液壓挖掘機液壓系統(tǒng)設計【6張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

液壓挖掘機液壓系統(tǒng)設計

53頁 23000字數(shù)+論文說明書+任務書+6張CAD圖紙【詳情如下】

任務書.doc

挖掘機裝配圖.dwg

活塞桿.dwg

液壓挖掘機液壓系統(tǒng)設計論文.doc

液壓挖掘機系統(tǒng)原理圖.dwg

液壓缸裝配圖.dwg

缸底.dwg

缸蓋.dwg

 摘要

液壓挖掘機主要用于城市等狹窄地區(qū)，代替人力勞動，在世界工程機械市場，屬于銷量最大的工程機械產(chǎn)品之一?？紤]到小挖的工作空間小、作業(yè)地形復雜、方便操作、可控性要求高，就要求小挖具有良好的復合動作、精簡的液壓系統(tǒng)以及優(yōu)越的精細作業(yè)能力。博世力士樂公司開發(fā)的獨立流量分配系統(tǒng)(LUDV)為單回路系統(tǒng)，具有裝配費用低、占用空間小、系統(tǒng)緊湊等特點，僅用1臺變量泵即滿足了所有作業(yè)功能要求，同時小挖復合動作時各負載相近，LUDV系統(tǒng)引起的能量損失較少。

本文從整機液壓系統(tǒng)的設計入手，詳細地分析了該液壓系統(tǒng)各組成部分的工作原理，并以此為基礎，分析了挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)的控制特性。本機所采用的液壓系統(tǒng)即為博世力士樂的LUDV控制系統(tǒng)。本文對挖掘機的液壓控制系統(tǒng)進行研究，對負流量控制系統(tǒng)、正流量控制系統(tǒng)、LS控制系統(tǒng)與LUDV控制系統(tǒng)進行了詳細的比較，得出在流量供應充足的情況下，LS系統(tǒng)與LUDV系統(tǒng)都具有良好的控制特性以及在流量供應不能滿足需求時LUDV系統(tǒng)特有的優(yōu)點。

此外，作為控制系統(tǒng)的核心部分之一的多路閥液壓系統(tǒng)，對挖掘機的控制特性及節(jié)能起著至關重要的作用，本文分析了博世力士樂多路閥液壓系統(tǒng)的組成、工作原理及各個部分的作用，確定了多路閥的結構。

通過分析國際知名品牌挖掘機液壓系統(tǒng)的工作原理，并比較其優(yōu)缺點，最后提出了一種挖掘機液壓系統(tǒng)方案。 

目錄

第一章 前言 1

1.1課題的來源及意義 1

1.2 挖掘機技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1

1.3 課題內容 2

第二章 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 3

2.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 3

2.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析 4

2.2.1 限壓回路 4

2.2.2 節(jié)流回路 5

2.2.3 再生回路 6

2.2.4 閉鎖回路 8

2.2.5 回轉液壓回路分析 8

2.2.6 行走液壓回路分析 13

第三章 挖掘機控制系統(tǒng)分析 16

3.1 挖掘機功率損失分析 16

3.2 液壓系統(tǒng)節(jié)能控制技術 17

3.2.1 負流量控制系統(tǒng) 17

3.2.2 正流量控制系統(tǒng) 19

3.2.3 LUDV負荷傳感系統(tǒng) 20

第四章 液壓挖掘機多路閥 30

4.1 多路閥液壓系統(tǒng)分析 30

4.2 力士樂M7多路閥 32

4.2.1 進油聯(lián) 32

4.2.2 換向聯(lián) 33

4.2.3 回轉聯(lián) 34

4.3 力士樂SX14型多路閥 35

4.3.1 進油聯(lián) 36

4.3.2 換向聯(lián) 37

4.3.3 尾聯(lián) 37

4.3.4 多路閥結構 38

第五章 挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖及主要元件 39

5.1 挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖 39

5.2 主要液壓元件 39

5.2.1 液壓泵 39

5.2.2 主控制閥 40

5.2.3 回轉和行走驅動 40

第六章 總結與展望 41

6.1 完成的工作 41

6.2 挖掘機技術的發(fā)展展望 41

致  謝 42

參考文獻 45

第一章 引言

1.1課題的來源及意義

挖掘機是一種重要的土方工程機械，由工作裝置、回轉機構和行走裝置組成，已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水力電力工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代軍事工程等機械化施工中。液壓挖掘機雖然能進行大功率、高靈敏度的各種作業(yè)，但其能量的總利用率僅為２０％左右，因此液壓挖掘機的節(jié)能一直成為人們追求的目標，對勞動生產(chǎn)率和工程質量的提高以及體力勞動的減輕有著重大的現(xiàn)實意義。全世界各種施工作業(yè)場所有６５％至７Ｏ％的土方工作量是由挖掘機來完成的。近年來，液壓挖掘機的銷售量增長迅速。液壓挖掘機在西部大開發(fā)建設中具有極為重要的作用，隨著西部各省市建設項目特別是基礎設施工程的不斷開工，液壓挖掘機的需求量將越來越大，這是一個長期的、不斷發(fā)展的市場，須花更多的精力去開拓。

挖掘機的技術發(fā)展順應全球多樣化施工現(xiàn)場的需求，經(jīng)歷了三十多年的歷史演變過程，經(jīng)過不斷的改進完善，在技術性能、作業(yè)功能、作業(yè)效率、安全、環(huán)保、節(jié)能和維護保養(yǎng)等方面有了大幅度的提高，形成了比較一致的技術標準和作業(yè)規(guī)范?，F(xiàn)在，國外幾乎所有的挖掘機制造商都涵蓋了挖掘機的所有型號，具有性能優(yōu)越、多功能化的顯著特點。隨著挖掘機市場的慢慢興起，國內生產(chǎn)挖掘機的企業(yè)逐年增多，產(chǎn)量的不斷增加，挖掘機市場的競爭將會愈演愈烈。

1.2 挖掘機技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

挖掘機的發(fā)展史可追溯到19世紀三四十年代。美國實施西部大開發(fā)工程催生了以蒸汽機作為動力，模仿人體大臂、小臂和手腕構造，能行走和扭腰的挖掘機。20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓鏟的懸掛式挖掘機，50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機，60年代，當液壓傳動技術成為成熟的傳動技術時，液壓挖掘機進入了推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。1968～1970年間液壓挖掘機產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的83%，目前已接近100%，所謂挖掘機在現(xiàn)代主要是指液壓挖掘機，液壓傳動技術為挖掘機的發(fā)展提供了強有力的技術支撐。

液壓傳動是挖掘機的重要組成部分之一，目前常用的傳動方式有機械傳動、電力傳動和流體傳動。所謂液壓傳動是指在密閉的回路中，利用液體的壓力能來進行能量的轉換、傳遞和分配的液體傳動。在現(xiàn)代工業(yè)中液壓傳動技術幾乎應用于所有機械設備的驅動、傳動和控制，如操縱車輛轉向和制動，控制和驅動飛機、機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、采礦機械、食品機械和醫(yī)療機械等。

