装载机工作装置液压系统(附件)
装载机作为工程机械的重要组成部分，其能耗问题越来越受到人们的关注。本文以ZL50G装载机为研究对象，首先介绍了工作装置液压系统结构与工作原理，应用AMESim软件建立了其仿真模型，在设置动臂缸与转斗缸外负载力以及发动机转速等参数后对其进行了仿真；其次分析了传统装载机工作装置液压系统存在的不足，从节能角度出发将定量泵改进设计为变量泵，介绍了变量泵的结构与工作原理，建立了改进后的AMESim液压系统模型并进行仿真；最后通过对比分析改进前后装载机液压系统工作泵的输出压力、流量变化曲线，验证了改进后的系统具有一定的节能效果。关键词 装载机，工作装置液压系统，AMESim，建模仿真，改进设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文的主要研究内容 3
2 装载机工作装置液压系统简介 3
2.1 系统总体结构与工作原理 3
2.2 先导阀结构与工作原理 4
2.3 多路阀结构与工作原理 5
2.4 先导阀与多路阀集成后的结构与工作原理 6
3 装载机传统工作装置液压系统建模及仿真 7
3.1 建模软件选用 7
3.2 工作装置液压系统主要部件建模 8
3.3 主要部件加载信号的录入 10
3.4 工作装置液压系统仿真 13
4 装载机工作装置液压系统的改进设计 14
4.1 传统工作装置液压系统能量损失分析 14
4.2 系统改进方案设计 15
4.3 改进后的系统建模及仿真 17
4.4 系统改进前后能耗对比分析 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
装载机作为铲土运输机械的组成部分，在厂房的修筑、矿山的采掘、机场的修建、水利交通的建设、码头的建造和道路开发等场合得到了广泛应用。装载机是一种高效、通用的工程机械，它既能铲卸松散物料，又能在岩石和硬土上做轻微的铲卸作业。在装载机的作业过程中，动臂、铲斗的运动和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
转向都是通过液压传动实现的，因此液压系统性能在很大程度上决定了装载机的生产率、舒适性和经济性。同时，如何有效地降低能源消耗已成为越来越多用户迫切关注的话题。
1.1 课题研究背景及意义
21世纪我国国民经济呈现出了突飞猛进的发展趋势，但能源却日渐短缺，节能减排、绿色环保已经成为全球工业发展的主导方向。我国陆续推出了对节能型产品的扶持补贴政策，积极推进国Ⅲ标准的指令。目前国内装载机由于液压系统技术的不足，使得工作泵的排量很大，转向液压系统和工作装置液压系统的效率很低，液压系统发热严重，导致能量损耗较大。
装载机作业时主要应用到的是液压系统，液压系统是装载机的主要组成部分，装载机铲斗和作用臂的提升下降是通过液压系统实现的，液压系统决定了装载机工作状态下的工作性能。所以液压系统的优劣性是装载机能否高效作业的重要影响因素。
“十二五”以来，绿色、高效、节能成为了时代的鲜明旗帜，工程机械上的节能降耗也是大势所趋。对于装载机结构而言，可从改善传统工艺和改进液压系统方面来实现节能的目的。工程机械行业的节能措施迫在眉睫，溢流损失、节流损失和中位卸荷损失是现行装载机能量损失的重心，而以上所述的这些损失都和液压系统结构有着密不可分的关系。由上述内容可以得出明确的结论，节能与高效的液压系统能够满足时代的趋势发展。
系统仿真是以计算机技术为辅助，通过模拟仿真软件对研究设计系统的节能性能作出预估，通过计算机技术的手段来解决不能在初期进行样本生产实验的研究，建立改进模型，同时可以验证所建立的模型的优劣性，降低了改进成本，也加快了改进设计的周期，大大提高了经济性。
综上所述，基于液压仿真的装载机工作装置液压系统的改进——分析液压系统的一个工作循环能耗，提出节能方案并建立改进模型是很有必要的，而模拟仿真也是今后机械部门节能改进设计的必然趋势。
1.2 国内外研究现状
1）国外现状
