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挖掘机的液压系统及控制 帕斯卡原理 液体不可压缩 处于密闭容器内的 液体对施加于它表 面的压力向各个方 向等值传递。 速度的传递按“容 积变化相等”的原 则。 液体的压力由外载 荷建立。认为泵一 出油就有压力是错 误的。 能量守恒。 重物 充满油 面积小 面积大 力压力 面积 速度流量 面积 功率速度 力 液压系统原理图常用线型和符号 1. 粗实线：主管路和主油道。 2. 虚线：控制管路和控制油道。 3. 双点划线：部件组成，它一般是 封闭的。 4. 油路接通与否：有 3种方式表达。 圆点与交叉；交叉与小圆弧 ；圆点与小圆弧 5. 符号： P 泵压力油 A、 B 油缸或马达的工作油口 O、 T、 Dr 油箱 液压系统的基本组成 动力元件：将机械能转换为液体压力能。 执行元件：将液体压力能转换为机械能。例如油缸 、油马达等。 控制元件：各种阀。大致有 压力控制阀、流量控制 阀、方向控制阀 等。 辅助元件：油箱、过滤器、管路、接头、密封、冷 却器、蓄能器等等。 液压回路的构成 液压执行机构 （ 将压力转换为动力 ） 液压控制阀 （圧力 流量 方向） 压力控制阀 控制压力 流量控制阀 控制速度 方向控制阀 控制方向 控制三 方式 液压泵 （输出压力油） 辅助机构 （液压装置辅助功能） 油箱 （储存油液） 液压油缸 切换阀 单向阀 溢流阀 可变节流阀 液压泵 过滤器 油温计 油箱 冷却器 液压泵 齿轮泵 吸油：封闭的容积总是处于不断增大的状态 排油：封闭的容积总是处于不断减小的状态 液压泵与液压 马达原理上是 可逆的，但结 构略有不同。 液压泵 轴向柱塞泵 駆動軸 缸体 斜 盘 伺服柱塞 斜 盘 支撑台 柱塞 滑靴 配油 盘 压力 P（单位 Mpa，兆帕） 泵的输出压力由负载决定。负载 压力 ，负载 压力 。 安全阀限制最高压力。 排量 q （单位 ml/r，毫升 /转） 泵每转一周所排出的液压油的体积。 排量不可变的泵叫定量泵；排量可变的泵 叫变量泵。 流量 Q（单位 L/min，升 /分钟） 单位时间内输出液压油的体积。 Q=q n（不考虑单位转换系数，下同） 其中 n是泵的转速，单位 rpm，转 /分钟 泵的功率 N（单位 Kw，千瓦） N=P Q 液压泵的基本性能参数 排量 q（单位 ml/r，毫升 /转） 液压马达每转一周所排出液体的体积。排量不可 变的叫定量马达，排量可变的叫变量马达。 输出扭矩 M（单位 NM，牛米） M= P q 其中 P为马达进出口压力差， 为马达的机械 效率。 输出转速 n（单位 rpm，转 /分钟） n=Q /q 其中 为马达的容积效率。 液压马达的基本性能参数 液压控制阀 1. 流量控制阀 2. 压力控制阀 3. 方向控制阀 流量控制阀 主要控制流过管路的流量，通过对流量的控制还可 以对回路的压力产生一定影响。注意节流会产生损 失。 节流阀（阻尼孔）： 使液压油通过小孔、缝隙 、窄槽等结构元素后流量 减小并产生压力降 P（阻 尼） 。注意流动的液压油 才具有上述性质。如果液 压油是静止状态，则根据 连通器原理，前后的压力 是相等的。 压力控制阀 安全阀 限制系统最高压力，保护系统 元件不被高压损坏。 1. 直动式：中低压系统 2. 先导式：高压系统 过载阀：限制封闭管路最高压力。 减压阀 一个泵同时供给两个以上压力 不同的回路。 1. 直动式：中低压系统 2. 先导式：高压系统 直动式安全阀 弹簧比较硬 先导式安全阀 液压油通过节流孔 时，在节流孔的前 后产生压力差 P P=P P 弹簧很软 弹簧比较硬 直动式减压阀 液压油通过缝隙 产生压力降 P PC =PA P 保持出口压力 稳定的措施 先导式减压阀 原理与先导式安全阀类 似，用于高压系统。 缝隙 方向控制阀 主要控制方向，还可以利用阀的开度适度控 制回路的流量和压力。 1. 单向阀：只允许液压油单方向通过 2. 选择阀：根据回路中压力的高低自动选择液 压油通过的方向 3. 截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过 4. 液压控制换向阀（液压先导控制） 5. 电磁阀控制换向阀 6. 