挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)

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1、 課程：流體傳動(dòng)與控制 課題：挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 組員： 1 概述 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)是挖掘機(jī)上重要的組成部分， 它是挖掘機(jī)工作循環(huán)的的動(dòng) 力系統(tǒng)。挖掘機(jī)的工作條件惡劣， 且動(dòng)臂和底盤動(dòng)作非常頻繁， 因此要求液壓系 統(tǒng)工作穩(wěn)定， 平均無故障時(shí)間長。 因此，液壓系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定著挖掘機(jī)工作 性能的高低。 液壓技術(shù)的發(fā)展直接關(guān)系挖掘機(jī)的發(fā)展， 挖掘機(jī)與液壓技術(shù)密不可 分，二者相互促進(jìn)。 液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)， 挖掘機(jī)的發(fā)展又促進(jìn)了 液壓技術(shù)的提高。 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，

2、 可以說目前液壓傳動(dòng)的許多先進(jìn)技術(shù) 都體現(xiàn)在挖掘機(jī)上。 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成， 它 們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回 路、支腿順序回路、 支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路等， 由它們構(gòu)成具有各種功 能的液壓系統(tǒng)。 隨著科技的進(jìn)步， 挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)將更加復(fù)雜， 功能更加多樣 且便于操作控制， 工作效率高， 耗能少，先進(jìn)的液壓系統(tǒng)會(huì)使挖掘機(jī)在工程領(lǐng)域 發(fā)揮更大的作用。 液壓挖掘機(jī)是一種多功能機(jī)械， 目前被廣泛應(yīng)用于水利工程， 交通運(yùn)輸， 電 力工程和礦山采掘等機(jī)械施工中， 它在減輕繁重的體力勞動(dòng)， 保證工程質(zhì)量。 加 快建設(shè)速度以及

3、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率方面起著十分重要的作用。 由于液壓挖掘機(jī)具有 多品種，多功能，高質(zhì)量及高效率等特點(diǎn)， 因此受到了廣大施工作業(yè)單位的青睞。 液壓挖掘機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)也日益蓬勃發(fā)展。 挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)緊密地聯(lián)系在一起，其發(fā)展主要以液壓技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)。 由于挖掘機(jī)的工作條件惡劣， 要求實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作很復(fù)雜， 于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 提出了很高的要求， 其液壓系統(tǒng)也是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中最為復(fù)雜的。 因此，對(duì) 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)挖掘機(jī)發(fā)展中的重要一環(huán)。 2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 2.1 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 按照挖掘機(jī)工作裝置和各個(gè)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)要求， 把各種液壓元件用管路有

4、機(jī)地 連接起來就組成一個(gè)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)。 它是以油液為工作介質(zhì)、 利用液壓泵將發(fā) 元件將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的各種動(dòng)作。 按照不同的功能可將 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)分為三個(gè)基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。挖掘 機(jī)的工作裝置主要由動(dòng)臂、 斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓缸組成， 它包括動(dòng)臂、斗桿、 鏟斗三個(gè)液壓回路?；剞D(zhuǎn)裝置的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺(tái)向左或向右回轉(zhuǎn)， 以便進(jìn)行挖掘和卸料， 完成該動(dòng)作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達(dá)。 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作時(shí)必須 滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動(dòng)和制動(dòng)無沖擊、振動(dòng)和搖擺，與其它機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng) 作時(shí)，能合理地分配去各機(jī)構(gòu)的流量。 行走裝置的作用是支撐挖掘機(jī)的整機(jī)質(zhì)量

5、 并完成行走任務(wù)，多采用履帶式和輪胎式機(jī)構(gòu)， 所用的液壓元件主要是行走馬達(dá)。 行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮直線行駛問題， 即在挖掘機(jī)行走過程中， 如果某一工作裝 置動(dòng)作，不至于造成挖掘機(jī)發(fā)生行走偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 挖掘機(jī)的動(dòng)作復(fù)雜，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、換向，負(fù)載變化大，沖擊和 振動(dòng)頻繁，而且野外作業(yè)， 溫度和地理位置變化大， 因此挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿 足如下要求 : （1）要保證挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動(dòng)作，也可以相互配合 實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作。 （2）工作裝置的動(dòng)作和轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能復(fù)合動(dòng)作，以提高 挖掘機(jī)的生產(chǎn)率。 （3）履帶式挖掘機(jī)的左、 右履帶分別驅(qū)動(dòng)， 使挖掘機(jī)行走方便、

