露天矿大型液压挖掘机的能量损失问题分析

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挖掘机是工程机械的主要机种之-.是土石方开挖的主要机械设备。广泛应用于工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等的机械化施工中 据统计 .工程施工中约有 60%左右的土石方量是靠挖掘机完成的挖掘机分为机械式和液压式两种形式 随着液压技术的发展与液压部件的质量提高、成本的降低.我国液压挖掘机有了迅速的发展。到了 2O世纪 8O年代液压技术在挖掘机上得到了广泛的应用 目前几乎液压挖掘机全部代替了比较笨重的机械式挖掘机 这是由于液压挖掘机具有整机质量轻、体积孝结构紧凑、传动平稳 、操作简单、以及容易实现无级变速和自动控制等-系列的优点。到了2O世纪 90年代 .随着计算机技术、电子技术、传感器技术、机电-体化技术的发展，液压挖掘机也正逐渐成为多种新技术的集成载体 ，向着高效率、高可靠性、安全节能及自动化、智能化的方向发展液压挖掘机虽能进行大功率、高灵敏度的各种作业，但其能量的总利用率仅为 20%左右.巨大的能量损失使节能技术成为衡量液压挖掘机先进性的重要指标 同时随着世界能源危机的影响和环境保护的推动.液压挖掘机功率控制节能技术的研究与开发也变得越来越重要1 发动机与泵的功率匹配损失在液压挖掘机系统中.起始环节的能量损失主要是发动机的输出功率与液压泵的吸收功率不相匹配.使发动机的功率得不到充分的利用而造成的能量损失1.1 恒功率变量泵的调节原理为了能充分利用发动机的功率.使发动机在高效率区域运行.液压挖掘机经常采用恒功率调节变量泵.泵的输入功率如下：NpQ/6Orl(kW)式中：P为泵的出口压力，MPa：Q为泵的输出流量，L/min：粉为泵的总效率。

要求 Ⅳ为常数.Q随P而变化且呈双曲线关系.即为理想的恒功率调节。对于变量泵的恒功率调节有多种方式，传统的恒功率调节是依靠多根弹簧(利用弹簧的不同刚度)来实现的。

1.2 恒功率变量泵与发动机的匹配性能当发动机和泵联合工作时.其联合工作特性与泵的转速、压力和流量有关。-般情况下.发动机-液压泵系统不可能在各种工况下都处于最佳工作状态.从而造成能量损失 液压泵的吸收功率随着发动机转速的变化而变化.其p-Q特性随转速 变化如图 1所示图 1 不同转速下的 P-Q特性 图2 发动机与泵的匹配图发动机在不同的环境下，特性是不-样的，其实际与发动机特性曲线的匹配情况如图 2所示。从图中可以看出，若在平地上 .发动机和泵联合工作点正好在额定功率处.当在高原地区工作时.由于发动机功率的降低.联合工作点的转速会大幅降低.使其不能充分利用发动机效率。因此，在设定液压泵的总输入功率是要有-定的余量，-般按发动机额定功率的80-90%来设定 在这种情况下.使得发动机的功率得不到充分的利用，造成发动机选择时功率过大 .功率浪费严重。

2 挖掘机液压系统与外负载匹配时存在的压力和流量损失液压技术在挖掘机上的全面应用实现了挖掘机的各种运动形式。

给设计布置上带来很大的灵活性和方便性.解决了挖掘机多处需要动力、多工作装置实现复杂动作的要求 既提高了挖掘机满足多变工况的适应性，又便于驾驶员的操纵 .减轻了劳动强度。液压挖掘机作为-种大功率的工程机械.提高柴油机的功率利用率和作业性能.-直是人们研究的方向和目标.也是挖掘机技术发展的内在驱动力 据统计。

柴油机的输出功率只有 20%变为挖掘机的有用功.20%损失在车体和作业装置的运动中.大约 60%的功率损失在液压元件和节流调速控制中。

2.1 安全阀的溢流损失挖掘机挖掘时因负载过大而停止动作.为了防止过载损坏机械。

安全阀打开.压力油通过安全阀流回油箱.此时柴油机的输出功率全部变成热能.导致系统温度升高 除了过载引起溢流损失外挖掘机由于上部回转惯量大.在回转启动和回转制动过程中同样存在溢流损失 挖掘机工作时.尤其是在重负荷挖掘和回转作业是经常处于过载状态.由于系统溢流而产生的功率损失是非成观的2.2 操作阀中位时的功率损失对于中位开式的六通阀系统.工作装置停止作业时.各换向阀处于中位.此时液压泵只需克服管道阻力和为防止气蚀而设的背压.系统压力不高.但变量泵因功率自动调节流量却很大.因此也有不小的能量损失。

2-3 微动操作时的功率损失挖掘机在掘削和卸土时往往需要对工作装置进行微动操作控制。

- 般通过采用控制操纵阀的开度.进入执行机构的流量较小 此时为了克服工作负载而必须建立起相应得压力 .液压泵输出的大部分液压油溢流回油箱2-4 压力损失高压的液压油主要是通过大量的管道、管接头、阀13和弯管传递到各执行机构的，液压系统的压力损失不可避免存在。压力损失包括沿程损失和局部损失。在挖掘机的液压系统中，局部损失是主要损失。