二通插装阀 单向阀 选择阀（梭阀） A1 A2 换向阀 P A T P A T 液控换向阀 先导泵 来油 先导泵 回油 回位弹簧 电磁阀 电磁阀控制换向阀 控制符号 换向阀开口量与液压冲击 K F：正开口，较多采用。无换向冲击， 但是会造成“点头”现象。 K F：负开口，有换向冲击。 开口量 封闭量 三位四通换向阀 目的：动臂油缸大腔进油。 结果：在重力作用下 ,换向瞬间 大腔的油流回油箱，造成油缸 先缩回后伸出。 正开口换向的 “ 点头 ” 现象： “ 点头 ” 现象的解决方案 1.采用三位六通 换向阀； 2.在进油道设置 单向阀。 注： 1.管路 5和 12都是 进油道； 2.管路是回油。 5 12 10 方 向 控 制 回 路 二通插装阀 液压蓄能器 膜片 充满氮气 原理：气体被压 缩后储存能量。 作用：吸收液压 振动和冲击并且 可以作为应急能 源使用。 液压油 液压回路的串联 串联：多路换向阀中上 一个阀的回油为下一个 阀的进油。液压泵的工 作压力是同时工作的执 行元件的总和，这种油 路可以做复合动作，但 是克服外载荷的能力比 较差。 液压回路的并联 并联：多路换向阀中 各换向阀的进油口都 与泵的出油路相连， 各回油口都与油箱相 连。这种油路克服外 载荷的能力比较强， 但是几个执行元件同 时工作时负载小的先 动，负载大的后动， 复合动作不协调。 液压回路的合流 合流：一般用于双 泵和多泵系统中。 用合流阀或者使两 个回路中相应的换 向阀同时动作，让 两个泵同时向一个 执行元件供油以提 高该执行元件的运 动速度。 主控阀杆 合流阀杆 泵 1 泵 2 开式和闭式液压系统 液压系统有开式液压系统和闭式液压系统两种。 开式液压系统油的流动 油箱 泵 控制阀 执行元件 控制阀 油箱 闭式液压系统油的流动 1. 主回路：泵 马达 泵 2. 补油回路：油箱 泵 主回路 请记住： 闭式液压系统只能用于泵 马达。或者说只能用 于旋转运动的执行元件 开式液压系统可以用于泵 马达，也可以用于泵 油缸。或者说不仅可以用于旋转运动的执行元 件，还可以用于往复直线运动的执行元件 开式系统 装载机，挖掘机 闭式系统 压路机，滑移装载机，挖掘机回转 开式和闭式液压系统 液压系统的伺服控制 液压泵 控制阀 液压缸 输入 输出 误差 反馈 是一个位置跟踪装置，液压缸缸体位置始终跟 随阀杆。所以伺服控制系统又叫随动系统、跟 踪系统。 是一个力的放大装置。移动阀杆的力很小，液 压缸的推力却可以很大。必须有外部能源（液 压泵）。 伺服控制的工作特点 系统工作时阀杆必须先有一定的开口度，就是说缸体的移动 必须落后于阀杆，或者说输出始终落后于输入，这个称为系 统的误差。没有误差就没有动作，而动作又力图消除误差。 伺服控制系统就是这样由不平衡（有误差）到平衡（消除误 差），再由平衡到不平衡地连续工作。 伺服控制的工作特点 阀杆不仅起到控制液压缸的流量、压力和方向的作用，而且 还起到将系统的输出和输入信号加以比较以定出它们之间误 差的测量元件的作用，这种作用成为反馈。使输入与输出的 误差增大是正反馈；使输入与输出的误差减小以致消除是负 反馈。 反馈是伺服控制系统的根本特征。 这个例子的反馈是 机械连接、 闭式负反馈系统。 反馈可以是机械、电气、液压 、气动或它们的组合。 伺服控制的工作特点 液压伺服控制系统的应用示例 P O 阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合 泵调节器 挖掘机液压系统的主要部件 挖掘机的液压系统 驱动 控制油 操纵 柴油机 先导泵 先导阀 司 机 控制油 驱动 工作油 工作油 工作泵 主控阀 马 达 工作油 实现 实现 工作装置工作 油缸 旋转、行走 轴向柱塞变量双泵 液压柱塞泵和柱塞马达的变量 变量泵 变量马达 液压恒功率 -控制（单台泵）泵调节器 系统压力与弹簧力成正比 ，与系统流量成反比。起 调压力 p0弹簧预紧力 油压作用面积 液压恒功率控制（单台泵） 在这里，可以任意 增加阀杆的控制： 液控、电控或者它 们之间的组合，拓 展恒功率变量泵的 控制功能。 负反馈 当泵的转速发 生变化时，泵的 恒功率曲线也发 生变化。 P Q 泵的恒功率曲线 功率大 功率小 液压恒功率控制（单台泵） 泵调节器是一种液压伺服控制机构，它至少要有两根 弹簧，构成两条直线段，在压力 -流量图上形成近似 的恒功率曲线。 