我國挖掘機生產(chǎn)起步較晚，生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，與國際先進水平相比，差距較大，不論在產(chǎn)品品種、性能參數(shù)以及使用可靠性、售后服務等方面，與國外相比均存在著相當大的差距。國產(chǎn)液壓元件的技術水平、質量水平和可靠性，特別是可靠性水平達不到液壓挖掘機配套的要求。從國外采購配件的弊端已讓國內小挖生產(chǎn)企業(yè)倍受煎熬，價格高。目前國產(chǎn)的液壓挖掘機液壓元件基本上節(jié)范圍。通過功率控制的精確調節(jié)，保證了發(fā)動機功率的最佳利用。當所需流量較低時，液壓泵通過對負荷傳感器上的先導壓力和比例電磁閥進行壓差設定來實現(xiàn)平穩(wěn)的操作性能，具有不同敏感性的各種操作模式均可實現(xiàn)，加強了精細控制。

5.2.2 主控制閥

主控制閥采用SX閉芯主控制閥。挖掘機的可控性是通過流量控制來實現(xiàn)，可保持工作特性最佳而與負載無關。系統(tǒng)具有防飽和功能，不管運動形式如何，操作者可隨時實現(xiàn)必需的流量控制。四通中位閉式滑閥可以在每個運動方向上設定執(zhí)行元件的不同速度。SX主控制閥簡單、緊湊，將流量輸入與輸出的控制、壓力調節(jié)、壓力補償、流量再生和臂零泄漏自鎖等集于一體，集成了所有必需的功能。

5.2.3 回轉和行走驅動

回轉裝置由A10FD定量馬達及2級行星減速機構成組成。它的特點是輸出殼體短且?guī)ё枘岬囊缌鏖y(防止由于壓力峰值帶來的液壓馬達、管路和閥的過載，開啟兩級溢流閥防止驅動和加速工作時超載)、制動釋放閥(開啟多片式駐車制動器的釋放油壓)、防反彈閥(防止減速或停車時的反轉)都安裝在馬達油口接板上，省去了一些管路連接，簡化了系統(tǒng)。行走裝置采用A10VT的變量馬達與GFr7減速機構。它具有以下特點：安裝逆向平衡閥輔助溢流閥、高強度軸承、多片式駐車制動器；結構緊湊，節(jié)省了空間；運轉啟動效率高、安裝單、換油方便、運轉噪音低。

第六章 總結與展望

6.1 完成的工作

在大量收集相關資料，深入學習CAD等相關軟件的基礎上，采用了循序漸進、分步解決的方法來完成系統(tǒng)設計。本文完成的主要工作為：

（1） 分析了挖掘機常見液壓回路、液壓泵控制系統(tǒng)和多路閥液壓系統(tǒng)以及優(yōu)缺點。

（2） 確定了挖掘機液壓系統(tǒng)整體方案。

（3） 繪制了挖掘機液壓系統(tǒng)圖。

6.2 挖掘機技術的發(fā)展展望

隨著科學技術的飛速發(fā)展，計算機技術正在逐步應用于挖掘機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電液控制是挖掘機控制系統(tǒng)的方向。

如日本小松公司的康查士管理系統(tǒng)是利用IT技術為用戶體供優(yōu)質服務的管理系統(tǒng)。利用它可以通過互聯(lián)網(wǎng)、手機短信或手機上網(wǎng)即時查詢設備的各種信息，無論何時何地，只要一部可上網(wǎng)的手機就可方便的查詢車輛的作業(yè)情況。 

致  謝

經(jīng)過三個多月的學習，畢業(yè)設計得以圓滿結束。首先我要深深地感謝我的指導老師。老師知識淵博，為人師表，對學生認真負責，無微不至，工作一絲不茍。尤其他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，讓我受到很大感觸。 

深深地感謝我整個畢業(yè)設計期間提供的良好的硬件設施的母校。對此再次表示深深的感謝!

最后，對在百忙中耐心審閱本文的所有專家表示衷心的感謝和敬意！ 

參考文獻

[1] 王積偉, 章宏甲. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2005.

[2] 張軒, 黃薇. 工程圖學基礎[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2000.

[3] 管殿柱, AutoCAD2005機械制圖[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[4] 趙新莊、祁貴珍、沈松云.公路施工機械.人民交通出版社,2002

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[7] 吉林工業(yè)大學等編寫，工程機械液壓與液力傳動上冊，北京-機械工業(yè)出版社，1979.6

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[10] Gregory W. Davis. The Development of an Electro-Hydraulically Controlled, Five-Speed Transmission for a Hybrid Electric Vehicle [J]. SAE 980830, 109~118

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[12] 秦家生 .碩士學位論文. 挖掘機液壓系統(tǒng)研究 .吉林大學,2005.10

[13] 冷興聚、王春華.機械設計基礎,東北大學出版社, 2003.3

[14] 馬壯、趙越超、孟繁盛,機械工程材料,湖南科技技術出版社,2000.8

[15] 隗金文、王慧,液壓傳動.東北大學出版社,2001.12 

[16] Kazuo Uehara and Hiroyoshi Tominaga. Eneigy Saving on Hydraulic Systems of Excavators, SAE paper, 821057

