液压机械系统的自动化设计

2019-04-12王晨

中国新技术新产品 2019年2期

王晨

（深圳市钻通工程机械股份有限公司，广东深圳 518000）

液压挖掘机主要依靠操作人员对液压操作手柄及行走操纵杆的操作来完成挖掘工作。液压挖掘机的操作效率与操作人员操作机器的熟练程度有很大关联，当他们需要完成大量高强度作业时，工作精度得不到保证。因此，实现对液压挖掘机操作系统的自动化设计，可以极大地缓解工作人员的劳动强度，并且有助于提高生产效率。同时，也进一步推动了现代控制理论及电液控制技术的发展。基于此，该文对液压挖掘机工作装置的自动化设计进行了探讨，希望能为相关的研究工作提供参考。

1 液压挖掘机的液压自动控制系统设计

通过对WY1.5型液压挖掘机原液压系统进行分析，我们可以了解该装置液压系统主要包括油箱、铲斗油缸、溢流阀、散热器、整机回转马达、工作装置偏转油缸和三联齿轮油泵等部件，三联齿轮油泵中用于换向分流的阀门主要有3个通道，而且这3个通道主要具有2种流量速率，其中1个流量速率为3 L/min，另外2个为8 L/min，推土铲的供油装置为一个齿轮泵，它的流量为3 L/min。推土铲在不工作的状态下，其中的高压油直接返回到油箱中。将一个换向阀安装在整机的回转马达控制阀之后，可以更好地控制和切换整机回转马达同工作装置偏转油缸之间的油路状态。

1.1 改造液压系统

为了更好地实现高压油在杠杆操作系统和高压电控系统之间的切换，可以选择2个两位两通的切换阀来完成。而通过运用一个卸荷阀，可以使整个系统在不运转的情况下达到回流或者卸荷的目的。可以借助一个合流阀来实现该系统的双泵合流，通过观察原来的手动杠杆操作系统可以发现它在动臂提升的状态下，具有一段时间的下降然后又迅速提升的现象，虽然动臂下降的时间较短并且幅度不大，但是仍然会导致较大的安全隐患。为此，可以将一个液控单向阀安装在新的电控系统中。通过软件编程可以更好地控制电磁换向阀的工作状况，而且该系统的工作状态不受操作者工作情况的影响。

1.2 选择合适的液压系统元件类型

在实际工作中我们可以对液压系统中的各个元件类型进行选择，在装配上文的2个切换阀和卸荷阀时，可以选择型号为3W6A-61B/CG24N9Z5L的换向阀；在装配合流阀时，可以选择型号为3W10A-31B/CG24N9Z5L的换向阀；对于左、右行走马达及整机的回转马达可以选择型号为4WRE6E20-10B/24NZ4/M的比例换向阀来进行装配；此外，也可以选择规格为4WRE10E64-10B/24Z4/M的比例换向阀来安装斗杆油缸、动臂油缸及动臂油缸；也可以根据换向阀的流量大小及原装置的工作压力，来选择溢流阀、单向节流阀及其他的液控单向阀的型号。

2 挖掘机自动控制的软件设计

为了更好地控制和调节电控挖掘机中所有执行机构的工作状态，需要对10组电磁比例阀进行有效调节。即需要6块三位四通、电压为24 V直流、最大电流为1.5 A的电磁比例转向阀，需要4块两位两通电压为24 V直流、功率为30 W的电磁比例转向阀。

2.1 移动车辆控制器接口设计

该执行机构包括6块三位四通电磁比例阀，为了确保它们可以正常工作，需采用12个PWM接口来进行控制，使它们可以接受3个模拟输入口的反馈信息。然而由于每块比例阀在同一时间段内只能由1个信号进行控制，所以为了确保可以对同一个比例阀的2个电磁比例线圈进行控制，可以选取1路PWM以及1路控制信号来实现。因此，通过这样的组合方式，可以借助6个PWM及数字口来更好的控制挖掘机的所有工作装置。3块阀6路反馈信号可以与控制器的6个模拟输入口连接，手动及电动控制切换阀有2块，由于它们的动作具有一致性，所以可由1路控制信号与电源来控制这2块换向阀的相关动作。移动车辆控制器中总共有12个数字口位，并且可以选择数字输入口7来控制小型继电器，更好的接通或者切断换向阀电源。由2路数字接口来控制卸荷及合流阀。PWM口可以被用作数字口，因此，可以用数字口8来控制卸荷阀，用PWM口7来控制合流阀。

2.2 挖掘机自动控制的设计和实现

根据相关设计要求，各个工作装置可以借助控制器来完成相应的动作。由于缺少反馈信号，因此可由电磁比例阀的作用时间与开度大小来控制各个工作装置的动作。整个流程可采用主程序调用子程序的方式来完成，并且按照IEC61131的标准，每一个子程序需按照规定完成一个动作，具体的程序图示如图1所示。在控制工作装置的子程序时，可以根据实际测量的数据调整PWM口的输出电压，进而确保各个工作装置中的子程序在正常工作时可以按照一定的速度来运行。为了尽可能多的降低能量损失，合流阀与卸荷阀在工作时需严格按照逻辑关系并且同工作装置一起动作。此外，为了可以实现卸荷阀及合流阀的自动控制功能，应在主程序中设置布尔型全局变量。