挖掘装载机装载工作装置自动调平的实现方法

挖掘机装载机的装载“自动调平”是指装载工作装置工作时，随着动臂的举升，铲斗能自动调整与动臂的相对角度以保持铲斗与地面的夹角，防止举升过程中铲斗向后倾洒物料，引发危险。
　　挖掘装载机装载工作装置由于结构布置的关系，常采用托架连杆机构的各点参数，可从机构上实现自动调平功能。本文提出通过液压系统实现托架连杆机构的装载工作装置自动调平功能。
　　1自动调平的实现方法
　　如图1所示，从地面收斗位置举升动臂，即角度从α增大到α′，根据运动分析，当铲斗油缸不动作，这时铲斗切削刃底面与地面的夹角β也增大到β′，铲斗向后倾。这样，随着动臂的提升，铲斗相对地面后倾，将会导致向后洒料。
为避免出现这各情况，在动臂举升过程中，通过驱动铲斗油缸使铲斗前倾，修正铲斗与地面的夹角，保证物料不向后倾洒。
　　
　　自动调平实现的方法有如下两种：
　　（1）一边举升、一边调整，始终保持铲斗与地面的夹角不变；或者举升到一定位置时（铲斗处于临界洒料状态，与地面夹角47°～61°）开始调整，两个动作同时进行。这种方法的优点是动作连贯，缺点是用并联的2片多路阀无法实现复合动作，只能是负载小的先动。要实现复合动作就必须使用负荷传感型多路阀，实现的成本较高，在此不作讨论。
　　（2）举升一定位置时停下（铲斗处于临界洒料状态），调整铲斗，调整完后继续举升，反复调整，直到卸料位置。其优点是容易实现，缺点是举升动作不连贯。该方法简单，将多路阀的铲斗联与动臂联顺序连接，使铲斗优先即可实现，成本较低。实现这一调平的液压原理如图2所示。
　　
　　2反馈机构的设计方法
　　实现自动调平的关键在于如何在指定位置自动操纵铲斗阀，使铲斗缸动作。为此必须通过反馈机构将动臂的转角变化转变成对阀芯的操纵力，使铲斗在临界洒料时及时前倾。
反馈机构原理如图3所示。
　　
　　反馈转盘通过一软轴连接杠杆，杠杆的另一端压在阀芯上。反馈连杆一端与反馈转盘连接，另一端与摇臂相连。动臂举升中当反馈转盘转到临界角度时，带动软轴拉动杠杆将铲斗联的阀芯压下，铲斗缸收缩，铲斗前倾。铲斗缸收缩的同时摇臂前倾，固定在摇臂上的反馈连杆带动反馈转盘反转。杠杆失去拉力后阀芯复位，铲斗停止前倾，动臂继续举升。如此反复循环，直到铲斗到达卸料位置。由于系统多路阀采用铲斗优先，所以在铲斗前倾时动臂的举升将停止，虽然动作略有停顿，但时间很短，不影响作业。
　　临界卸料时，反馈转盘的转角如下：
　　δ=α′-α（1）
　　式中δ――反馈转盘的转角；
　　α′――临界卸料时，动臂与车架夹角；
　　α――在地面最大收斗角时，动臂与车架的夹角。
　　由公式（1）可以计算出铲斗开始调整时反馈转盘所转地的角度，从而计算出与软轴相连的杠杆推动阀芯所需行程。在实际使用中，软轴一端采用螺纹连接，可以在一定范围内调整软轴长度，从而调整杠杆压阀芯的时间，以消除因制造、装配引起的误差，使作业更安全。
　　3实现自动调平前后动臂举升时间对比
　　在厦工集团XG765挖掘装载机上，对不同发动机转速下的动臂举升时间进行调平前后的对比测试，结果如表1所示。
　　
　　实现自动调平后，动臂举升时间尽管有所增加，但仍小于国标规定的7s，可满足性能要求。另外，由于铲斗在举升过程中能自动调平，降低了操作者的劳动强度，提高了作业安全性，所以总体作业效率得到提升。
　　上述方案在厦工集团公司批量生产的XG765挖掘装载机上应用后，实现了装载工作装置的自动调平功能。经用户实际使用证明，调平方法是可行的，并且可靠性和作业效率均得到提高。