畢業(yè)設計（論文）任務 書 第 1 頁 畢業(yè)設計（論文）題目： 液壓挖掘機 液壓系統(tǒng) 畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 1． 液壓挖掘機的組成和工作循環(huán) 由柴油機驅動液壓油源，向工作裝置、轉臺回轉機構的液壓執(zhí)行元件提供壓力油。工作裝置由動臂 1、斗桿 2 和鏟斗 3 組成，分別由液壓缸驅動 。 回轉機構由液壓馬達驅動，各執(zhí)行機構的動作集中由多路換向閥操縱。它的工作循環(huán)是以鏟斗切削土石料、裝滿后提升，回轉至卸料位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置，開始下一次作業(yè)。 2． 挖掘機 系統(tǒng)參數(shù)： 工作循環(huán)時間： 12~26s， 鏟斗容 量： 油源功率： 工作壓力： 14大流量： 25 L/ 第 2 頁 第 3 頁 畢業(yè)設計（論文）主要內容： 1． 設計液壓傳動系統(tǒng) 2． 設計液壓站 3． 設計油箱部件和液壓缸 4． 設計集成塊等零件 學生應交出的設計文件（論文）： 1． 液壓系統(tǒng)原理圖 1 張。 2． 液壓泵站總裝圖 1 張。 3． 油箱部件圖 1 張。 4． 液壓缸的全部零件圖和集成塊圖 1 張。 5． 設計用圖紙 1 套 6． 設計計算說明書 1 份 第 4 頁 主要參考文獻（資料）： 《液壓元件》 何存 興 編 華中工學院 《機械設計手冊》（上、下冊） 化學工業(yè)出版社 《采煤機液壓傳動測試》 煤炭工業(yè)出版社 《液壓氣動技術手冊》 路甬祥等 機械工業(yè)出版社 《液壓工程手冊》 雷天覺 機械工業(yè)出版社 專業(yè)班級 學生 要求設計（論文）工作起止日期 指 導 教 師 簽 字 日期 教研室主任審查簽 字 日期 系主任批準簽 字 日期 液壓挖掘機液壓系統(tǒng)設計 學 院： 專 業(yè)： 學 號： 摘要 液壓挖掘機主要用于城市等狹窄地區(qū)，代替人力勞動，在世界工程機械市場，屬于銷量最大的工程機械產(chǎn)品之一?？紤]到小挖的工作空間小、作業(yè)地形復雜、方便操作、可控性要求高，就要求小挖具有良好的復合動作、精簡的液壓系統(tǒng)以及優(yōu)越的精細作業(yè)能力。博世力士樂公司開 發(fā)的獨立流量分配系統(tǒng) (單回路系統(tǒng)，具有裝配費用低、占用空間小、系統(tǒng)緊湊等特點，僅用 1 臺變量泵即滿足了所有作業(yè)功能要求，同時小挖復合動作時各負載相近， 統(tǒng)引起的能量損失較少。 本文從整機液壓系統(tǒng)的設計入手，詳細地分析了該液壓系統(tǒng)各組成部分的工作原理，并以此為基礎，分析了挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)的控制特性。本機所采用的液壓系統(tǒng)即為博世力士樂的 制系統(tǒng)。本文對挖掘機的液壓控制系統(tǒng)進行研究，對負流量控制系統(tǒng)、正流量控制系統(tǒng)、 制系統(tǒng)與 制系統(tǒng)進行了詳細的比較，得出在流量供應充足的情 況下， 統(tǒng)與 統(tǒng)都具有良好的控制特性以及在流量供應不能滿足需求時 統(tǒng)特有的優(yōu)點。 此外，作為控制系統(tǒng)的核心部分之一的多路閥液壓系統(tǒng)，對挖掘機的控制特性及節(jié)能起著至關重要的作用，本文分析了博世力士樂多路閥液壓系統(tǒng)的組成、工作原理及各個部分的作用，確定了多路閥的結構。 通過分析國際知名品牌挖掘機液壓系統(tǒng)的工作原理，并比較其優(yōu)缺點，最后提出了一種挖掘機液壓系統(tǒng)方案。 目錄 第一章 前言 .................................................................................................................. 1 題的來源及意義 ........................................................................................... 1 掘機技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .......................................................................... 2 題內容 .......................................................................................................... 3 第二章 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 ...................................................................................... 4 掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 .................................................. 4 掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析 .................................................................. 5 壓回路 ................................................................................................ 6 流回路 ................................................................................................ 6 生回路 ................................................................................................ 7 鎖回路 ................................................................................................ 9 轉液壓回路分析 ................................................................................ 9 走液壓回路分析 .............................................................................. 15 第三章 挖掘機控制系統(tǒng)分析 .................................................................................... 18 掘機功率損失分析 .................................................................................... 18 壓系統(tǒng)節(jié)能控制技術 ................................................................................ 19 流量控制系統(tǒng) .................................................................................. 20 流量控制系統(tǒng) .................................................................................. 22 荷傳感系統(tǒng) .......................................................................... 23 第四章 液壓挖掘機多路閥 ........................................................................................ 