6、轉(zhuǎn)向靈活， 并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機(jī)的靈活性。 （4）保證挖掘機(jī)的一切動(dòng)作可逆，且無級(jí)變速。 （5）保證挖掘機(jī)工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）有 良好的過載保護(hù)； 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走裝置有可靠的制動(dòng)和限速； 防止動(dòng)臂因自重而 快速下降和整機(jī)超速溜坡。 為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到： （1）有高的傳動(dòng)效率，以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃料使用經(jīng)濟(jì)性。 （2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在變化大的負(fù)載、急劇的振動(dòng)作用下，具有足夠 的可靠性。 （3）設(shè)置輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)的液 壓油溫不超過80 C,或溫升不超過45 C。 （4） 由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土多

7、，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密 封性能要好, 液壓元件對(duì)油液污染的敏感性要低, 整個(gè)液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和 防塵裝置。 （5） 采用液壓或電液伺服操縱裝置,以便挖掘機(jī)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng),進(jìn)而 提高挖掘機(jī)技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 2.2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本動(dòng)作分析 （1） 挖掘。通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進(jìn)行單獨(dú)挖掘,或者兩者 配合進(jìn)行挖掘。 在挖掘過程中主要是鏟斗和斗桿有復(fù)合動(dòng)作, 必要時(shí)配以動(dòng)臂動(dòng) 作。 （2） 滿斗舉升回轉(zhuǎn)。挖掘結(jié)束后,動(dòng)臂缸將動(dòng)臂頂起、滿斗提升,同時(shí)回 轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向卸土處, 此時(shí)主要是動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動(dòng)作。 動(dòng)臂舉升和 臂和鏟斗自動(dòng)舉升

8、到正確的卸載高度。 由于卸載所需回轉(zhuǎn)角度不同, 隨挖掘機(jī)相 對(duì)自卸車的位置而變,因此動(dòng)臂舉升速度和回轉(zhuǎn)速度相對(duì)關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的, 若卸載回轉(zhuǎn)角度大,則要求回轉(zhuǎn)速度快些,而動(dòng)臂舉升速度慢些。 （3） 卸載?；剞D(zhuǎn)至卸土位置時(shí),轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng),用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高 度,用鏟斗缸卸載。為了調(diào)整卸載位置,還需動(dòng)臂配合動(dòng)作。卸載時(shí),主要是斗 桿和鏟斗復(fù)合作用,兼以動(dòng)臂動(dòng)作。 （4）空斗返回。卸載結(jié)束后,轉(zhuǎn)臺(tái)反向回轉(zhuǎn),同時(shí)動(dòng)臂缸和斗桿缸相互配 合動(dòng)作,把空斗放到新的挖掘點(diǎn),此工況是回轉(zhuǎn)、動(dòng)臂、和斗桿復(fù)合動(dòng)作。由于 動(dòng)臂下降有重力作用、壓力低、泵的流量大、下降快,要求回轉(zhuǎn)速度快,因此該 工況的供油情況通

9、常是一個(gè)泵全部流量供回轉(zhuǎn), 另一泵大部分油供動(dòng)臂, 少部分 油經(jīng)節(jié)流供斗桿。 3挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理 3.1挖掘機(jī)總體原理圖 1 1-油泵；2-回轉(zhuǎn)馬達(dá)；3-緩沖補(bǔ)油閥組；4-左右履帶行走馬達(dá)；5-行走馬達(dá)雙速電磁閥； 6-補(bǔ)油單向閥；7-中央回轉(zhuǎn)接頭；8-限速閥；9-溢流閥；10-梭閥；11-合流閥；12-斗桿油缸； 13-鏟斗油缸；14-單向節(jié)流閥；15-動(dòng)臂油缸；16-冷卻器；17-冷卻器；18-濾油器；19-背壓 閥；20-節(jié)流閥 圖3.1液壓系統(tǒng)原理圖 圖示全液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)為雙泵雙路定量系統(tǒng)。系統(tǒng)中所用的是斜軸 式徑向柱塞泵。它有兩個(gè)出油口，相當(dāng)于A

