挖掘机液压系统

课程：流体传动与控制 课题：挖掘机液压系统 班级：指导教师：组员：1 概述挖掘机的液压系统是挖掘机上重要的组成部分， 它是挖掘机工作循环的的动 力系统。挖掘机的工作条件恶劣， 且动臂和底盘动作非常频繁， 因此要求液压系 统工作稳定， 平均无故障时间长。 因此，液压系统的性能优劣决定着挖掘机工作 性能的高低。 液压技术的发展直接关系挖掘机的发展， 挖掘机与液压技术密不可 分，二者相互促进。 液压技术是现代挖掘机的技术基础， 挖掘机的发展又促进了 液压技术的提高。 挖掘机的液压系统复杂， 可以说目前液压传动的许多先进技术 都体现在挖掘机上。 挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助回路组成， 它 们包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流调速和节流限速回路、行走限速回 路、支腿顺序回路、 支腿锁止回路和先导阀操纵回路等， 由它们构成具有各种功 能的液压系统。 随着科技的进步， 挖掘机的液压系统将更加复杂， 功能更加多样 且便于操作控制， 工作效率高， 耗能少，先进的液压系统会使挖掘机在工程领域 发挥更大的作用。液压挖掘机是一种多功能机械， 目前被广泛应用于水利工程， 交通运输， 电 力工程和矿山采掘等机械施工中， 它在减轻繁重的体力劳动， 保证工程质量。 加 快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。 由于液压挖掘机具有 多品种，多功能，高质量及高效率等特点， 因此受到了广大施工作业单位的青睐。 液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。 由于挖掘机的工作条件恶劣， 要求实现的动作很复杂， 于是它对液压系统的设计 提出了很高的要求， 其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。 因此，对 挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。2 挖掘机液压系统概述2.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求， 把各种液压元件用管路有机地 连接起来就组成一个挖掘机液压系统。 它是以油液为工作介质、 利用液压泵将发 元件将液压能转变为机械能， 进而实现挖掘机的各种动作。 按照不同的功能可将 挖掘机液压系统分为三个基本部分：工作装置系统，回转系统、行走系统。挖掘 机的工作装置主要由动臂、 斗杆、铲斗及相应的液压缸组成， 它包括动臂、斗杆、 铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或向右回转， 以便进行挖掘和卸料， 完成该动作的液压元件是回转马达。 回转系统工作时必须 满足如下条件：回转迅速、起动和制动无冲击、振动和摇摆，与其它机构同时动 作时，能合理地分配去各机构的流量。 行走装置的作用是支撑挖掘机的整机质量 并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式机构， 所用的液压元件主要是行走马达。 行走系统的设计要考虑直线行驶问题， 即在挖掘机行走过程中， 如果某一工作装 置动作，不至于造成挖掘机发生行走偏转现象。挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和 振动频繁，而且野外作业， 温度和地理位置变化大， 因此挖掘机的液压系统应满 足如下要求 :（1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合 实现复合动作。（2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高 挖掘机的生产率。（3）履带式挖掘机的左、 右履带分别驱动， 使挖掘机行走方便、 转向灵活， 并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。