调节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压力 p0（简称起调压力），调节起调压力就可以调节泵的 功率。起调压力高，泵的功率大；起调压力低，泵的 功率小。因此恒功率变量又叫做压力补偿变量。 只有当系统压力大于泵的起调压力时才能进入恒功率 调节区段，发动机的功率才能得到充分利用。压力与 流量的变化为：压力升高，流量减小；压力降低，流 量增大。维持：流量 压力 =功率不变。 当泵的转速发生变化时，泵的流量（功率）也变化。 液压恒功率控制要点 液压全功率控制（两台泵液压交叉控制 ） P= P1 P2 液压交叉控制 两个小活塞 的面积相等 液压全功率控制要点 具有单泵恒功率调节的特点。 两台泵相同，泵调节器也完全一样，两台泵输出的 流量相等，即 Q1=Q2；但是压力可以不同，即 P1P2 ，那么两台泵的输出功率也就不同。有时一 台泵功率很大，而另一台泵功率很小。 两台泵的功率总和始终保持恒定，不超过发动机的 额定功率。 全功率变量不是根据 P1和 P2的单数值，而是根据两 台泵的工作压力之和 P= P1 P2来进行流量调节 ，只有当 P= P1 P2 2 p0时进入全功率调 节区域，才能充分利用发动机的功率。 泵的电控全功率控制 数字开关阀 （高速电磁阀） 泵的电控全功率控制 泵调节器电子化：泵调节器与主控阀共用一 台控制器（微机），两个数字开关阀（高速 电磁阀）对主泵变量缸的进回油进行高速通 、断控制，主泵的变量缸再控制泵的斜盘。 如果配合采用负荷传感流量控制，这样的系 统具有提高作业性能、简化操作、节能等优 点。由于预先编制的软件可以对泵的排量作 任意设定，因此不论机器在高原工作或者长 期使用使发动机功率下降，都可以通过软件 来解决。 泵的压力切断控制 泵输出压力在设定值以上 时，使泵的流量自动减小 ，进行压力切断控制（恒 压控制），主要目的是进 一步减小高压溢流损失。 P Q 无压力切断控制 压力切断控制 Q大 Q小 顺序阀 泵的负流量控制 换向阀中位 回油道上有 节流孔，油 通过这个节 流孔产生压 差。将节流 孔前的压力 引到泵变量 机构来控制 泵的排量。 泵的负流量最大流量二段控制 负流量控制 全功率控制 最大流量二段控制 最大流量二段控制 全功率控制 泵的电子流量控制 Psv 泵的正流量控制 泵的排量随先导阀的压力升高而增大，多 个先导阀操纵时用梭阀检测其最高压力。 先导阀 泵的正流量控制 泵的负荷传感控制 P1 P2 PK1 PK2 PLs P1=PLs+PK1 P2=PLs+PK2 P=P1-P2 =PK1-PK2 =常数 因此通过各节流口流 向执行元件的流量只 与各节流口大小有关 （相当于主阀芯开口 量），与执行元件的 工作压力无关。它是 通过稳定不变的压差 来控制泵的排量。 主阀芯 开口量 功率控制 A. 液压恒功率控制（ 单泵液控） B. 液压全功率控制（ 双泵液控） C. 电控功率调节器 D. 压力切断控制 流量控制 1. 负流量控制 2. 正流量控制 3. 负荷传感控制 4. 最大流量二段控制 5. 电子调节流量控制 挖掘机液压泵的控制型式 1. 液压恒功率控制（小型机） 2. 液压全功率控制（中大型机） 以中大型机为例，一般的控制方式组合为： 1. 液压全功率控制 +负流量 2. 液压全功率控制 +负流量 +最大流量二段控 制 3. 液压全功率控制 +负流量 +最大流量二段控 制 +压力切断 4. 液压全功率控制 +压力切断 +正流量 5. 液压全功率控制 +压力切断 +负荷传感 6. 全电子化调节 挖掘机液压泵的控制组合 泵调节器结构原理 负流量控制 总功率控制（液压交叉控制） 泵调节器结构原理 泵调节器结构原理 调节器杠杆机构原理图 与壳体固定铰接点 液压交叉和电控 压力阀杆 伺服阀杆 大圆孔 圆柱销 负反馈 阀杆到位后固定不动 连接伺服油缸 摇杆 导杆 滑块 支点 伺服阀杆 伺服油缸 反馈连杆 驱动连杆 负流量控制阀杆 液压交叉和电控阀杆 调节器杠杆机构 伺服阀杆 伺服油缸 反馈连杆 驱动连杆 负流量控制阀杆 液压交叉和电控阀杆 调节器杠杆机构 先导泵安全阀 主控阀 液控多路阀换向回路 斗杆缸大腔 主泵来油 控制泵来油 功能： 1. 并联回路 2. 