35 路閥液壓系統(tǒng)分析 .................................................................................... 35 士樂 路閥 ........................................................................................ 37 油聯(lián) .................................................................................................. 37 向聯(lián) .................................................................................................. 39 轉聯(lián) .................................................................................................. 40 士樂 多路閥 ................................................................................ 41 油聯(lián) .................................................................................................. 42 向聯(lián) .................................................................................................. 43 聯(lián) ...................................................................................................... 43 路閥結構 .......................................................................................... 44 第五章 挖掘機液壓系統(tǒng)原理圖及主要元件 ............................................................ 45 掘機液壓系統(tǒng)原理圖 ................................................................................ 45 要液壓元件 ................................................................................................ 45 壓泵 .................................................................................................. 45 控制閥 .............................................................................................. 46 轉和行走驅動 .................................................................................. 46 第六章 總結與展望 .................................................................................................... 47 成的工作 .................................................................................................... 47 掘機技術的發(fā)展展望 ................................................................................ 47 致 謝 .......................................................................................................................... 48 參考文獻 ...................................................................................................................... 49 1 第一章 引言 題的來源及意義 挖掘機是一種重要的土方工程機械， 由工作裝置、回轉機構和行走裝置組成，已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑、交通運輸、水力電力工程、農(nóng)田改造、礦山采掘以及現(xiàn)代軍事工程等機械化施工中。液壓挖掘機雖然能進行大功率、高靈敏度的各種作業(yè)，但其能量的總利用率僅為２０％左右，因此液壓挖掘機的節(jié)能一直成為人們追求的目標， 對勞動生產(chǎn)率和工程質量的提高以及體力勞動的減輕有著重大的現(xiàn)實意義。全世界各種施工作業(yè)場所有６５％至７Ｏ％的土方工作量是由挖掘機來完成的。 近年來，液壓挖掘機的銷售量增長迅速。液壓挖掘機在西部大開發(fā)建設中具有極為重要的作用，隨著西部各省市建設項目特別是基礎設施工程的不斷開工，液壓挖掘機的需求量將越來越大，這是一個長期的、不斷發(fā)展的市場，須花更多的精力去開拓。 挖掘機的技術發(fā)展順應全球多樣化施工現(xiàn)場的需求，經(jīng)歷了三十多年的歷史演變過程，經(jīng)過不斷的改進完善，在技術性能、作業(yè)功能、作業(yè)效率、安全、環(huán)保、節(jié)能和維護保養(yǎng)等方面有了大幅度的提高，形成了比較一致的技術標準和作業(yè)規(guī)范?，F(xiàn)在，國外幾乎所有的挖掘機制造商都涵蓋了挖掘機的所有型號，具有性能優(yōu)越、多功能化的顯著特點。隨著挖掘機市場的慢慢興起，國內生產(chǎn)挖掘機的企業(yè)逐年增多，產(chǎn)量的不斷增加，挖掘機市場的競爭將會愈演愈烈。 2 掘機 技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 挖掘機的發(fā)展史可追溯到 19世紀三四十年代。美國實施西部大開發(fā)工程催生了以蒸汽機作為動力，模仿人體大臂、小臂和手腕構造，能行走和扭腰的挖掘機。 20世紀 40年代有了在拖拉機上配裝液壓鏟的懸掛式挖掘機， 50 年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機， 60 年代，當液壓傳動技術成為成熟的傳動技術時，液壓挖掘機進入了推廣和蓬勃發(fā)展階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快，產(chǎn)量猛增。 1968～ 1970 年間液壓挖掘機產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的 83%，目前已接近 100%，所謂挖掘機在現(xiàn)代主要是指液壓挖掘機，液壓傳動技術為挖掘機的發(fā)展提供了強有力的技術支撐。 液壓傳動是挖掘機的重要組成部分之一，目前常用的傳動方式有機械傳動、電力傳動和流體傳動。所謂液壓傳動是指在密閉的回路中，利用液體的壓力能來進行能量的轉換、傳遞和分配的液體傳動。在現(xiàn)代工業(yè)中液壓傳動技術幾乎應用于所有機械設 備的驅動、傳動和控制，如操縱車輛轉向和制動，控制和驅動飛機、機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、采礦機械、食品機械和醫(yī)療機械等。 我國挖掘機生產(chǎn)起步較晚，生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，與國際先進水平相比，差距較大，不論在產(chǎn)品品種、性能參數(shù)以及使用可靠性、售后服務等方面，與國外相比均存在著相當大的差距。國產(chǎn)液壓元件的技術水平、質量水平和可靠性，特別是可靠性水平達不到液壓挖掘機配套的要求。從國外采購配件的弊端已讓國內小挖生產(chǎn)企業(yè)倍受煎熬，價格高。