10、, B兩臺(tái)泵供油，其流量為328L/min。 A泵輸出的壓力油進(jìn)入多路閥組I （帶合流閥5）驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)18,鏟斗缸22 和輔助缸20動(dòng)作，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動(dòng)右行走馬達(dá) 17。泵B輸出的壓力油進(jìn) 入多路閥組II （帶限速閥10）驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂缸19,斗桿缸21,并經(jīng)過中央回轉(zhuǎn)接頭 驅(qū)動(dòng)左行走馬達(dá)16和推土缸15。每組多路閥中的四聯(lián)換向閥組成串聯(lián)油路。 3.2挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路及其子系統(tǒng)分析 3.2.1行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 行走液壓系統(tǒng)回路的組成（如圖3.1所示）：主泵一主控制閥一中心回轉(zhuǎn)接 頭一行走馬達(dá)-油箱?？蓪?shí)現(xiàn)車輛直線行走或單側(cè)行走，行走時(shí)系統(tǒng)溢流壓力設(shè) 定為24.5MPa；車輛在行

11、走（直線行走或單邊行走）時(shí)主泵為分流狀態(tài)：前泵供 應(yīng)左行走滑閥一一斗桿組，后泵供應(yīng)右行走滑閥一一鏟斗組。 （1）直線行走性能當(dāng)進(jìn)行直線行走操作時(shí)， 主泵流量的分配取決于左右行 走滑閥的操作量。通過外部管路將左行走壓力補(bǔ)償閥和右行走壓力補(bǔ)償閥連通 起來，使左右壓力補(bǔ)償閥受力相等，如果左右滑閥的操作量相等，則通過左右行 走滑閥的流量相等，保證了車輛的直線行走性能 圖3.1行走機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖 3.2.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng) 當(dāng)鏟斗裝滿后從挖掘位置到卸載位置時(shí)， 挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)停止后，由于滿斗承 載壓力突然停止會(huì)有很大反沖力，而使整臺(tái)挖掘機(jī)機(jī)器晃動(dòng)。為解決此不良癥狀 發(fā)生，在回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)接頭位置設(shè)計(jì)

12、一回轉(zhuǎn)晃動(dòng)防止閥， 來減少?zèng)_力而引起的整機(jī) 性能損害。轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃防止機(jī)構(gòu)是挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)停止后消除其搖晃的機(jī)構(gòu)， 其工作原理是：回轉(zhuǎn)馬過停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，反轉(zhuǎn)防止閥兩側(cè)受卸荷壓力作用， 彈簧壓縮。由于左、右壓力相等，反轉(zhuǎn)防止閥不能換向。 回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后 B 口側(cè)壓力比A口側(cè)高，對(duì)回轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生反力作用，回轉(zhuǎn)馬達(dá)搖晃，此時(shí) A 口側(cè) 壓力比B 口側(cè)的高，對(duì)反轉(zhuǎn)防止閥產(chǎn)生壓力。由于閥中有節(jié)流孔，產(chǎn)生時(shí)間滯后， 滑閥向右移動(dòng)，從而使A 口與B 口聯(lián)通、壓力相等。因此，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃僅一次 而已?；剞D(zhuǎn)緊鎖開關(guān)關(guān)閉時(shí)在回轉(zhuǎn)鎖緊開關(guān) OFF狀態(tài)下，操作手柄移動(dòng)時(shí)，PPC 油壓開關(guān)將信號(hào)傳輸至調(diào)速器