单方向限 制通过阀 杆的流量 ，形成优 先功能 3. 回油再生 斗杆缸小腔 液控换向阀 先导泵 来油 先导泵 回油 回位弹簧 主控制阀 直线行走： 挖掘机在直线行走过程中，无论司机操纵回转 和工作装置的任何一个动作，直线行走阀杆都 会保持挖掘机的直线行走，或者说保持进入两 个行走马达的相对流量不改变。 基本原理：扣除其他动作需要的流量后，将两 个泵的出油经过直线行走阀杆汇合再重新分配 给两个行走马达。 主控阀的独特功能 P1 P2 先导泵 先导泵 安 全 阀 T 右 行 走 阀 右行走阀 和其他阀 左 右 行 走 阀 左行走阀 和其他阀 左 行 走 阀 右行 走 阀 右 其 他 阀 左 右 其 他 阀 所有先导油 路都是穿过 所列阀杆中 路后与油箱 T相通。 只有当左、右行走阀和 其他任一阀杆同时动作 时，该点才能建立起压 力。 直线行走控制回路 发动机 泵 控制阀 动臂油缸 行走马达 回转马达 手先导阀 脚先导阀 手先导阀 脚先导阀 行走直线阀芯 仅工作行走来自每台泵的工作 流体供应至每台行走马达 . 直线行走 发动机 泵 控制阀 动臂油缸 行走马达 回转马达 手先导阀 脚先导阀 手先导阀 脚先导阀 行走直线 (行走直线阀芯 ) 行走直线阀芯 工作行走和其它附件，来自前面泵的工作流体供应给两台 行走马达。来自后面泵的工作流体供应给附件。 1单独行走的时候 2不行走，其他工作装置动 作 左边未起压， 无法克服弹簧力 前 泵 后 泵 行走直线阀芯在右边时的情况 行走时其他工作装置动作 左边先导压力可以流通的油路全 部堵死掉，左边的压力起来， 克服弹簧力阀芯右移 前 泵 后 泵 行走直线阀芯在左边时的情况 主控阀的独特功能 瞬时增力：短时间内提高液压系统的 安全阀压力 ， 时间持续 8秒钟左右 。 当 挖掘过程中遇到大的石块或树根时可 以使用这个功能 主安全阀导阀 小活塞 先导控制油 司机操作手柄上有一个控 制按钮，按下它可以通过 电磁阀接通先导控制油 主控阀的独特功能 优先 （ 相对于斗杆 ） 回转优先：当同时操作回转和斗杆时 ， 回转马达进油 多一些 ， 斗杆缸进油少一些 动臂优先：当同时操作动臂和斗杆时 ， 动臂缸进油多 一些 ， 斗杆缸进油少一些 为什么要用优先功能 ？ 是为了使挖掘机的组合动作更 加协调 ， 作业效率更高 为什么一般相对于斗杆优先 ？ 因为斗杆缸是两泵合流 ， 进入斗杆缸的流量很大 ， 也就是说斗杆缸的运动速 度相对其他部件来比较快 负流量控制信号 负流量控制信号 发动机 泵 控制阀 铲斗油缸 动臂油缸 行走马达 回转马达 斗杆油缸 手先导阀 脚先导阀 Joystick Foot Pedal 当斗杆收回和回转同时进行时 回转开始的压力由回转优先阀保持 可以同时进行斗杆收回和回转 . 回转优先阀 回转优先 Dr6 Pns up 动臂 2合 流 XAb2 回转 动臂 优先 AS BS 回转优先 主控阀的独特功能 中位锁定：有动臂中位锁定和斗杆中位锁定 。 当需要挖掘机很长时间定位不动 （ 例如吊装焊接管 道时 ） ， 因为圆柱形阀杆总会有少量泄漏 ， 单靠主 阀中位闭锁 （ 当油缸无内泄时 ） 是不可靠的 。 所以 必须在主阀与油缸之间再设置一个液压锁定阀 ， 依 靠这个阀来保证动臂缸和斗杆缸长时间定位 。 锁定回路 二通插装阀 A B 控 制 泵 来 油 作用： 1.避免换向时发生的点头现象； 2.保持长时间油缸不泄露。 应用位置： 1.动臂大腔； 2.斗杆小腔。 无控制油压 A B 单向阀 A B ，通； B A 单向锁定，不通。 二通插装阀单向锁定 B A 解锁 通道被阀杆遮断 有控制油压 该腔内的油被引回油箱 A B A B 二通插装阀单向锁定 无 控 制 油 压 a b c d e f g A B 通； B A 单向锁定不通。 锁定油路： B a b c d e f g A B B A 解锁 有 控 制 油 压 a b c d e f g B A 解锁： c口封闭， B a b 与 g不通 g f e d 环槽 i h 油箱 h i 主控阀的独特功能 回油再生 （ 简称再生 ） ：分动臂缸回油再生和 斗杆缸回油再生 。 再生的作用：加快这些油缸的运动速度 ， 提高 生产率 。 再生的原理：在这些油缸的大腔进油时 ， 如果 大腔进油过快造成泵供油不及 ， 小腔的油可以 通过单向阀直接补给大腔 。 