目前國產(chǎn)的液壓挖掘機液壓元件基本上全部依賴國外進口，如變量柱塞泵、馬達和多路閥 等，為液壓挖掘機配套的全套 3 液壓系統(tǒng)從國外采購成本約占整機的 30％，由于國內目前生產(chǎn)出這類元件，就只能花高價買國外的產(chǎn)品。 因此，挖掘機的發(fā)展趨勢是引進國外的先進技術，開發(fā)高質量、多功能、多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，加強基礎元件、部件的生產(chǎn)，尤其是提高液壓元件的質量，以達到在滿足產(chǎn)品可靠性的前提下，降低產(chǎn)品成本，并提高產(chǎn)品的售后服務水平。 目前液壓技術的研究和發(fā)展發(fā)向主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）提高效率，降低能耗。 （ 2）提高技術性能和控制性能。 （ 3）發(fā)展集成、復合、化、輕量化元件。 （ 4）開展液壓系統(tǒng)自 動控制技術方面的研究開發(fā)。 （ 5）加強以提高安全性和環(huán)境保護為目的的研究開發(fā)。 （ 6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。 （ 7）標準化和多樣化。 （ 8）開展液壓系統(tǒng)設計理論和系統(tǒng)性能分析研究。 題內容 本文第二章對挖掘機液壓系統(tǒng)的常見回路進行分析，包括限壓回路、節(jié)流回路、再生回路、閉鎖回路、回轉機構、行走機構，第三章對挖掘機的控制系統(tǒng)進行，其中有負流量控制、正流量控制和 荷傳感控制，第四章分析多路閥的組成及功能，最終得出挖掘機的液壓系統(tǒng)圖。 4 第二章 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 掘機液壓系 統(tǒng)的基本組成及其基本要求 挖掘機液壓系統(tǒng)以油液為介質、利用液壓泵將發(fā)動機的機械能轉化為液壓能，然后通過液壓缸、馬達等執(zhí)行元件將液壓能轉化為機械能，從而實現(xiàn)挖掘機的各種動作。按照不同的功能可將挖掘機液壓系統(tǒng)分為三個基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。挖掘機的工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及相應的液壓缸組成，它包括動臂、斗桿、鏟斗三個液壓回路。回轉裝置的功能是將工作裝置和上部轉臺向左或向右回轉，以便進行挖掘和卸料，完成該動作的液壓元件是回轉馬達。回轉系統(tǒng)工作時必須滿足如下條件：回轉迅速、啟動和制動無沖擊 、震動及搖擺，與其它機構同時動作時能合理分配去各機構的流量。但設計回轉油路時 ,在注重功能實現(xiàn)的同時 ,還必須考慮回轉油路的節(jié)能。行走裝置的作用是支撐挖掘機的整機質量并完成行走任務，行走系統(tǒng)的設計要考慮直線行駛問題，即在挖掘機行走過程中，如果某一工作裝置動作，不致于造成挖掘機發(fā)生行走偏轉現(xiàn)象?，F(xiàn)在我所設計的是履帶式挖掘機，所用的液壓元件是行走馬達。 液壓挖掘機的動作繁復，且具有多種機構，如行走機構、回轉機構、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機械。這些主要機構經(jīng)常起動、制動、換向，外負載變化很大，沖擊 和振動多，因此挖掘機對液壓系統(tǒng)提出了很高的設計要求。根據(jù)液壓挖掘機的工作特點，其液壓系統(tǒng)的設計需要滿足以下要求 ： （ 1）動力性要求 所謂動力性要求，就是在保證發(fā)動機不過載的前提下，盡量充分地利用發(fā)動機的功率，提高挖掘機的生產(chǎn)效率。尤其是當負載變化時，要求液壓系統(tǒng)與發(fā)動機的良好匹配，盡量提高發(fā)動機的輸出功率。例如，當外負載較小時，往往希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運動速度。 （ 2）操縱性要求 ①調速性要求 挖掘機對調速操縱控制性能的要求很高，設計時必須能使駕駛員按照操縱意圖方便地實現(xiàn)調速操縱控制，對各 個執(zhí)行元件的調速操縱要穩(wěn)定、可靠。挖掘機在工作過程中工作載荷變化大，各種不同的作業(yè)工況要求功率變化大，因此要求對各個執(zhí)行元件的調速性要好。 5 ②復合操縱性要求 挖掘機在作業(yè)過程中需要各個執(zhí)行元件單獨動作，但是在更多情況下要求各個執(zhí)行元件能夠相互配合實現(xiàn)復雜的復合動作，因此如何實現(xiàn)多執(zhí)行元件的復合動作也是挖掘機液壓系統(tǒng)操縱性要求的一方面。當多執(zhí)行元件共同動作時，要求其相互間不干涉，能夠合理分配共同動作時各個執(zhí)行元件的流量，實現(xiàn)理想的復合動作。尤其對行走機構來說，左、右行走馬達的復合動作問題，即直線行駛性也是設計 中需要考慮的重要一方面。如果挖掘機在行使過程中由于液壓泵的油分流供應，導致一側行走馬達速度降低，形成挖掘機意外跑偏，很容易發(fā)生事故。 另外，當多執(zhí)行元件同時動作時，各個操縱閥都在大開度下工作，往往會出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)動作速度降低，甚至不動的現(xiàn)象。因此，如何協(xié)調多執(zhí)行元件復合動作時的流量供應問題也是挖掘機液壓系統(tǒng)設計中需要考慮的。 （ 3）節(jié)能性要求 挖掘機工作時間長，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個執(zhí)行元件和管路的能耗 ，因此在挖掘機液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當對各個執(zhí)行元件進行調速控制時，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時必然會導致一都分流量損失掉。系統(tǒng)要求此部分的能量損失盡量小；當挖掘機處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關鍵。 （ 4）安全性要求 挖掘機的工作條件惡劣，載荷變化和沖擊振動大，對于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過載保護措施，防止油泵過載和因外負載沖擊對各個液壓作用元件的損傷。 （ 5）其它性能要求 實現(xiàn)零部件的標準化、組件化和通用化，降低挖掘機的制造成本；液壓挖 掘機作業(yè)條件惡劣，各功能部件要求有很高的工作可靠性和耐久性；由于挖掘機在城市建設施工中應用越來越多，因此要不斷提高挖掘機的作業(yè)性能，降低振動和噪聲，重視其作業(yè)中的環(huán)保性。 掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析 6 液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中常見的基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、再生回路、閉鎖回路等，下面對這些回路進行分析。 壓回路 限壓回路用來限制壓力，使回路不超過某一調定值。限壓回路可以限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞，通常用安全閥來實現(xiàn)，安全閥設置在主油泵出 油口附近；還可以根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力不超過某一定值，通常用溢流閥實現(xiàn)，溢流閥可使系統(tǒng)在調定壓力下工作，多余的流量通過溢流閥流回油箱。 1、 234圖 限壓回路 液壓挖掘機執(zhí)行元件的進油和回油路上常成對地并聯(lián)限壓閥，限制液壓缸、液壓馬達在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力，超過此限制壓力時限壓閥打開并卸載，保護了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥實際上起了卸荷閥的作用。限壓閥的調定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力有關，且調定壓力愈高，閉鎖壓力愈大，對挖掘機作業(yè)愈有利，但過 高的調定壓力會影響液壓系統(tǒng)元件及管路的安全。 