国外装载机的技术水平领先国内很多，许多学者在节能和能量回收方面做了大量的研究，如电子控制、电液控制等，均在液压技术中得到了广泛的应用。为了减少燃料消耗、节约消费，自2003以来，日本建立了第一个混合动力轮式装载机，小松、詹阳和沃尔沃已经开发出一种混合模型。由沃尔沃推出的装载机L220FHybrid节能效率可达到11%，其采用柴油与电能结合的混合动力，大大地提高了装载机的工作效率。
在装载机的机动性方面，卡特公司研发了924G装载机；由case公司研发的9007B型同时满足装载机的多用性和机动性两个重要性能。
2）国内现状
从二十世纪60年代开始我国逐步生产装载机，近期继国外装载机使用混合动力技术的热潮后，国内许多公司如徐工、柳工、三一等都主打使用混合动力的装载机，一些学者也做了相应研究。柳工集团在BICES会议上展现了依靠自己研发的全国最大的轮式装载机。
在装载机的液压系统方面，王剑鹏运用AMESim模拟仿真软件模拟了装载机的工作装置液压系统，结合实机参数和实验结构对仿真模型中的各个元件进行了参数的确定，并对元件压力进行了仿真，分析了实验测试机构和仿真结果的差异，验证了模型的正确性[1]。王小斌对在外负载力影响下模拟仿真了装载机液压系统的性能，分析了一个工作循环下各个阶段的外负载力，并且运用到功率结合图法对液压系统进行数学建模，为装载机的高压化理论提供理论支撑[2]。
对于工程机械来说，现在发展的一个重要趋势是研究液压系统存在的能量损耗问题及做出相应的改进，一般可从泵、阀、缸和油路等各个部位液压元件对装载机工作装置液压系统的能耗影响方面进行研究。
国内目前存在的绝大多数装载机都是采用定量泵驱动系统，这种工作泵在所有工况下都提供恒定的流量来驱动多路阀、优先阀、先导阀进行工作。装载机转向装置和工作装置复合运动时，可采用双泵合流技术，由优先阀给转向系统输出流量，而剩余的流量输出到工作装置的液压系统中，因此双泵技术可减少单泵供给工作装置液压系统的剩余流量。就目前的ZL50型装载机而言，工作泵输出的排量由160L/min减至110L/min，转向泵输出的流量依然保持80L/min不变。所以使用双泵合流技术，能够在减少工作泵输出流量的同时，满足转向装置和工作装置所需要的流量的需求，并且实现了节能的目的。但是此系统的驱动装置仍然是定量系统，溢流损失仍然大量存在，因此在工程机械液压系统的改进设计中使用更先进的节能技术液压系统是这个时代的发展趋势。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文的主要研究内容 3
2 装载机工作装置液压系统简介 3
2.1 系统总体结构与工作原理 3
2.2 先导阀结构与工作原理 4
2.3 多路阀结构与工作原理 5
2.4 先导阀与多路阀集成后的结构与工作原理 6
3 装载机传统工作装置液压系统建模及仿真 7
3.1 建模软件选用 7
3.2 工作装置液压系统主要部件建模 8
3.3 主要部件加载信号的录入 10
3.4 工作装置液压系统仿真 13
4 装载机工作装置液压系统的改进设计 14
4.1 传统工作装置液压系统能量损失分析 14
4.2 系统改进方案设计 15
4.3 改进后的系统建模及仿真 17
4.4 系统改进前后能耗对比分析 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 绪论
装载机作为铲土运输机械的组成部分，在厂房的修筑、矿山的采掘、机场的修建、水利交通的建设、码头的建造和道路开发等场合得到了广泛应用。装载机是一种高效、通用的工程机械，它既能铲卸松散物料，又能在岩石和硬土上做轻微的铲卸作业。在装载机的作业过程中，动臂、铲斗的运动和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
转向都是通过液压传动实现的，因此液压系统性能在很大程度上决定了装载机的生产率、舒适性和经济性。同时，如何有效地降低能源消耗已成为越来越多用户迫切关注的话题。
1.1 课题研究背景及意义