负信号控制 负信号控制 发动机 泵 控制阀 铲斗油缸 动臂油缸 行走马达 回转马达 斗杆油缸 手先导阀 脚先导阀 手先导阀 脚先导阀 动臂阀芯和斗杆阀芯有再生回路 使用部分回流 . 节能 . 再生回路中的斗杆 再生 (斗杆缩进、动臂下降 ) 当斗杆开始回收时，由于斗杆在重力促使下，大腔流量不够 高 低 大腔压力克服不了弹簧力 pum p 再生 (斗杆缩进、动臂下降 ) 低 高 克服了弹簧力 当斗杆回收一半后，由于斗杆需要克服重力上升压力过大时 pum p 再生 (斗杆缩进、动臂下降 ) 负流量控制信号 负流量控制信号 发动机 泵 控制阀 铲斗油缸 动臂油缸 行走马达 回转马达 斗杆油缸 手先导阀 脚先导阀 手先导阀 脚先导阀 在斗杆伸出和动臂提升 前后泵使工作流体形成合流 加速 . 动臂合流油缸 合流 铲斗合流 XBp1(BC1 ) 铲斗 合流 Ck1 Ck2 铲斗合流 先导式主安全阀 P T 导阀 调压弹簧 主阀弹簧 主阀 节流孔 主安全阀开启状态 P T 导阀打开 主阀弹簧 主阀 节流孔 过载保护和补油回路 A 作用： 1. 油缸或马达的 中位保护； 2. 泵供油来不及 的时候补油。 应用位置： 所有油缸（马达有 自己特殊的过载保 护回路）。 单向过载阀 A T 导阀 调压弹簧 节流孔（可变阻尼） 主阀 阀套 滑阀 过载阀开启状态 可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼 A T 单向阀开启状态 阀套 T A 节流孔 先导阀 挖掘机的操纵 动臂下降、提升 铲斗挖掘、卸料 转台顺、逆时针回转 斗杆放出，挖掘 辅助功能按钮 喇叭 手先导控制回路 1. 减压阀式 先导阀 2. 带梭阀 3. 控制多条 油路 T A B 先导泵来油 先导泵来油 封闭 开口 阀杆 开口 封闭 回位弹簧 调压弹簧 T 弹簧座 传力杆 弹簧 推杆 压盘 节流孔 面积 b小 面积 a大 手先导控制阀 阀杆受力平衡方程为 PA （ a b ) 调压弹簧力 因为阀在工作过程中的开口量变化很小，所以调压 弹簧力的变化也很小，根据阀杆受力平衡方程知道 ， PA的变化也很小。 从阀的工作过程看，出口压力 PA升高时阀杆向上移动 ，减小开口量，使出口压力 PA降低，保持 PA不变。反 之出口压力 PA降低时弹簧力使阀杆向下移动，增大开 口量，使出口压力 PA升高，保持 PA不变。 节流孔的作用是改善阀的操作性能，使阀的工作更 加稳定。例如，可以减小外界振动对阀操作的影响 。 保持出口压力稳定的措施 T A B 先导泵来油 先导泵来油 封闭 开口 阀杆 开口 封闭 回位弹簧 调压弹簧 T 弹簧座 传力杆 弹簧 推杆 压盘 面积 b PA b 调压弹簧力 手先导控制阀 脚先导控制回路 1. 减压阀式先 导阀 2. 带液压阻尼 器，防行走 振动。 T P 液压阻尼器 液压阻尼器的功能 行走先导阀液压减振：该阀内设置有液压阻尼装置 。 当操纵机器前进或后退并遇到路面凹凸不平时容 易造成机器振动 ， 这势必会影响司机的操作 ， 司机 不能很好地操作又会使机器更加振动严重 ， 形成一 个恶性循环 。 没有设置这种装置的行走先导阀 ， 操 纵性是比较差的 ， 司机往往只好停下机器来消除机 器的振动 。 阻 尼 孔 先导来油 A B T 钢球 弹簧腔 弹簧 弹簧 推杆 阻 尼 活 塞 脚先导控制阀 回转马达及减速机 A,B : 液压马达主油口 M: 液压马达补油口 Dr: 马漏油口 PX: 回转控制口 PG: 先导控制口 回转马达控制回路 中位制动 延时阀 回转 防反转阀 过载保护 回转制动 补油阀 进 油 口 出油 口 补油 口 泄油 口 安全 阀 单向 阀 回转马达 斜盘马达的构造 配油盘 制动活塞 摩擦片 分离片 滑靴 柱塞 驱动轴 缸体 壳体 背压回路 当马达或者油缸泵供油来不及的时候会造成 吸空，必须补油。这时回油箱的油路必须有 一定的压力，这个压力称为背压。 1. 安全阀的 作用是保 护油散 2. 