流回路 節(jié)流調速是利用節(jié)流閥的可變通流截面改變流量而實現(xiàn)調速的目的，通常用于定量系統(tǒng)中改變執(zhí)行元件的流量。這種調速方式結構簡單，能夠獲得穩(wěn)定的低速，但是功率損失大、效率低、溫升大、系統(tǒng)易發(fā)熱及作業(yè)速度受負載變化的影大。根據(jù)節(jié)流閥的安裝位置，節(jié)流調速有進油節(jié)流調速和回油節(jié)流調速。 2 4 7 12345圖 節(jié)流回路 圖 2． 2(a)為進油節(jié)流調速，節(jié)流閥 3 安裝在高壓油路上，液壓泵 l 與節(jié)流閥串聯(lián)，節(jié)流閥之前 裝有溢流閥 2，壓力油經(jīng)節(jié)流閥和換向閥 4 進入液壓缸 5 的無桿腔使活塞右移。負載增大時液壓缸無桿腔壓力增大，節(jié)流閥前后的壓力差減小，因此通過節(jié)流閥的流量減少，活塞移動速度降低，一部分油液通過溢流閥流回油箱。反之，隨著負載減小，通過節(jié)流閥進入液壓缸的流量增大，加快了活塞移動速度，溢流量相應地減少。這種節(jié)流方式由于節(jié)流后進入執(zhí)行元件的油溫較高，油液粘度減小，增大滲漏的可能性，加以回油無阻尼，速度平穩(wěn)性較差，發(fā)熱量大，效率較低。圖 2． 2(b)為回油節(jié)流調速，節(jié)流閥安裝在低壓回路上，限制回油流量?；赜凸?jié)流后的油液雖然發(fā)熱 ，但進入油箱，不會影響執(zhí)行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比較穩(wěn)定。液壓挖掘機的工作裝置為了作業(yè)安全，常在液壓缸的回油回路上安裝單向節(jié)流閥，形成節(jié)流限速回路。如圖 2． 2(c)所示，為了防止動臂因自重降落速度太快而發(fā)生危險，直立液壓缸無桿腔的油路上安裝由單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥。 生回路 動臂下降時，由于重力作用會使降落速度太快而發(fā)生危險，動臂缸上腔可能產(chǎn)生吸空，有的挖掘機在動臂油缸下腔回路上裝有單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥，使動臂下降速度受節(jié)流限制，但這將引起動臂下降慢，影響作業(yè)效 率。目前挖掘機采用再生回路。如圖 a）所示，動臂下降時，油泵的油經(jīng)單向閥通過動臂操縱閥進入動臂油缸上腔，從動臂油缸下腔排出的油需經(jīng)節(jié)流孔回油箱，提高了回油壓力，這樣當發(fā)動機在低轉速和泵的流量較低時，使得液壓油能通過 8 補油單向閥供給動臂缸上腔，能防止動臂在重力作用下迅速下降而使動臂缸上腔產(chǎn)生吸空。 (a) (b) 123456789101圖 再生回路 圖 b）所示的動臂液壓缸再生回路在目前挖掘機動臂液壓缸液壓回路上增加了再生閥組、壓力傳感器和控制器。再生閥組由電控開關閥 8— 1、恒流量閥 8— 2和液阻 8— 3組成，分別連接到動臂液壓缸的大小腔。壓力傳感器包括低壓傳感器和高壓傳感器。控制器接收高壓與低壓傳感器的壓力信號，并據(jù)此判斷當前是空載下降階段還是帶載挖掘階段，進而對再生閥組中的電控開關 閥 8—1的輸入電流進行控制，這樣就控制了動臂液壓缸是否再生和再生流量的大小。 控制器對輸入的壓力信號進行邏輯計算并輸出一路開關電信號控制再生閥組中的開關閥 8一 對低壓傳感器和高壓傳感器，控制器分別預先設定一個壓力臨界值 H，當?shù)蛪簜鞲衅鞯膲毫敵龈哂?制器判斷 9 動臂液壓缸正在驅動動臂下降 ;當高壓傳感器的壓力輸出高于 制器判斷動臂液壓缸的外負載已經(jīng)由負負載變?yōu)樨撦d。當?shù)蛪簜鞲衅鞯膲毫敵龈哂?H 時，控制器輸出一路開關電信號控制再生閥組中的開關閥 8— 1的電磁鐵得電。電磁鐵克服彈簧力將閥芯 8— 1推至左位．動臂液壓缸大小腔通過開關閥 8— 1和恒流量閥 8— 2連通，動臂液壓缸成差動連接，活塞在工作裝置重力負負載的作用下下降．實現(xiàn)了動臂液壓缸大腔油液向小腔再生。當?shù)蛪簜鞲衅鞯膲毫敵龅陀?磁鐵失電時，開關閥 8— 1 在彈簧作用下斷開，動臂液壓缸大小腔斷開，液壓缸正常連接。恒流量閥芯 8— 2受節(jié)流孔 8— 3兩端壓力控制．當動臂液壓缸活塞下降加速時，通過節(jié)流孔 8— 3 的流量增加，其上下游壓力差增加，該壓力差推動閥芯 8— 2向右運動，減小閥芯 8— 2的開度，進而減小再生流量和動臂液壓缸的運動速度，防止動臂液壓缸在重力作用下超速下降。 鎖回路 如圖所示，該支持閥采用閥芯內鉆孔型插裝和二位二通控制閥。在彈簧力作用下二位二閥于關閉位置，此時動臂油缸下腔壓力油通過閥芯內鉆孔通向插裝閥上端，將插裝閥壓緊在閥座上，阻止動臂油缸下腔的油從 B 至 A，起閉鎖支撐作用。當操縱動臂下降時，在先導操縱油壓 用下二位二通閥處于相通位置，動臂油缸下腔壓力油通過閥芯鉆孔油道經(jīng)二位二通閥回油，由于閥芯內鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用，使插裝閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差作用下 克服彈簧力，將插裝閥打開，壓力油從 B 至 A。 圖 閉鎖回路 轉液壓回路分析 10 回轉液壓回路由緩沖回路和制動回路兩部分組成。 （ 1）緩沖回路 挖掘機挖掘土料后轉向時由于挖掘機上部轉動慣量很大，在啟動、制動和突然換向時會引起非常大的液壓沖擊，尤其是回轉過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動和噪音，甚至不能工作，所以挖掘機轉向機構中設置緩沖回路就是利用緩沖閥使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時能夠泄流。圖 2． 5 為液壓挖掘機中比較普遍采用的幾種緩沖回路。圖 2． 5(a)中回轉馬達兩個油路上各裝有動作靈敏的緩沖閥 2、 3，正常情況下兩閥關閉。當轉向馬達突然停止轉動或反向轉動時，高壓油路 B 的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱，低壓油路 A 則由補油回路經(jīng)單向閥 4 進行補油，從而消除了液壓沖擊。緩沖閥的調定壓力取決于所需要的制動力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。該緩沖回路的特點是溢油和補油分別進行，保持了較低的液壓油溫度，工作可靠，但補油量較大。圖 2． 5(b)是高、低壓油路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當轉向機構制動、停止或反轉時，高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進入低 壓腔，減小液壓沖擊。這種緩沖回路的補油量很少，背壓低，工作效率高。圖 2． 5(c)是回轉馬達油路之間并聯(lián)有成對的單向閥 4、 5 和 6、 7，回轉馬達制動或換向時高壓腔的油經(jīng)過單向閥 5、緩沖閥2 流回油箱，低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6 獲得補油 。 由此可見，圖 b 的緩沖補油效果較好，能較好的起到緩沖的效果，減輕液壓沖擊，現(xiàn)采取這種回路作為回轉回路的緩沖回路。 12、 34、 5、 6、 7圖 緩沖回路 11 （ 2）制動回路 采用機械制動和液壓制動結合的方式對回轉馬達進行制動。挖掘機回轉 液壓制動由回轉操縱閥控制，回轉操縱閥回中位回轉馬達開始制動 ,回轉制動力矩由緩沖閥調定。但馬達液壓制動不能長久保持 ,為了在傾斜地防止重力回轉和因風力等其它原因自行回轉 ,使制動長久保持、可靠 ,還需設機械式制動器。機械式制動器一般是彈簧力上閘 ,液壓松閘，制動型式采用常閉式制動器。當回轉馬達停止供油時，制動油缸的先導壓力油回油箱，回轉制動器在彈簧的作用下制動。一旦油泵向馬達供油，從梭閥引入的壓力油使得制動閥動作，先導壓力油進入制動油缸，壓縮彈簧，制動解除。 為了防止機械制動器彈簧上閘制動過猛 ,減輕制動時齒圈、齒輪之 間的沖擊 ,要求液壓馬達制動以后機械制動器才開始起作用。因此 ,要求彈簧上閘時制動器油缸延遲回油 ,使機械制動器延時結合。制動器油缸延遲回油控制有三種方式： 1）液壓控制 回轉操縱桿回到中位 ,通過液壓延時器約經(jīng)過 4s 后 ,制動油缸才在彈簧力作用下上閘制動?；剞D操縱閥一般采用先導油壓力控制，回轉操縱閥回中位 ,先導壓力 失 ,制動閥在彈簧作用下回位 ,制動油缸回油，制動器在彈簧力作用下制動。