（4）保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。（5）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有 良好的过载保护； 回转机构和行走装置有可靠的制动和限速； 防止动臂因自重而 快速下降和整机超速溜坡。为此，液压系统应做到：（1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。（2）液压系统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。（3）设置轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液 压油温不超过80 C,或温升不超过45 C。（4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密 封性能要好, 液压元件对油液污染的敏感性要低, 整个液压系统要设置滤油器和 防尘装置。（5）采用液压或电液伺服操纵装置,以便挖掘机设置自动控制系统,进而 提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。2.2 挖掘机液压系统的基本动作分析（1）挖掘。通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别进行单独挖掘,或者两者 配合进行挖掘。 在挖掘过程中主要是铲斗和斗杆有复合动作, 必要时配以动臂动 作。（2）满斗举升回转。挖掘结束后,动臂缸将动臂顶起、满斗提升,同时回 转液压马达使转台转向卸土处, 此时主要是动臂和回转的复合动作。 动臂举升和 臂和铲斗自动举升到正确的卸载高度。 由于卸载所需回转角度不同, 随挖掘机相 对自卸车的位置而变,因此动臂举升速度和回转速度相对关系应该是可调整的, 若卸载回转角度大,则要求回转速度快些,而动臂举升速度慢些。（3）卸载。回转至卸土位置时,转台制动,用斗杆调节卸载半径和卸载高 度,用铲斗缸卸载。为了调整卸载位置,还需动臂配合动作。卸载时,主要是斗 杆和铲斗复合作用,兼以动臂动作。（4）空斗返回。卸载结束后,转台反向回转,同时动臂缸和斗杆缸相互配 合动作,把空斗放到新的挖掘点,此工况是回转、动臂、和斗杆复合动作。由于 动臂下降有重力作用、压力低、泵的流量大、下降快,要求回转速度快,因此该 工况的供油情况通常是一个泵全部流量供回转, 另一泵大部分油供动臂, 少部分 油经节流供斗杆。3挖掘机液压系统工作原理3.1挖掘机总体原理图11-油泵；2-回转马达；3-缓冲补油阀组；4-左右履带行走马达；5-行走马达双速电磁阀；6-补油单向阀；7-中央回转接头；8-限速阀；9-溢流阀；10-梭阀；11-合流阀；12-斗杆油缸；13-铲斗油缸；14-单向节流阀；15-动臂油缸；16-冷却器；17-冷却器；18-滤油器；19-背压 阀；20-节流阀图3.1液压系统原理图图示全液压挖掘机的液压系统为双泵双路定量系统。系统中所用的是斜轴式径向柱塞泵。它有两个出油口，相当于A, B两台泵供油，其流量为328L/min。 A泵输出的压力油进入多路阀组I （带合流阀5）驱动回转马达18,铲斗缸22 和辅助缸20动作，并经中央回转接头驱动右行走马达 17。泵B输出的压力油进 入多路阀组II （带限速阀10）驱动动臂缸19,斗杆缸21,并经过中央回转接头 驱动左行走马达16和推土缸15。每组多路阀中的四联换向阀组成串联油路。3.2挖掘机液压系统的基本回路及其子系统分析3.2.1行走机构液压系统行走液压系统回路的组成（如图3.1所示）：主泵一主控制阀一中心回转接 头一行走马达-油箱。可实现车辆直线行走或单侧行走，行走时系统溢流压力设 定为24.5MPa；车辆在行走（直线行走或单边行走）时主泵为分流状态：前泵供 应左行走滑阀一一斗杆组，后泵供应右行走滑阀一一铲斗组。（1）直线行走性能当进行直线行走操作时， 主泵流量的分配取决于左右行 走滑阀的操作量。通过外部管路将左行走压力补偿阀和右行走压力补偿阀连通 起来，使左右压力补偿阀受力相等，如果左右滑阀的操作量相等，则通过左右行 走滑阀的流量相等，保证了车辆的直线行走性能图3.1行走机构液压系统图3.2.2回转机构液压系统当铲斗装满后从挖掘位置到卸载位置时， 挖掘机转台停止后，由于满斗承 载压力突然停止会有很大反冲力，而使整台挖掘机机器晃动。