一般情况 下两个阀 全开 背压阀 安全阀 0.2MPa 0.4MPa 升压缓冲 特性 回 转 安全 阀 回 转总 成 t PSET 0.2 0.3sec 压 力波 动 升 压 特性光滑曲 线 降 低 压 力波 动 作用 ： 改善升压缓冲特性，降低起动 停止 时的 冲击 溢流 压 力波 动 引起冲 击 发 生 回转安全阀 回转安全阀（关闭状态） 面积 A3 环形面积 A2；面积 A4 环形面积； A1 A2； A4 A3 该状态：差动阀杆 P1 （ A1 A2） F 缓冲阀 P1 （ A4 A3） F T 节流孔 面积 A1 面积 A2 差动阀杆 缓冲阀 面积 A3 面积 A4 弹簧力 F P1 开启并逐渐升压状态 T 当 P1压力逐渐升高时，缓冲阀左移， A3 腔的 油被迫从节流孔中挤出来，压力逐渐上升。 阀杆右移打开 弹簧力 F增大 P1 升 高 全开启状态 缓冲阀移动到最左端后，压力上升至设定值。 该状态：差动阀杆 P2 （ A1 A2） F F 缓冲阀 P2 （ A4 A3） F F 整个过程看出，正常回转时，该阀也有一个短暂的打开 过程，但是马上就关闭了。起到了启动平稳，制动时吸 收压力脉冲的作用。 P2 F F 时间 压力 回转安全阀（设计要点） T 节流孔 面积 A1 面积 A2 差动阀杆 缓冲阀 面积 A3 面积 A4 面积 A3 环形面积 A2；面积 A4 环形面积； A1 A2； A4 A3 联立各状态方程解出： （ A1 A2） （ A4 A3） 弹簧力决定了开启压力和设定压力，节流孔决定了压力上升的时间。 弹簧力 F P1 回转安全阀（关闭状态） A T T 节流孔 缓冲阀 可变环形缝隙 面积大 面积小 差动阀杆 全开启状态 A T T 阀杆 缓冲阀 可变环形缝隙节流 时间 压力 随着缓冲阀的右移，节流作用使该腔压 力逐渐升高。此时 A腔压力随之上升， 达到系统压力设定值。 整个过程看出，正常回转时，该阀也有一个短暂的打开过程，但是马上就 关闭了。起到了启动平稳，制动时吸收压力脉冲的作用。 回转马达防反转功能 回转防反转 回转制动是靠液压制动，制动力矩的大小与 回转马达的过载阀调定压力成正比。 没有安装防反转阀时，负载力矩大于制动力 矩时，只能靠两个过载阀反复溢流。 安装防反转阀后，利用该阀内部的小孔节流 作用，使阀内封闭马达工作口的两根阀杆产 生速度差而导通马达的两个工作口，将处于 高压端工作口的油泄到低压端。 因此回转反转（来回摇晃）只有一次。 防反转阀 特点 : (1) 防止回转时的摇摆 (2) 可安装在回转马达上 (3) 紧凑设计 无防反转阀 有防反转阀 无防反转阀 有防反转阀 防反转阀 中位 上阀 下阀 滑阀 弹簧 节流孔 油道 油道 油道 上下阀接触 的距离很短 上 阀 作 用 面 积 小 下阀作用面积大 马达初始 启动旋转 下阀向上顶起 初始启动时 压力比较高 防反转阀 马达 正常 旋转 滑阀底部有油压作用向上推 钢 球 被 顶 上 去 这腔有 油压 系统低于最 高启动压力 后，上下阀 被弹簧一起 推下来 节流的原因 使下阀下降 快，上阀下 降慢。从初 始启动到正 常运转会有 少量泄漏。 大量的进油 使这个过程 很短，人感 觉不到。 防反转阀 制 动 高压 低压 惯性 这腔有 油压 滑阀底部有油压作用向上推 钢球被顶上 去 高压时下阀 被顶上去 防反转阀 卸压 互通 回转将停止 时压力降低 无阻尼下降 回位的快 有阻尼下降 回位的慢 阻尼孔 两阀杆分开 而导通油道 阀杆移动与 左面同样道理 钢球一直被 油压顶在上面 卸压互通 防反转阀 反转 卸压 惯性反转 高压 低压 油压将钢球 顶到上端 油压将钢球 压到下端 防反转阀 1 原理 回转停止时，回转上部体由于惯性继续旋转，回转制动器 延迟 5-8秒后起作用 2. 规格 3. 构 造 延时压力 0.5 0.7 MPa 延迟时间 5 8 sec. 解 除 压 力PG 延时压力 ： SH 回转制动延时功能 回转减速机 两级行星减速 太阳轮输 入 行星轮架 输出 传动简图 单排行星传动 双排行星传动 输入 输出 输入 输出 速比 1 K 速比（ 1 K1） （ 1 K2） 行星排特性参数 K 内齿圈齿数 太阳轮数 行走马达及减速机 行走马达 1. 设制动后左边产生 高压，先 a后 b； 2. 一级安全阀 a的调定 压力为 10.2MPa，二 级安全阀 b的调定压 力为 41.2MPa； 3. 如果制动后右边产 生高压，则一级安 全阀为 b；二级安全 阀为 a。 a b 行走马达 变量油缸 变量油缸 制动器 解除制动 来油 输出轴 主泵来油 回油 行走马达控制 1. 