学工程机械学院,陕西西安710061;2.重庆大学机电工程学院,四川重庆610045)摘要根据双泵双回路全功率变量泵驱动的液压挖掘机的特点,详细地分析了该驱动方式下液压挖掘机回转机构的一般运动规律.挖掘机作业时,转台运动分析满斗回转工况应按全功率变量泵系统考虑,而空斗返回工况应按定量泵系统考虑.在此基础上建立计算模型,研制计算软件.通过实例计算,完成了对WY40液压挖掘机回转机构转台运动分析;得出相应的计算结果,绘制出了转台运动动态特性曲线.关键词液压挖掘机;回转机构;全功率变量泵;转台运动分析中图分类号TU621文献标识码A文章编码1001-7569(2001)02-0045-06CADofkineticanalysisfortheuppercarriageoftheslewingmechanismofahydraulicexcavatordrivenbyvariabledisplacementpumpsWANGShu-yan1,HONGChang-yin2(1.CollegeofEngineeringMachinery,ChanganUniversity,Xian710061,China;2.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing610045,China)Abstract:

Basedonthecharacteristicsofahydraulicexcavatordrivenbyvariabledisplacementpumpswithtotalconstantpowercontrol,thegeneralmotionlawoftheslewingmechanismofahydraulicexcavatorisanalyzedindetail.Thekineticanalysisoftheexcavatorwithafullbucketisconsideredwithvariabledisplacmentpumpsystemandonewithanemptybucketisconsideredwithfixeddisplacementpumpsystemwhileitworks.Thecalculationpatternsandthesoftwareunderthebasisofthekineticanalysisisestablished.ItcompletesthekineticanalysisfortheuppercarriageoftheslewingmechanismofWY40hydraulicexcavatorthrougharealexampleandobtainstherelevantresults.Finallythedynamicdiagramsaredrawnup.Keywords:

hydraulicexcavator;slewingmechanism;variabledisplacementpumpwithtotalconstantpower;rotationteskkineticanalysis回转机构是液压挖掘机重要机构之一.据统计:

回转机构的回转时间约占整个工作循环时间50%70%;能量消耗约占25%40%;回转机构液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30%40%.因此,正确地研究回转机构对提高生产率和功能利用率,减少工作装收稿日期2001-03-05作者简介王述彦(1963),男,辽宁大连人,长安大学讲师,主要从事工程机械理论研究.置的冲击等具有十分重要的意义.1转台运动分析双泵双回路全功率变量泵是中小型液压挖掘机最常用的传动型式.在挖掘机作业时,当铲斗装满土举离地面后,转台的回转运动与动臂液压缸的举升运动一般都进行复合,两条回路的压力之和超过了泵的起始变量压力.在空斗返回阶段,即从卸载位置返回到挖掘位置,只要铲斗在停机面以上,两条回路的压力之和总是小于泵的起始压力.因此,转台的回转运动特性就是满斗回转工况应按全功率变量泵系统考虑;空斗返回工况应按定量泵系统考虑.为了分析方便,假定回转机构为纯液压制动.1.1满斗回转过程1.1.1满斗起动阶段1.1.1.1变量泵?

P-Qx关系特性设:

P1为满斗从停机面举升到所需要的卸载高度时,动臂液压缸的平均压力,MPa;P2为回转机构过载阀的调定压力;P2min为回转机构过载阀的最小压力;P2x为回转马达的瞬时工作压力;Qmax为对应于全功率变量泵起始变量压力P0的流量,l/min;Qmin为对应于两泵瞬间工作压力和?

P(?

P=P1+P2)的流量;Qx为对应于P2x的流量.根据双泵双回路全功率变量泵的特性,有:

a)当?

P2P0时,泵工作在定量阶段,Qx=Qmaxb)当?

P=P1+P2时,泵工作在定量阶段,Qx=Qmaxc)当2P0?

P!

则应通过式(16),(17)用试凑法求出wx.1.2空斗回转过程由于空斗返回与动臂缸回缩时两条回路的压力和通常小于泵的起始变量压力,因此,空斗返回工况按定量系统考虑,其运动特性见文献1.2实例计算现对双泵双回路全功率变量泵驱动的WY40型液压挖掘机回转机方案作实例计算.已知,原始参数为:

P0=13MPa;Qmax=250l/min;P2=24MPa;q=160ml/min;?

v=0.98;?

m=0.95;?

2=0.95;?

3=0.95;i1=28,i2=86/12=7.167;i0=i1i2=200.676;P=16.885MPa;G=40t;J=414700kg?

m2;J0=236500kg?

m2;!

=1.571rad,或90;n=7.63r/min;或wmax=0.799rad/s;M0=105205N?

m;Mz=143184N?

m.从以上参数可求出全功率变量系统特性(图4)、转台动力特性(图5)、转台回转运动特性(图6)及回转机构有关参数计算(表1).图4系统压力与流量关系曲线图5驱动力矩与转速关系曲线表1回转机构有关参数计算结果i0N/kWM2/Nmwmax/(rad?

s-1)0/(rad?

s-1)t/s/(rad?

s-2)200.67691.071143184.40.7990.6568.1650.60549第2期王述彦,等:

变量系统液压挖掘机回转机构转台运动分析CAD3结果分析1)该机回转机构转台运动速度图形为三角形梯形.其特点是满斗回转呈三角形,空斗图6转台回转运动参数图返回呈梯形,满斗最大转速小于空斗最大转速,回转循环时间为8.165s.2)由于满斗回转阶段无匀速阶段,在满斗制动瞬间加速度方向正变为负,加速度突变值为0.501rad/s-2.3)在满斗起动阶段中,恒力矩驱动阶段较长,而变力矩驱动阶段相对较短,因而,溢流损失较大,溢流损失为速度图中所有三角形面积之和,其大小为2.377.4)因为其速度图形为三角形梯形,整个回转循环中只有满斗回转阶段中的变加速阶段和空斗回转的匀速阶段中没有能量消耗,所以,相对双梯形图回转机构能量消耗较大.5)鉴于该机原方案回转性能某些不足,故需对回转机构作一定的调整.参考文献1同济大学,重庆建筑大学,哈尔滨建筑大学.单斗液压挖掘机M.北京:

中国建筑工业出版社,1986.2陈世教.全功率变量泵驱动的液压挖掘机回转机构运动参数计算J.重庆建筑大学学报,1992,(9):

1216.3冯培恩.液压挖掘机回转机构运动分析和参数选择J.工程机械,1994,(4):

813.50西北建筑工程学院学报(自然科学版)第18卷

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