CARTER挖掘机液压基础知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,挖掘机液压系统,1,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,2,液压系统原理图常用线型和符号,粗实线：主管路和主油道。,虚线：控制管路和控制油道。,双点划线：部件组成，它一般是封闭的。,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,符号：,P,泵压力油,A,、,B,油缸或马达的工作油口,O,、,T,、,Dr,油箱,3,4,5,6,7,8,9,差动原理,差动阀杆,差动油缸,双作用油缸,S1,S2,F弹簧,P,P,阀杆受力平衡方程：,PS1P S2 F弹簧,P（ S1 S2 ） F弹簧,10,液压系统的基本组成,液压泵：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。,控制调节装置：各种阀。大致有,压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀,等。,辅助装置：油箱、过滤器、管路、接头、密封、冷却器、蓄能器等等。,11,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。,12,液压泵轴向柱塞泵,13,液压控制阀,流量控制阀,压力控制阀,方向控制阀,14,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）,15,节流阀,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。,P前,P后,P=P前P后,16,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。,直动式：中低压系统,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。,直动式：中低压系统,先导式：高压系统,17,直动式安全阀,弹簧比较硬,18,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=PP,弹簧很软,弹簧比较硬,19,KAWASAKI先导泵安全阀,20,直动式减压阀,液压油通过缝隙产生压力降P,P,C,=P,A, P,保持出口压力稳定的措施,21,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,22,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。,单向阀：只允许液压油单方向通过。,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。,截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过。,液压控制换向（液压先导控制）,电磁阀控制换向,二通插装阀,23,单向阀,24,选择阀（梭阀）,A1,A2,25,液控换向阀,先导泵,来油,先导泵,回油,回位弹簧,26,电磁阀,27,二通插装阀,方向控制回路,28,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,KAWASAKI,29,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,KAWASAKI,30,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,31,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,32,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。,33,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。,34,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。,35,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2,36,挖掘机的液压系统,37,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。,液压泵的基本性能参数,38,流量Q（单位L/min，升/分钟）,单位时间内输出液压油的体积。,Q=qn（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=PQ,液压泵的基本性能参数,39,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,40,液压柱塞泵和柱塞马达的变量,变量泵,变量马达,41,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,42,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）。,工作特点,43,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。,工作特点,44,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。,工作特点,45,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,46,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p,0,弹簧预紧力油压作用面积,47,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,48,当泵的转速发生变化时，泵的恒功率曲线也发生变化。即随着泵转速的下降，其流量和功率也都下降。,P,Q,转速高,泵功率大,转速低,泵流量和,功率都小,泵的恒功率曲线随转速变化规律,49,当泵的起调压力发生变化时，泵的恒功率曲线也发生变化。即随着泵起调压力的下降，其功率也下降。,P,Q,起调压力高,泵的功率大,起调压力低,泵的功率小,泵的恒功率曲线随起调压力变化规律,该点取决于第二根,弹簧何时进入工作状态,50,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p,0,（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,51,液压伺服控制系统的应用示例,P,O,液控阀杆,如果这里设置双弹簧，就是液压系统的恒功率控制的具体应用,52,液压全功率控制,（两台泵液压交叉控制）, P=,P1P2,液压交叉控制,两个小活塞,的面积相等,53,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 p,0,时进入全功率调节区域，才能充分利用发动机的功率。,54,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。,55,泵的负流量控制,负流量控制,全功率控制,56,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，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,57,泵调节器结构原理,（KAWASAKI）,58,59,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,60,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,61,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,伺服油缸的移动而带动,62,液压系统全功率控制发动机与泵的功率匹配,发动机最高空转转速：额定转速调速率（1.081.10）。,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%。,63,发动机的功率,扭矩,功率,油耗,扭矩和油耗,转速,64,挖掘机液压系统的主要部件,65,全功率变量双联主泵,66,主控制阀,67,液控换向,T,先导来油,先导回油,P 主泵来油,A,B,主阀杆,回位弹簧,单向阀,P,68,先导式主安全阀,P,T,导阀,调压弹簧,主阀弹簧,主阀,节流孔,69,主安全阀开启状态,P,T,导阀打开,主阀弹簧,主阀,节流孔,70,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,71,过载阀开启状态,可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼。