柳工挖掘机的液压系统及控制培训课件

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,*,挖掘机的液压系统及控制,柳工国内营销事业部培训中心,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外表的压力向各个方向等值传递。,速度的传递按“容积变化相等的原那么。,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,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,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,液压系统原理图常用线型和符号,由液压元件组合而成的特种阀,由液压元件组合而成的特种阀,液压系统的根本组成,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,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。平安阀限制最高压力。,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。,液压泵的根本性能参数,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,液压泵的根本性能参数,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。,液压马达的根本性能参数,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,液压控制阀,流量控制阀,压力控制阀,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,节流阀,P,前,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，那么根据连通器原理，前后的压力是相等的。,P,后,P=P,前,P,后,压力控制阀,平安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,直动式平安阀,弹簧比较硬,先导式平安阀,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,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,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：根据回路中压力的上下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,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,二通插装阀,方向控制回路,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。,液压系统的伺服控制,液压泵,控制阀,液压缸,输入,输出,误差,反响,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,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,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，这种作用成为反响。使输入与输出的误差增大是正反响；使输入与输出的误差减小以致消除是负反响。反响是伺服控制系统的根本特征。这个例子的反响是机械连接、闭式负反响系统。反响可以是机械、电气、液压、气动或它们的组合。,工作特点,液压伺服控制系统的应用例如,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,轴向柱塞变量双泵,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,p,0,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。,负反响,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,P=,P1P2,液压交叉控制,两个小活塞,的面积相等,液压全功率控制两台泵液压交叉控制,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=,P1P2,来进行流量调节，只有当,P=,P1P2 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。,液压全功率控制,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。,泵的负流量控制,P1,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KAWASAKI,液压交叉,压力阀杆,负反响,连接伺服油缸,导杆,摇杆,大圆孔,与壳体固定铰接点,伺服阀杆,圆柱销,支点,滑块,阀杆到位后固定不动,伺服油缸的移动而带动,导杆,调节器杠杆机构原理图,伺服阀杆,伺服油缸,反响连杆,驱动连杆,负流量控制阀杆,液压交叉阀杆,驱动连杆,伺服阀杆,液压交叉控阀杆,负流量控制阀杆,反响连杆,伺服油缸,主控阀,液控多路阀换向回路,斗杆缸大腔,斗杆缸小腔,功能：,并联回路；,单方向限制通过阀杆的流量，形成优先功能；,回油再生。,控制泵来油,主泵来油,液控换向,控制泵来油,B,T,P,主泵来油,主阀杆,先导回油,回位弹簧,A,单向阀,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。,根本原理：,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集合再重新分配给两个行走马达。,主控阀的独特功能,直线行走控制回路,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。,主控阀的独特功能,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。,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,锁定回路二通插装阀,控制泵来油,B,A,作用：,1.防止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。,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,主控阀的独特功能,回油再生简称再生：,分动臂缸回油再生、斗杆缸回油再生和铲斗缸回油再生。,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。,主平安阀先导式,P,T,导阀,调压弹簧,主阀弹簧,主阀,节流孔,主平安阀开启状态,P,T,导阀翻开,主阀弹簧,主阀,节流孔,油口溢流阀,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。,油口溢流阀,A,T,导阀,调压弹簧,节流孔可变阻尼,主阀,阀套,滑阀,油口溢流阀开启状态,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,减压阀式先导阀,带梭阀,控制多条油路,减压阀式,手控先导控制阀,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,KAWASAKI,阀杆受力平衡方程为,PAa 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,脚先导控制回路,减压阀式先导阀,带液压阻尼器，防行走振动。,液压阻尼器,P,T,减压阀式,脚控先导控制阀,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,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。当操纵机子前进或后退并遇到路面凹凸不平时容易造成机子振动，这势必会影响司机的操作，司机不能很好地操作又会使机子更加振动严重，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子来消除机子的振动。,回转马达及减速机,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,回转马达,背压回路,当马达或者油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、平安阀的作用是保护油散。,2、一般情况下两个阀全开。,背压阀,MPa,平安阀,MPa,回转平安阀关闭状态,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 P1A1A2 F,缓冲阀 P1 A4A3 F,弹簧力,F,P1,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。,阀杆右移翻开,开启并逐渐升压状态,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 P2A1A2 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翻开过程，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,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,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,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,时间,压力,没有防反转阀,有防反转阀,防反转阀使用效果,回转制动延时功能,回转刹车功能：,回转刹车与操纵杆联,动，全部工作装置操,纵杆处于中立位置,时，延迟8秒钟左右,自动启动回转刹车。,先导泵来油,回转先导信号,制动油缸,油箱,行走马达及减速机,行走马达,设制动后左边产生高压，先a后b：,一级平安阀aMPa；二级平安阀bMPa。,如果制动后右边产生高压，那么一级平安阀为b；二级平安阀为a。,b,a,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,行走马达控制阀,节流孔,假设马达A口进油。,行走时翻开单向阀327进入马达右腔。,同时通过节流孔进入阀杆329使其左移，翻开行走制动器油路，使行走制动器松开。这个动作还翻开了马达B口的回油路。,同时还通过右面平安阀 f1 的中间节流孔进入缓冲活塞腔，将缓冲活塞381推到左侧。此时平安阀 f1 有一个短暂的开启动作。,f1,帝人制机,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,行走马达控制阀,节流孔,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，压力油通过左平安阀 f 中间的节流孔进入缓冲腔，推动缓冲活塞391右移，同时平安阀 f 翻开向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，左平安阀 f 完全关闭。,压力进一步升高时，B腔压力作用在右平安阀 f1 上，平安阀 f1限制了马达的最高压力。这个压力就是最大制动压力。,f1,左平安阀 f,ab，MPa,帝人制机,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口的压力作用在左平安阀 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，平安阀 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。,a,b,a,c,直径小,直径大,阀杆,随着缓冲活塞移到最右端，该腔压力逐渐升高。,接缓冲活塞,C,泄到马达,A,口,b,马达,B,口来油,右平安阀 f1,重要提示：马达停止转动时A口变为吸油腔，压力最低。,平安阀 f 完全关闭后，马达B口的压力作用在右平安阀 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翻开过程，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,接缓冲活塞,C,马达,B,口来油,b,泄到马达,A,口,b,a,a,直径大,直径小,ba，MPa,该腔变为吸油腔，压力最低。,c,直线行走,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。,根本原理：,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集合再重新分配给两个行走马达。,直线行走控制回路,P1,P2,先导泵,先导泵,平安阀,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,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。,所有先导油路都是穿过所列阀杆中路后与油箱,T,相通。,直线行走控制回路,希望大家对液压挖掘机有一个初步的了解和认识,谢谢各位！,