假设马达 A口进油。 2. 行走时打开单向阀 327 进入马达右腔。 3. 同时通过节流孔进入阀 杆 329使其左移，打开 行走制动器油路，使行 走制动器松开。这个动 作还打开了马达 B口的 回油路。 4. 同时还通过右面安全阀 f1 的中间节流孔进入 缓冲活塞腔，将缓冲活 塞 381推到左侧。此时 安全阀 f1 有一个短暂 的开启动作。 节 流 孔 f1 如果下坡时马达超 速，泵供油不及使 A口压力降低，阀 杆 329在弹簧力作 用下向右移动，关 小马达的回油通道 ，从而限制马达的 转速。所以阀杆 329叫平衡阀。 阀杆右移 行走马达控制 A口不供油时马达停止转动。而 机器惯性影响使马达继续旋转 ，马达的功能转换为泵。主阀 杆的封闭致使 B口压力升高，压 力油通过左安全阀 f 中间的节 流孔进入缓冲腔，推动缓冲活 塞 391右移，同时安全阀 f 打 开向 A腔补油，消除 B口脉冲压 力的同时防止马达 A口吸空。 缓冲活塞是阶梯结构，压力油 作用面积是逐步增大的，可以 进一步起到缓冲作用。 缓冲活塞移动到最右端后， B腔 压力上升，左安全阀 f 完全关 闭。 压力进一步升高时， B腔压力作 用在右安全阀 f1 上，安全阀 f1限制了马达的最高压力。这 个压力就是最大制动压力。 节 流 孔 f1 行走马达控制 左安全阀 f a a b b c 接缓冲活塞 1. 重要提示：马达停止转动时 A口变为吸油腔，压力最低。 2. 马达初始停止转动时，马达 B口的压力作用在左安全阀 f 的 a 口（整个圆面 积），阀杆左移，将油泄到 b 口（注意 b 口与马达的 A口相通）。当缓冲活 塞移到最右端后， c 口压力上升，由于阀杆的直径差，在弹簧力和压差力作 用下阀杆右移，安全阀 f 关闭。此时的压力叫做一级压力。 3. 这个过程很短暂，目的是消除 B口的脉冲压力，防止 A口吸空。 ab ，开启压力 10.2MPa C 马达 B口来油 泄到马达 A口 直径大 直径小 阀杆 随着缓冲活塞移到最右端 ，该腔压力逐渐升高。 右安全阀 f1 a a b b c 接缓冲活塞 直径大 直径小 1. 重要提示：马达停止转动时 A口变为吸油腔，压力最低。 2. 安全阀 f 完全关闭后，马达 B口的压力作用在右安全阀 f1 的 b 口（大 直径减去小直径的环行面积），将油泄到 a 口（注意 a 口与马达的 A口 相通）。此时的这个压力叫做二级压力，也就是最大制动压力。 3. 整个过程看出，正常行走时，该阀也有一个短暂的打开过程，但是马上就 关闭了。起到了启动平稳，制动时吸收压力脉冲的作用。 ba ，开启压力 41.2MPa C 马达 B口来油 泄到马达 A口 该腔变为吸油腔 ，压力最低。 行走安全阀 节流孔 节流孔 孔 缓冲活塞 阀体 弹簧 阀杆 节流孔 滑阀 回油 压 力 油 行走减速机 太阳轮输入，内齿圈输出 双排行星减速传动简图 输入 输出 速比（ K1 K2 K1 K2） 摆线针轮传动简图 行星传动 少齿差行星齿轮传动 （摆线齿廓） 速比 Z1 （ Z2 Z1） 当（ Z2 Z1） 1，称为一齿差 Z1 Z2 输入 输出 演变 H行星架由 输入轴和 双偏心套 行星轮即 摆线轮 摆线轮中心 针 轮 中 心 输出 固定不动 输入 摆线针轮传动原理 摆线针轮传动 4， 5构成插销式偏心输出机构 一级直齿轮加摆线针轮减速机 摆线针轮传动的特点 1.传动比例范围大（单级传动为 9-87；两级 传动为 121-7569） 2.体积小、重量轻 3.效率高 4.运转平稳。过载能力大 5.工作可靠、寿命长 液压系统全功率控制 发动机最高空转转速：额定转速 调速率（ 1.08 1.10）。 一般情况下带动较大载荷后转速降低 150 200rpm。 发动机的飞轮功率：扣除发动机各种附件后飞轮 净输出功率。 预留发动机的功率储备：避免发动机遇到大的载 荷时严重降速甚至熄火。 泵的功率设定：发动机飞轮功率 88 92%。 发动机与泵的功率匹配 发动机的功率 扭 矩 和 油 耗 扭矩 功率 油耗 转速 计算机辅助功率控制系统 计算机控制器 先导泵 主泵 1 主泵 2 柴油机速度传感器 油门执行器 反馈传感器 监视器 柴油机速度旋钮 电比例减压阀 压力泵传感器 泵压力传感器 挖掘机控制系统的类型 开关或定值型控制系统 液压泵 液压换向阀 电磁换向阀 执行元件 负载 仅具有开关或切换油路的功能，常见的是液压 换向阀和电磁换向阀。 