,A,T,72,单向阀开启状态,阀套,T,A,节流孔,73,减压阀式,T,A,B,先导泵来油,先导泵来油,封闭,手控先导控制阀,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,KAWASAKI,74,阀杆受力平衡方程为,P,A,（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， P,A,的变化也很小。,从阀的工作过程看，出口压力P,A,升高时阀杆向上移动，减小开口量，使出口压力P,A,降低，保持P,A,不变。反之出口压力P,A,降低时弹簧力使阀杆向下移动，增大开口量，使出口压力P,A,升高，保持P,A,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,75,减压阀式手控先导控制阀,先导泵来油,回油箱,A1,A2,B2,B1,76,脚控先导控制阀,阻尼孔,先导来油,A,B,T,减压阀式,钢球,弹簧腔,弹簧,弹簧,推杆,阻尼活塞,77,减压阀式脚控先导控制阀,阻尼器,78,回转马达,79,回转减速机,80,两级,行星减速,太阳轮输入,行星轮架输出,81,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1K,速比（1K1）（ 1K2）,行星排特性参数,K 内齿圈齿数太阳轮齿数,82,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,83,摆线针轮传动原理,摆线轮中心,针轮中心,输出,固定不动,输入,84,摆线针轮传动,4，5构成插销式偏心输出机构,TEIJINSEIKI,一级直齿轮加摆线针轮减速机,85,行走马达,设制动后左边产生高压，先,a,后,b,：,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,。,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,86,行走马达控制阀,假设马达,A,口进油。,行走时打开单向阀,327,进入马达右腔。,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。,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,f1,87,行走马达控制阀,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,88,行走马达控制阀,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,f1,89,左安全阀 f,a,a,b,b,c,接缓冲活塞,重要提示：马达停止转动时,A,口变为吸油腔，压力最低。,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。,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。,90,右安全阀 f1,a,a,b,b,c,接缓冲活塞,直径大,直径小,重要提示：马达停止转动时,A,口变为吸油腔，压力最低。,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。,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。,91,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,92,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,93,回转安全阀（关闭状态）,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；A1A2； A4A3,该状态：差动阀杆 P1（A1A2） F,缓冲阀 P1 （A4A3） F,弹簧力F,P1,94,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,开启并逐渐升压状态,弹簧力F增大,P1升高,95,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（A1A2） F F,缓冲阀 P2 （A4A3） 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,96,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；,A1A2； A4A3,联立各状态方程解出： （A1A2） （A4A3）,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,P1,97,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,KAWASAKI,98,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。,99,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,100,上阀,作用面积小,下阀作用面积大,防反转阀,马达,初始,启动,旋转,下阀向上顶起,初始启动时压力比较高,101,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。,102,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,103,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,104,反转,卸压,防反转阀,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,105,防反转阀使用效果,时间,压力,没有防反转阀,有防反转阀,106,电子控制液压系统,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,泵压力传感器,泵压力传感器,107,电子控制液压系统,电子控制液压系统简称电控系统，它监测发动机转速。随着外载荷增大，泵的功率增加，发动机的负荷也随之增大。当外载荷增大致使发动机转速降低时，电控系统起作用，它自动调小泵的起调压力，减小泵的功率，也就减小了发动机的负荷，使发动机转速恢复正常。,随着使用工况的不同，可以任意人为设定泵的功率，最大限度地发挥机器的使用范围。,108,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,109,这两个例子中电液比例阀,的组成为：,将开关或定值型控制阀的手控部分改为比例电磁铁（电-机械比例转换装置）。,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,110,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。,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,111,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。,对于位置控制或需要提高系统性能时可以用于负反馈的闭式系统。,电液比例阀在挖掘机控制系统的应用,112,KAWASAKI电液比例减压阀（失电常开）,电信号,113,电液比例减压阀（失电常开）,Psv,A,T,得电后,固定,弹簧,直径大,直径小,开口,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。,114,电液比例减压阀,液压交叉控制, P=,P1P2 Psv,电控,KAWASAKI,双泵电控,115,KAWASAKAI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,116,KAWASAKAI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0100mA时不呈线性变化规律，因此不用这一段曲线。,117,泵的功率设定及其跟随,P,Q,泵的全功率曲线,泵功率跟随,模式,泵功率最大,泵功率跟随：泵最大转速时流量和功率最大。随外载荷增大电控系统使泵的功率减小。,泵的转速发生变化时，泵的实际流量也将发生变化，此时电控系统可以给泵设定一个固定的功率。,模式不跟随,设定泵的固定功率,118,谢谢各位！,希望大家对液压挖掘机,有一个初步的了解和认识,119,