21世纪我国国民经济呈现出了突飞猛进的发展趋势，但能源却日渐短缺，节能减排、绿色环保已经成为全球工业发展的主导方向。我国陆续推出了对节能型产品的扶持补贴政策，积极推进国Ⅲ标准的指令。目前国内装载机由于液压系统技术的不足，使得工作泵的排量很大，转向液压系统和工作装置液压系统的效率很低，液压系统发热严重，导致能量损耗较大。
装载机作业时主要应用到的是液压系统，液压系统是装载机的主要组成部分，装载机铲斗和作用臂的提升下降是通过液压系统实现的，液压系统决定了装载机工作状态下的工作性能。所以液压系统的优劣性是装载机能否高效作业的重要影响因素。
“十二五”以来，绿色、高效、节能成为了时代的鲜明旗帜，工程机械上的节能降耗也是大势所趋。对于装载机结构而言，可从改善传统工艺和改进液压系统方面来实现节能的目的。工程机械行业的节能措施迫在眉睫，溢流损失、节流损失和中位卸荷损失是现行装载机能量损失的重心，而以上所述的这些损失都和液压系统结构有着密不可分的关系。由上述内容可以得出明确的结论，节能与高效的液压系统能够满足时代的趋势发展。
系统仿真是以计算机技术为辅助，通过模拟仿真软件对研究设计系统的节能性能作出预估，通过计算机技术的手段来解决不能在初期进行样本生产实验的研究，建立改进模型，同时可以验证所建立的模型的优劣性，降低了改进成本，也加快了改进设计的周期，大大提高了经济性。
综上所述，基于液压仿真的装载机工作装置液压系统的改进——分析液压系统的一个工作循环能耗，提出节能方案并建立改进模型是很有必要的，而模拟仿真也是今后机械部门节能改进设计的必然趋势。
1.2 国内外研究现状
1）国外现状
国外装载机的技术水平领先国内很多，许多学者在节能和能量回收方面做了大量的研究，如电子控制、电液控制等，均在液压技术中得到了广泛的应用。为了减少燃料消耗、节约消费，自2003以来，日本建立了第一个混合动力轮式装载机，小松、詹阳和沃尔沃已经开发出一种混合模型。由沃尔沃推出的装载机L220FHybrid节能效率可达到11%，其采用柴油与电能结合的混合动力，大大地提高了装载机的工作效率。
在装载机的机动性方面，卡特公司研发了924G装载机；由case公司研发的9007B型同时满足装载机的多用性和机动性两个重要性能。
2）国内现状
从二十世纪60年代开始我国逐步生产装载机，近期继国外装载机使用混合动力技术的热潮后，国内许多公司如徐工、柳工、三一等都主打使用混合动力的装载机，一些学者也做了相应研究。柳工集团在BICES会议上展现了依靠自己研发的全国最大的轮式装载机。
在装载机的液压系统方面，王剑鹏运用AMESim模拟仿真软件模拟了装载机的工作装置液压系统，结合实机参数和实验结构对仿真模型中的各个元件进行了参数的确定，并对元件压力进行了仿真，分析了实验测试机构和仿真结果的差异，验证了模型的正确性[1]。王小斌对在外负载力影响下模拟仿真了装载机液压系统的性能，分析了一个工作循环下各个阶段的外负载力，并且运用到功率结合图法对液压系统进行数学建模，为装载机的高压化理论提供理论支撑[2]。
对于工程机械来说，现在发展的一个重要趋势是研究液压系统存在的能量损耗问题及做出相应的改进，一般可从泵、阀、缸和油路等各个部位液压元件对装载机工作装置液压系统的能耗影响方面进行研究。
国内目前存在的绝大多数装载机都是采用定量泵驱动系统，这种工作泵在所有工况下都提供恒定的流量来驱动多路阀、优先阀、先导阀进行工作。装载机转向装置和工作装置复合运动时，可采用双泵合流技术，由优先阀给转向系统输出流量，而剩余的流量输出到工作装置的液压系统中，因此双泵技术可减少单泵供给工作装置液压系统的剩余流量。就目前的ZL50型装载机而言，工作泵输出的排量由160L/min减至110L/min，转向泵输出的流量依然保持80L/min不变。所以使用双泵合流技术，能够在减少工作泵输出流量的同时，满足转向装置和工作装置所需要的流量的需求，并且实现了节能的目的。但是此系统的驱动装置仍然是定量系统，溢流损失仍然大量存在，因此在工程机械液压系统的改进设计中使用更先进的节能技术液压系统是这个时代的发展趋势。
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