制動器油缸延遲回油有兩種形式①通過節(jié)流孔回油 ,起阻尼作用 ,如圖 a）所示②通過流量閥回油 ,使制動器回油流量基本保持一恒定值 ,b）所示（ 用）。 圖 制動器油缸延遲回油的形式 2）電控制 回轉制動一般由電磁閥控制 ,通過電磁閥的轉換使制動器上閘和松閘。圖 小松 挖掘機回轉制動定時原理圖。操縱回轉操縱閥，回轉先導壓力油作用于液壓開關，開關處于關閉狀態(tài)。此時電流流入回轉制動電磁 12 閥，電磁閥左位工作，來自控制泵的壓力油通過電磁閥流入回轉制動器的壓力腔，制動解除?；剞D操縱閥回中位時，作用于液壓開關上的先導壓力消失，開關處于斷開位置。這樣，流入定時器內的電流被切斷，由于定時器的存在回路中仍有電流 存在，經(jīng) 5s 后定時器內的開關斷開，流入電磁閥的電流消失，制動油缸在彈簧力作用下動作，對回轉馬達制動。 1234圖 回轉制動定時系統(tǒng) 3）微機控制 小松系列挖掘機回轉油路制動定時采用微機控制 ,使控制更加精確。液壓挖掘機回轉停止時沖擊的大小 ,取決于回轉制動力矩和回轉體轉動慣量的相對關系，而制動力矩由緩沖閥的調定壓力決定。若回轉轉動慣量變化大而緩沖閥調定壓力不變，則難以滿足制動要求。因此，可使緩沖閥的調定壓力隨工作裝置姿態(tài)的變化來調整制動力矩，使 制動平穩(wěn)。 圖 a）是小松 挖掘機采用電控制器來控制緩沖閥的調定壓力的系統(tǒng)圖。工作裝置姿態(tài)變化信號輸人控制器 ,控制器輸出電信號來控制電液比例閥 ,從而調定緩沖閥的調定壓力。圖 b）表示回轉制動力矩隨著回轉半徑變化的曲線。 13 圖 回轉制動力可變系統(tǒng) 當回轉操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動作用 ,挖掘機上部回轉體的慣性動能將轉換液壓位能 ,接著位能又轉換為動能 ,使上部回轉體產(chǎn)生反彈運動來回振動 ,使回轉齒圈和油馬達小齒輪之間產(chǎn)生沖擊振動和噪聲 ,同時鏟斗來回晃動 ,將使鏟斗中的土灑落 ,為此在挖掘 機回轉油路要裝設防反彈閥。防反彈閥系統(tǒng)符號圖如圖 反彈閥由電磁閥和控制滑閥來控制實現(xiàn)其是否起作用。當回轉操縱桿處于中位時 ,電磁閥斷電 ,滑閥處于左位接通位置 ,防反彈閥起作用。當回轉操縱桿處于工作位置時 ,電磁閥接通 ,在操縱壓力油作用下 ,滑閥處于右位斷開位置 ,防反彈閥不起作用。 圖 防反彈閥系統(tǒng)原理 （ 3）回轉裝置的節(jié)能 回轉裝置動作過程中會有很大的能量損失，挖掘機回轉質量大，工作頻繁，用于回轉的能量最后幾乎全部變成熱能，使油壓系統(tǒng)溫度 14 升高，為了降低油溫進行散熱，又將引起附加能量的消耗。 因此回轉裝置的節(jié)能具有相當重要的意義。液壓挖掘機回轉過程中的能量損失有兩個方面的原因，其一 ,回轉馬達起動時 ,由于液壓泵輸出的流量大于馬達所需流量而產(chǎn)生的溢流損失；其二 ,制動過程中 ,回轉的動能由于未被吸收轉換成熱能而引起的能量損失。解決回轉能量損失主要有以下兩種途徑：①在回轉油路中加一蓄能器 ,起動時液壓泵提供的多余流量可在蓄能器中儲存起來 ,制動時回轉馬達變?yōu)楸霉ぷ鳡顟B(tài) ,排出的油進人蓄能器 ,從而實現(xiàn)能量回收。②回轉單泵系統(tǒng)和次級調節(jié)技術 ,這種系統(tǒng)為定量泵和變量馬達組成的閉式回路 , 液壓泵作為液壓系統(tǒng)的初級，液壓 馬達則為次級。所謂“次級調節(jié)系統(tǒng)”即為液壓馬達變量系統(tǒng)?；剞D馬達起動時 ,為無溢流損失的無級加速過程 ,制動時為動力回收的無級減速過程 ,這就進一步改善了回轉特性，減少了起、制動時的能量損失。次級調節(jié)用于機械的回轉，除節(jié)省能量．減少系統(tǒng)發(fā)熱以外．操作過程中系統(tǒng)壓力變化平穩(wěn)，沒有沖擊現(xiàn)象，且停位比較準確，便于操作。 小松公司的回轉節(jié)能液壓系統(tǒng) 次級調節(jié) ,其結構如圖 示。功能是將上體回轉的動能制動時儲存于蓄能器中 ,在下次回轉時利用以達到節(jié)能目的?；剞D馬達入口處通過充油閥與蓄能器相連 ,充油閥由壓力閥和液控 單向閥組成。 1234567 89圖 小松節(jié)能液壓系統(tǒng) 15 由于這些節(jié)能系統(tǒng)過高的成本而使其應用受到限制，目前在挖掘機上很少用。 最后得到回轉液壓系統(tǒng)如圖 示。其中梭閥 4 分別接換向閥的兩端，當回轉液壓回路的操縱閥處在中位時，制動閥在彈簧力作用下處于上位，回轉油缸對馬達進行制動；當控制轉臺回轉時，壓力油同時作用在梭閥上，進而使制動閥換向，解除制動。 1234 圖 回轉液壓回路 走液壓回路分析 在行走裝置液壓系統(tǒng)設計中，除與回轉機構一樣應考慮緩沖、補油外，還應具有限速裝置，以控制挖掘機下坡行走時超速發(fā)生溜波危險。圖 博世力士樂挖掘機行走液壓系統(tǒng)圖。行走回路中設置了制動油路，制動油缸為常閉式制動器。當通過腳踏閥控制換向并使 A 口通壓力油，此時，壓力油一部分通過單向閥進入行走馬達，另一支路油壓作用于三位三通的液控換向閥 2 的左端，使閥芯右移，壓力油通過閥 2 后作用于制動閥的右端使閥芯左移，通過制動閥，將壓力油引入制動液壓缸的上腔，從而解除 制動。在此兩支路壓力油的作用下，行走馬達動作。另外，壓力油作用于梭閥 5，將壓力油通向調速閥 8，為液壓馬達的變速作好準備。變速閥 8 由先導壓力控制，先導壓力作用于 X 端，當要求變速時，通過控制先導油源的電磁換向閥接通先導壓力，從而使變速閥換向，將通過梭閥的 5 的壓力油引入變量缸的大腔，調節(jié)行走馬達的排量，使行走馬達高速運轉；當變速閥上沒有先導壓力作用時，行走馬達以較低速度運轉。當行走馬達超 16 速運轉時，進油供應不足，控制油路壓力降低，平衡閥左移，回油通道關小或關閉，行走馬達減速或制動，這樣便保證了挖掘機下坡運行時的安全 。當要求轉向時，單獨操作左行走操縱桿，右行走壓力補償閥被關閉；單獨操作右行走操縱桿，左行走壓力補償閥被關閉。因此，可實現(xiàn)挖掘機的轉向操縱。前面提到挖掘機的直線行走問題很重要，當挖掘機需要直線行走時，把左行走壓力補償閥與右行走壓力補償閥連通，使左右壓力補償閥受力相等，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，保證挖掘機實現(xiàn)直線行走。因用于行走馬達的換向閥中位機能為 Y 型，所以在中位時， A、 B 兩口相通，當因外界原因突然制動時，此時 A、 B 兩口均約為回油的低壓，那么作用于閥 3 與閥 2 兩端的壓差為零，制動活 塞在彈簧力的作用下動作制動，馬達的高、低壓油路通過閥 4 的緩沖作用，從而減輕對行走裝置的沖擊，保護元件。 123456 78圖 力士樂行走液壓回路 17 小松 液壓挖掘機的行走控制回路如圖 示。它的控制原理跟上圖基本相同。 圖 小松 挖掘機行走液壓回路圖 18 第三章 挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)分析 掘機功率損失分析 挖掘機工作時，若多路閥開度較大，系統(tǒng)沒有過載，在不 計沿程阻力的條件下，挖掘機液壓系統(tǒng)的最高效率可達 95％以上。但由于挖掘機負載變化較大，操作狀況也千差萬別，因此，液壓系統(tǒng)的效率變化也非常大。挖掘機的功率損失主要有以下幾種： 1．節(jié)流損失。液壓挖掘機多采用六通型多路閥作為換向和流量控制元件，在對流量進行調節(jié)的過程中，大量的液壓油以旁路節(jié)流的形式回油箱，從而造成液壓系統(tǒng)的功率損失。如圖 示，閥口上的功率損失主要包括旁路空流損失和旁路節(jié)流損失。當閥心處于中位時 , A、 B 口關閉 , O 口全開 ,全部液壓油通過O 口卸荷回油箱。由于存在回油背壓 (約為 2~3因此造成旁路空流損失。對工作裝置進行操縱時 ,多路閥 A、 B 口逐漸打開 , O 口逐漸關閉 ,需要利用 O 口的旁路節(jié)流作用使系統(tǒng)壓力升高 ,以克服負載壓力 ,從而造成功率損失。當系統(tǒng)壓力超過負載壓力后 ,單向閥打開 ,液壓油開始流入工作油缸 ,通過改變 A、 O 口的通流面積比來實現(xiàn)液壓缸的速度調節(jié)。直到 O 口全部關閉 ,旁路節(jié)流損失才會消失 ,在無溢流的情況下液壓系統(tǒng)保持較高的效率。 圖 六通閥變量液壓系統(tǒng)等效圖 2．溢流損失。隨著負載壓力的增加 ,泵輸出壓力也逐漸增加 ,當超出安全閥設定壓力時 ,系統(tǒng)開始溢流。當工作裝置因負載 過大而停止動作時 ,如果不采取措施 ,液壓泵輸出的全部流量都通過溢流閥回油箱 ,此時發(fā)動機的輸出功率都消耗在溢流閥上變成熱能 ,導致油溫升高。除過載產(chǎn)生的溢流損失外 ,系統(tǒng)中還存在其他形式的溢流損失。