电液伺服型控制系统（闭环） 电子 放大器 电液 伺服阀 执行 元件 负载 反馈测量元件 核心元件 电液伺服阀既是电液转换元件，又 是功率放大元件。它可将小功率的电信号输入转 换成大功率的液压能输出，根据输入电流的大小 连续地、按比例地改变液流的流量、压力和方向 。 正 负 差值 电液比例型控制系统（闭环） 电子 放大器 比例 电磁铁 执行 元件 负载 反馈测量元件 电液比例阀组成：比例电磁铁（电 -机械比例转换装置）液 压控制阀本体。 电 -机械比例转换装置：将输入的电信号按比例地连续地转换 为机械力和位移输出。 液压阀本体：接受这种机械力和位移的输出按比例地连续地输 出压力或者流量。 电液比例阀 液压 控制阀 正 负 差值 传感器：用敏感元件将机械量（如力、位移、速度 ）转换为电量。 控制器：排除干扰使被控参数按预定规律变化。控 制器常用反馈控制原理。 挖掘机控制系统的常用元件 给定值 发生器 比较器 驱动部件 和执行机构 被控量 检测及 变换元件 误差信号 驱动器：把控制器传来的微小信号放大成相应的功 率信号去拖动执行机构。一般有电磁阀、电液阀、 伺服阀、比例阀、步进电机等。 接口元件：有模拟量 /数字量相互转换接口，编码 器，数字测量元件等。 挖掘机控制系统的常用元件 电液比例阀 按用途分为四类： 电液比例压力阀 电液比例流量阀 电液比例换向阀 电液比例复合阀 电液比例阀 1. 由电子放大器驱动并且一起配套供应。它的 作用是：把输入的电信号转换成一定的位移 ，此位移通过液压阀可以压紧或放松一个弹 簧，或者可以移动一个阀杆。 2. 与一般的通断型电磁铁的主要区别在于普通 电磁铁是变气隙的，比例电磁铁的气隙在一 定范围内恒定，保证了电磁引力恒定，而且 不同的电流可以对应不同的引力。转换到压 力或流量与电流的关系，就是不同的电流对 应不同的压力和流量。 比例电磁铁的特性 电液比例阀 的特点： 能实现自动连续控制、远程控制和程序控制。 把电的快速性、灵活性与液压传动力量大的优点 结合起来，能连续地、按比例地控制液压系统执 行元件的力、速度和方向。 技术上容易掌握，工作可靠，价格相对较低。 电液比例阀在挖掘机控制系统的应用 电液比例减压阀（失电常开） 电信号 电液比例减压阀（失电常开） 稳定出口压力措施： 看 A口压力的变化。当 A口压力升高时，由于 阀杆的面积差，在油 压作用下阀杆向下移 动，减小开口，使 A口 压力降低。当 A口压力 降低时，在弹簧力作 用下阀杆向上移动， 增大开口，使 A口压力 升高。 Psv A T 得电后 固定 弹簧 直径大 直径小 开口 双泵电控 电比例减压阀是失电 常开型，失电时引入 的先导泵压力最高， 泵的功率最小； 电比例减压阀得电后 ，随着电流的逐步增 大，引入的先导泵压 力逐步减小，泵的功 率逐步增大。 100 不用 双泵电控 泵的功率随电比 例减压阀输入电 流的变化曲线。 输入电流在 0 100mA时 不呈线性变化规律，因 此不用这一段曲线。 电液比例减压阀 液压交叉控制 P= P1 P2 Psv 电控 双泵电控 双泵电控 （ P1 P2） /2 负流量口 负流量口 电控油压 Psv 液压交叉控制口 出油口 出油口 节流口 电比例减压阀 两泵的平均压力 P= P1 P2 Psv 电控双泵调节器结构原理 负流量控制 总功率控制（液压交叉控制） 电控（电子信号控制） 电控系统 无电控： 当 P= P1 P2 2 p0时 ，进入全 功率调节状态。 有电控时：当 P= P1 P2 Psv 2 p0时 ， 进入全功率调节状态。 其中 Psv是电控系统利用先导油路施加的压力。变 换有电控时的公式为： P= P1 P2 2 p0 Psv 对比 无电控和有电控的公式，为便于理解将不等 式右边看作双泵调节的起调压力，可以看出，有 电控时泵的起调压力比无电控时降低了 。 结论：电控系统是减小泵的起调压力从而减小泵 的功率。 电控系统的特点 随着电控系统电比例 减压阀控制电流的大小 ，泵在确定的转速下有 一个最大调节功率和最 小调节功率。或者说泵 有一定的功率调节范围 。 P Q 泵的全功率曲线 随电流电控 最小调节功率 随电流电控 最大调节功率