为解决此不良症状 发生，在回转台回转接头位置设计一回转晃动防止阀，来减少冲力而引起的整机性能损害。转台回转摇晃防止机构是挖掘机转台回转停止后消除其摇晃的机构， 其工作原理是：回转马过停止运转的过程中，反转防止阀两侧受卸荷压力作用， 弹簧压缩。由于左、右压力相等，反转防止阀不能换向。回转马达停止运转后B 口侧压力比A口侧高，对回转马达产生反力作用，回转马达摇晃，此时 A 口侧 压力比B 口侧的高，对反转防止阀产生压力。由于阀中有节流孔，产生时间滞后，滑阀向右移动，从而使A 口与B 口联通、压力相等。因此，转台回转摇晃仅一次 而已。回转紧锁开关关闭时在回转锁紧开关 OFF状态下，操作手柄移动时，PPC 油压开关将信号传输至调速器泵控制器，然后调速器泵控制器输出驱动信号使回 转制动电磁阀励磁；电磁阀励磁后，先导油压通过回转电磁阀进入回转马达制动 器油室，克服弹簧压力将制动活塞打开；当操作手柄停在中立位置4秒钟以后，调速器泵控制器通过感知PPC油压开关信号将输出的驱动信号切断，使回转制动 电磁阀消磁，实现停车制动。控制系统如图 5.8所示。回转紧锁开关打开时 在回转锁紧开关ONN犬态，回转制动电磁阀励磁线路 断路，电磁阀消磁；消磁后的回转电磁阀将回转马达制动器油室与卸油回路接通， 在制动器弹簧力作用下，制动活塞推动连接盘与制动片接合， 实现制动功能；回 转锁紧开关在ON时，主控制阀的溢流压力上升为 20.5MPa。回转紧锁备用开关的使用 若调速器泵控制器出现故障，则不能输出驱动 信号，回转制动电磁阀不能励磁，回转制动将不能解除；此时，将回转锁紧备用 开关打在ON便可打开回转电磁阀，解除制动功能，实现回转。拟订回转机构液压系统回路简图如图 3.2所示。回转机构液压系统回路组 成：主泵一主控制阀一回转马达-油箱。 该构思简图可实现挖掘机任意角度回转 以及在任意角度停止回转后的制动。根据基本设计要求回转安全阀压力设定值为 20.5MPa,回转速度为10.0转/分。-ETriijV.动臂、斗杆I1-仃 =TT1图3.2回转机构液压系统图323铲斗液压系统:主泵拟订铲斗液压系统回路简图如图3.3所示。铲斗液压系统回路组成f主控制阀f铲斗f油箱。该构思简图可实现铲斗在一定角度来回转动.图3.3铲斗液压系统图324斗杆液压系统:主泵f拟订斗杆液压系统回路简图如图 3.4所示。斗杆液压系统回路组成 主控制阀f斗杆f油箱。该构思简图可实现斗杆在一定角度来回转动。图3.4斗杆液压系统图325动臂液压系统拟订动臂液压系统回路简图如图3.5所示。动臂液压系统回路组成：主泵f主控制阀f动臂f油箱。该构思简图可实现斗杆在一定角度来回转动图3.5动臂液压系统图参考文献1 李建启 . 负载传感系统压力补偿方案的分析比较 . 液压气动与密封，2 黄宗益 . 液压挖掘机分析工况控制 . 建筑机械， 19983 郭建瑞等 . 单斗液压挖掘机系列主参数规律的研究. 工程机械 19944 李建启 . 负载传感系统压力补偿方案的分析比较 . 液压气动与密封， 1992.3 陈世教等川崎 KMX15R艺掘机多路阀的功能与结构建筑机械，1999.66 叶伟等挖掘机工作装置液压操纵回路（ 一 ） 建筑机械 .2003.7 官忠范主编 . 液压传动系统 . 机械工业出版社 .19978 李福义 . 液压技术与液压伺服系统 . 哈尔滨船舶工程学院出版社 .1992.129 赫贵成等 .负载传感液压系统的设计 .液压与气动 .1993.110 郭建瑞等 . 单斗液压挖掘机系列主参数规律的研究 . 工程机械 199411 李善春 . 液压挖掘机动臂结构优化设计 .浙江大学硕士论文 .199912 左健民主编 . 液压与气压传动（ 2 版）. 北京：机械工业出版社 .1999.513 赵建. 降低液压系统能耗的有效途径 . 液压与气动， 2000.5: 1-314 王红彬.国外液压挖掘机新技术发展动向国外工程机械 1993.1915 陈正利.我国液压挖掘机发展的几个重要阶段及其前景展望建筑机械1999.16 张玉川 . 进口液压挖掘机国产化改造 . 成都：西南交通大学出版社， 1999.