13、泵控制器，然后調(diào)速器泵控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使回 轉(zhuǎn)制動(dòng)電磁閥勵(lì)磁；電磁閥勵(lì)磁后，先導(dǎo)油壓通過回轉(zhuǎn)電磁閥進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng) 器油室，克服彈簧壓力將制動(dòng)活塞打開；當(dāng)操作手柄停在中立位置 4秒鐘以后， 調(diào)速器泵控制器通過感知PPC油壓開關(guān)信號(hào)將輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)切斷，使回轉(zhuǎn)制動(dòng) 電磁閥消磁，實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)如圖 5.8所示。 回轉(zhuǎn)緊鎖開關(guān)打開時(shí) 在回轉(zhuǎn)鎖緊開關(guān)ONN犬態(tài)，回轉(zhuǎn)制動(dòng)電磁閥勵(lì)磁線路 斷路，電磁閥消磁；消磁后的回轉(zhuǎn)電磁閥將回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)器油室與卸油回路接通， 在制動(dòng)器彈簧力作用下，制動(dòng)活塞推動(dòng)連接盤與制動(dòng)片接合， 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能；回 轉(zhuǎn)鎖緊開關(guān)在ON時(shí)，主控制閥的溢流壓力上升為 20.5MP

14、a。 回轉(zhuǎn)緊鎖備用開關(guān)的使用 若調(diào)速器泵控制器出現(xiàn)故障，則不能輸出驅(qū)動(dòng) 信號(hào)，回轉(zhuǎn)制動(dòng)電磁閥不能勵(lì)磁，回轉(zhuǎn)制動(dòng)將不能解除；此時(shí)，將回轉(zhuǎn)鎖緊備用 開關(guān)打在ON便可打開回轉(zhuǎn)電磁閥，解除制動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。 擬訂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)回路簡圖如圖 3.2所示。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)回路組 成：主泵一主控制閥一回轉(zhuǎn)馬達(dá)-油箱。 該構(gòu)思簡圖可實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)任意角度回轉(zhuǎn) 以及在任意角度停止回轉(zhuǎn)后的制動(dòng)。根據(jù)基本設(shè)計(jì)要求回轉(zhuǎn)安全閥壓力設(shè)定值為 20.5MPa,回轉(zhuǎn)速度為10.0轉(zhuǎn)/分。 -ETriijV.動(dòng)臂、斗桿 I 1 [-仃 <=TT1 圖3.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖 323鏟斗液壓系統(tǒng)

15、:主泵 擬訂鏟斗液壓系統(tǒng)回路簡圖如圖 3.3所示。鏟斗液壓系統(tǒng)回路組成 f主控制閥f鏟斗f油箱。該構(gòu)思簡圖可實(shí)現(xiàn)鏟斗在一定角度來回轉(zhuǎn)動(dòng) . 圖3.3鏟斗液壓系統(tǒng)圖 324斗桿液壓系統(tǒng) :主泵f 擬訂斗桿液壓系統(tǒng)回路簡圖如圖 3.4所示。斗桿液壓系統(tǒng)回路組成 主控制閥f斗桿f油箱。該構(gòu)思簡圖可實(shí)現(xiàn)斗桿在一定角度來回轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖3.4斗桿液壓系統(tǒng)圖 3

16、25動(dòng)臂液壓系統(tǒng) 擬訂動(dòng)臂液壓系統(tǒng)回路簡圖如圖 3.5所示。動(dòng)臂液壓系統(tǒng)回路組成：主泵 f主控制閥f動(dòng)臂f油箱。該構(gòu)思簡圖可實(shí)現(xiàn)斗桿在一定角度來回轉(zhuǎn)動(dòng) 圖3.5動(dòng)臂液壓系統(tǒng)圖 參考文獻(xiàn) [1] 李建啟 . 負(fù)載傳感系統(tǒng)壓力補(bǔ)償方案的分析比較 . 液壓氣動(dòng)與密封， [2] 黃宗益 . 液壓挖掘機(jī)分析工況控制 . 建筑機(jī)械， 1998 [3] 郭建瑞等 . 單斗液壓挖掘機(jī)系列主參數(shù)規(guī)律的研究 . 《工程機(jī)械》 1994 [4] 李建啟 . 負(fù)載傳感系統(tǒng)壓力補(bǔ)償方案的分析比較 . 液壓氣動(dòng)與密封， 1992.3 ⑸ 陳世教等《川崎 KMX15R藝掘機(jī)多路閥的功能與結(jié)構(gòu)》建筑機(jī)械

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