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ZL50G工作装置液压系统键合图模型分析

边二华

河南省信阳市长安路237号信阳师范学院，信阳(464000)

摘要：液压系统是典型的非线性时变系统，用传统的传递函数法无法很准确地描述液压系

统的非线性特性和某些隐含特性，为此本文建立了ZL50G液压系统的键合图模型，提高了

系统描述的准确性；并依据此模型推导出系统的状态空间方程。

关键词：键合图模型；状态空间方程；液压系统

中图分类号：TH243

1．引言

阀控液压系统在工程机械中普遍应用，但传统的传递函数法在分析过程中要进行线性化

处理，这样就会出现较大的误差，无法分析液容等参数对系统动态特性的影响，为了更加准

确地描述阀控液压系统，以及进行更精确的仿真，掌握系统的动态特性，可利用功率键合图

法建立液压系统的键合图模型，然后利用键合图模型推导其状态方程。

本文即以ZL50G为研究对象，建立液压系统的键合图，推导出系统状态方程。

2．ZL50G工作装置液压系统

2.1ZL50G装载机液压系统组成

ZL50G是由ZL50基础上经过改进设计而成的，油泵采用CBG160型齿轮泵，工作压力

为15.7MPa,12.3MPa，流量为350L/min,额定转速为2200rpm。铲斗换向阀是三位阀、动臂

换向阀是四位阀，两换向阀间采用串并联连接油路，阀杆中心孔装有单向阀，保证在换向过

程中由于转斗和动臂油缸在工作装置自重作用下油液不倒流，避免铲斗和动臂的“点头”现

象。转斗阀杆能自动复位，动臂阀杆是机械定位手动复位。动臂油缸、转斗油缸均为单级双

作用单杆活塞杆，由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆、密封圈、支承环等组成。

ZL50G装载机工作装置部分的液压系统结构示意图如下：

图1液压系统结构示意图

Fig.1Thegraphofhydraulicsystem

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2.2工作装置液压系统工作原理

工作装置的液压系统是用来控制铲斗的几个动作的。工作装置不工作时，来自油泵的液

压油输人到工作分配阀的回油腔流回油箱。当需要铲斗挖掘或卸料时，操纵转斗操纵杆，后

拉或前推，来自油泵的工作油经过分配阀进人转斗油缸的后腔或前腔，来实现铲斗的上翻或

下转。当需要动臂提升或下降时，操纵动臂操纵杆，后拉或前推，来自油泵的工作油经分配

阀进人动臂油缸的下腔或上腔，使动臂和铲斗提升或下降。

当外负荷超过系统提升或上翻能力时，或者动臂油缸活塞到达油缸端部，系统压力升高

达到系统调定压力时，压力油顶开安全阀溢流卸载经分配阀流回油箱。转斗油缸前腔油压超

过前腔溢流阀调定压力时，压力油顶开溢流阀卸载进人转斗油缸后腔经分配阀回油箱。当铲

斗用于装卸散装物料而需要上下浮动时，操纵动臂操纵杆前推二档，来自油泵的工作油经分

配阀可进人动臂油缸上下腔，同时与油箱接通，油缸上下腔工作油处于低压状态，铲斗在自

重作用下处于自由浮动状态，铲斗贴着地面工作。

在本文中，主要针对铲斗液压系统进行分析。可将图1简化成图2。

图2铲斗系统结构示意图

Fig.2Thegraphofhydraulicsystem

3．键合图模型的建立

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功率键合图法是建立动力学系统数学模型既简单又简明的方法。键合图是用图形方式

来描述系统中各元件间的相互关系。它能反应元件间的负载效应及系统中功率流动情况，还

可以表示出与系统动态特性有关的信息。

功率键合图是在功率流建模方法的基础上发展起来的，它以发生在系统元件之间的动态

功率交换作为研究对象，把机器中的力变量和流变量的动态特性纳入到系统设计范围中来，

提供了一种与液压系统模块物理作用密切相关的动态描述方法。它不仅能克服非线性带来的

困难，可以十分方便地建立方程组，以状态方程为数模形式，能直观方便地考虑系统中的非

线性环节，且推导状态方程有一定的规律，可以有条不紊地建模和进行仿真，而且建模中所