必须加以重视。减少压力损失的方法是尽量采用大通径管路.同时合理布置液压管路的走向.尽量避免不必要的管路弯曲和节流 .避免管径突变，减少管接头，采用元件集成化以减少局部损失。

3 发动机的能量损失在工程机械中.其动力源-般都采用柴油发动机 由柴油机的万有特性曲线可知 ，当要求柴油机输出功率为 时.在等功率曲线上可取得到无数个不同转速和转矩组合的工况点。在这些工况点中.有些燃油消耗率 较高，有些较低，其中必有-条等燃油消耗率曲线与此等功率曲线相切，相切处的工况点 (尬， )的燃油消耗率 最低。此点即为与功率 相对应的柴油机最佳油耗点如果柴油机在任何工况下都能工作在最佳油耗线附近.则柴油机的燃油消耗始终最低。挖掘机作业时负载变化较大，(下转第 1 47页)作者简介：阎世荣(1958--)，男，汉族，宁夏海原人，1980年毕业于宁夏煤炭工业学校，1985年毕业于宁夏电视大学，机械类专业，1996年毕业于中央党校函授学院，本科，经济管理专业，高级机械工程师，现主要从事露天煤矿安全管理。

121科技信息 0高胁坛0 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 2013年 第 5期表 3 历届新疆中学生篮球赛参赛队隶属地区乌鲁木齐市及周边地区 北疆地区 南疆地区年份 高中 高中 初中 初中 高中 高中 初中 初中 高中 高中 初中 初 中男子 女子 男子 女子 男子 女子 男子 女子 男子 女子 男子 女子2003 5 1 4 2 1 0 l O 1 l 2 12004 9 4 5 0 3 0 3 1 3 O 2 12005 9 4 8 3 3 0 3 1 2 1 3 l2006 8 3 5 2 8 2 1 1 0 O 0 l20o7 6 d 3 5 5 l 1 0 5 1 4 l20o8 1O 6 9 3 4 O 2 l 2 0 l 1通过调查可以看出.新疆中学生篮球比赛参赛队多集中在乌鲁木齐市及周边地区.所以乌鲁木齐市中学生篮球比赛能够很好的起到榜样的作用.带动其他地区篮球运动的发展 建议利用行政手段在乌鲁木齐市打造-个新疆中学生篮球比赛的品牌赛事，给其他各地州-个可以借鉴的模式3.2 加大对业余训练的投资.激发教练员的积极性品牌赛事的创建必须有高质量的比赛.高质量的比赛是平时高质量训练的体现。只有加大对业余训练的投入、多方式的激励教练员训练的积极性，保证训练水平，才能有高质量的比赛。学猩以广泛吸收社会资助.加大对学校篮球队的投资3-3 建立中学生篮球队员注册机制.加强运动员管理鉴于比赛中出现的运动员资格问题.可以借鉴职业运动员注册的方式管理 .学生自入校就在教育主管部门注册登记.学生注册不足-年的不允许参加比赛.留级和复读的学生不允许参加比赛 这就在很大程度上规范了中学篮球队的管理.避免出现以大打斜的现象3.4 组织多形式、大密度、不同层次的中学生篮球比赛随着中学生体育课程改革的不断深入.我们可以充分利用中学体育-小时课外活动时间.激发学生参与篮球运动的兴趣.检验学生锻炼的水平。目前，新疆中学生篮球队都是经过常年训练的学生，普通学生虽然也很热爱篮球运动.但是由于没有足够的训练时间.达不到那么高的水平.所以不可能参加现有的比赛。换句话说，新疆 目前没有可供普通学生参加的比赛建议教育主管部门利用中学生每天-小时的课外活动时间组织中学生篮球选修课比赛.所有参赛学生必须是没有参加过全疆或者地区年度中学生篮球比赛的普通学生。比赛先由学校以班级为单位组织校内篮球选修课 比赛.然后选出学校代表队参加地区篮球选修课比赛.最后全疆每个地区前三名代表地区参加全疆总决赛3.5 建立中学生联赛制和赛会制相结合的竞赛体制资料显示.全疆 50%以上的中学集中在乌鲁木齐市及周边地区.可以利用周末时间组织贯穿整个学年的中学生篮球联赛.学年末根据赛季排名进行总决赛 .给各学校篮球队更多的锻炼机会.也避免了赛会制时间较短的弊端篮球运动的价值在竞赛中得以充分的体现和实现.篮球竞赛已经成为现代社会文化的表现形式.越来越多的影响着人们的生活。在这样的社会背景下，各级体育、教育主管部门应该克服各种困难和阻力.更好的构建新型新疆中学生篮球竞赛体制.进-步激发中学生参与篮球运动的兴趣 .促进中学生更好的掌握-项可以锻炼身体的终身体育项目。Q