例如在挖掘機回轉馬達中 ,通常都設置緩沖閥 ,一方面在啟動時限制回轉壓力 ,另一方面在制動時起耗能作用并對馬達起到補油作用；回轉啟動時 , 19 由于挖掘機上車巨大的轉動慣量 ,回轉馬達不能完全吸收泵輸出的流量 ,多余流量只能通過緩沖閥溢流回油箱 ,造成功率損失。制動時 ,回轉多路閥關閉 ,但因上車巨大的的轉動慣量 ,使回轉馬達繼續(xù)轉動 (相當于液壓 泵 ),排出的液壓油經(jīng)緩沖閥到回轉馬達的另一邊 ,因此平衡閥起到溢流閥的作用 , 將上車的動能轉化為液壓系統(tǒng)的熱量而耗散。 3．沿程功率損失。液壓系統(tǒng)的沿程壓力損失所造成的功率損失也是不可小視的。在泵出口處測得的空流壓力 (大約有 2~3有很大一部分是沿程壓力損失。解決的辦法是盡量采用大通徑液壓管路 ,同時合理布置液壓管 ,采用阻力小的管接頭。 4．動臂下降過程中的勢能損失和節(jié)流損失。動臂在舉升過程中將液壓能轉換為勢能，在下降時為防止動臂下降過快，通常在動臂油路上裝有單向節(jié)流閥， ,在動臂下降時起阻尼作用 ,從而將 勢能轉化為熱能。同樣 ,斗桿在作類似的操作時 ,也有勢能損失的問題。 5．發(fā)動機和液壓系統(tǒng)功率匹配不好而引起的損失。由于挖掘機工作負載的多變性，發(fā)動機工作點經(jīng)常偏離經(jīng)濟工作點，處在耗油率較高的區(qū)域，未充分利用燃油能量，造成浪費。 壓系統(tǒng)節(jié)能控制技術 日本日立公司生產(chǎn)的挖掘機是電控模式的典型代表。它采用泵閥控制 (發(fā)動機控制 ( 個微處理控制器。采用高速開關電磁閥、負載傳感控制閥、可變壓力補償閥、比例電磁閥、壓差傳感器等技術，將負載、速度及工況等信號傳遞到微處理器，處理后的指令通過控制器輸給 各控制電機、電磁閥等，對發(fā)動機、液壓泵和閥進行精確控制，使挖掘機的動作、速度等與工況、負載相適應，實現(xiàn)了挖掘機全部動作的精確控制及發(fā)動機輸出功率與負載需求的匹配，能量損失大為減由于采用了全電腦控制，自動化程度和效率更高，但發(fā)生故障時，尤其是液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時較難排除。 日本小松公司生產(chǎn)的液壓挖掘機是電液聯(lián)合控制模式的典型代表。其參數(shù)的采集 (信號輸人 )和控制 (信號輸出 )是由微機系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)共同完成的。發(fā)動機的輸出功率、轉速、主泵功率的設定 (與發(fā)動機功率相匹配 )均由微機系統(tǒng)來控制。主泵的排量由液壓系統(tǒng)來控制。 微機系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)各自獨立，一個系統(tǒng)出現(xiàn)故 20 障不影響另一個系統(tǒng)的工作。如當電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，將動力裝置設置在某一擋位，挖掘機仍正常工作。此外，該系統(tǒng)還配有自診斷功能，對整機的工作狀態(tài)進行瞬時檢測，為故障診斷提供了方便。 目前，國內外生產(chǎn)的液壓挖掘機上采用的典型液壓控制模式有負流量控制、正流量控制和 荷傳感系統(tǒng) 3 種。 流量控制系統(tǒng) （ 1）負流量控制 負流量控制模式是指主泵排量與控制壓力成反比，各個換向閥都采用開芯結構，液壓油在經(jīng)過換向閥回油箱前增加一個節(jié)流閥，根據(jù)節(jié)流閥前的壓力大小來調節(jié) 主泵排量。這種系統(tǒng)有助于消除六通多路閥中產(chǎn)生的空流損失和節(jié)流損失，由日本小松 (司在 20 世紀 80 年代初期首先推出，用于其著名的 列挖掘機上，稱為 統(tǒng)。 當所有換向閥閥芯處于中位時，泵輸出的液壓油直接通油箱，控制油路的壓力升高，最后調節(jié)主泵排量減小?？刂葡葘毫?，使油缸的換向閥閥芯移動，這時通向油缸的閥芯開口逐漸增大，通向油箱的閥芯開口逐漸減小，當閥芯移動到一定位置時中位最終關閉，這一過程中控制油路壓力逐漸下降，主泵 排量逐漸增大。執(zhí)行元件動作的快慢，由操作人員操縱先導滑閥決定，先導滑閥的控制壓力決定換向閥開度，換向閥開度決定了回油量的大小，進而控制泵排量。負流量控制系統(tǒng)的原理如圖 示 (實際上有多個液壓缸和馬達，但其工作原理跟 2 個工作裝置相同 )。 21 圖 負流量控制系統(tǒng)原理圖 在傳統(tǒng)的負流量控制挖掘機上 ,負流量控制功能通常用負流量控制泵實現(xiàn)。如圖 示 , 為先導壓力油入口 ,來自于六通閥的中位回油流量檢測裝置。將流量檢測節(jié)流口前的壓力直接連到負流量先導控制口 負流量控制閥的作用下實現(xiàn)泵排量隨先 導壓力的增加而減小。當先導壓力油壓力較小時，負流量控制閥位于右位，液壓泵控制油缸在彈簧力作用下經(jīng)功率限制閥、壓力切斷閥、負流量控制閥回油箱，液壓泵排量較大；先導壓力油壓力較大時，負流量控制閥右移，從液壓泵出來的油由單向閥經(jīng)負流量控制閥左位、壓力切斷閥、功率限制閥進入液壓泵控制油缸大腔，并克服彈簧力使閥芯左移，從而降低泵的排量。 壓力切斷閥的功能是使泵在接近系統(tǒng)溢流壓力時，能進一步將排量降低，將系統(tǒng)壓力維持在所謂的切斷壓力 (稍低于溢流壓力 )，避免溢流損失。壓力切斷實際上是一種恒壓控制，在系統(tǒng)達到設定的切斷壓力 時，對泵排量進行控制，使泵輸出壓力維持在這一設定值；當系統(tǒng)所有工作油路都關閉時，泵排量在壓力切斷閥控制下趨于零，在保持設定的壓力切斷值的同時只輸出維持系統(tǒng)泄漏的流量，從而消除溢流損失。 其不足之處在于多路閥調速范圍有限 ,受負載影響較大。一旦閥心越過調速區(qū) ,負流量控制功能就失去作用 ,使切換過程中系統(tǒng)流量變化較大。 123圖 負流量控制泵原理 22 負流量系統(tǒng)中，手柄偏角改變導致先導壓力改變，先導壓力改變導致主閥位移改變，主閥位移改變導致主閥到油箱的流量改變，主 閥到油箱的流量改變導致負壓改變，負壓改變導致主泵排量和流量改變，主泵排量和流量的改變要適應先導壓力的改變造成執(zhí)行元件的流量需求改變，所以，這種控制方式存在較嚴重的滯后，較長的響應時間也降低了系統(tǒng)流量匹配精度?？梢?，負流量系統(tǒng)雖然在功率利用上取得了較好的效果，但其響應的實時性和準確性有待提高。 流量控制系統(tǒng) 正流量控制模式是指主泵排量與控制壓力成正比?？刂茐毫θ∽該Q向閥兩邊先導壓力差，控制手柄在中位時，執(zhí)行元件不工作，控制壓力為零，主泵的斜盤角度很小，排量很低；當操作手柄動作時，換向閥的閥芯向一 端移動，開口面積增大，系統(tǒng)的先導壓力由小變大，控制壓力作用于主泵的變量機構，主泵排量增大，執(zhí)行元件的運動速度變快。正流量控制模式是在控制回路中建立起與操作手柄偏轉量成正比例的壓力來控制換向閥閥芯的位移和泵的排量，這種控制模式的最大優(yōu)點是節(jié)能，實現(xiàn)了主泵按照執(zhí)行元件實際需要 (速度快慢 )調節(jié)排量，不需溢流。利用此系統(tǒng)可以有效地消除操縱手柄處于中位時系統(tǒng)產(chǎn)生的空流損失。當手柄處在中位時，先導操縱信號壓力為零，泵排量也為零，沒有空流損失；當手柄開始操作時，先導壓力開始上升，控制泵排量增加，因此系統(tǒng)只輸出與先導操縱壓 力相適應的流量，大大減少了中位回油損失。正流量控制原理如圖 示(實際上有多個液壓缸和液壓馬達，但其工作原理跟 1 個工作裝置相同 )。 正流量控制系統(tǒng)不采用負流量系統(tǒng)中對主泵排量的控制方式，而是直接采用手柄的先導壓力控制主泵排量，這樣，手柄的先導壓力同時并聯(lián)控制系統(tǒng)流量的供給元件和需求元件，這樣就克服了負流量系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)過多、響應時間過長的問題。如果合理配置主閥對先導壓力的響應時間主泵對先導壓力的響應時間，從理論上可以實現(xiàn)主泵流量供給對主閥流量需求的無延時的響應，實現(xiàn)了系統(tǒng)流量的“所得即所需”。可見，正流量 系統(tǒng)不但功率損失小，還具有響應快速、流量匹配精度高等優(yōu)點。 23 圖 正流量控制原理圖 實現(xiàn)正流量控制的液壓泵被稱為正流量控制泵，其原理見圖 中的 施加一先導壓力后，泵排量在正流量控制閥的作用下保持在一定位置，排量與先導壓力成正比。 圖 正流量控制泵原理 荷傳感系統(tǒng) 負荷傳感系統(tǒng)中的壓力補償可分為閥前補償和閥后補償。 24 a） 統(tǒng) b） 統(tǒng) 123456調節(jié)器 圖 系統(tǒng)原理圖 普通的負荷傳感系統(tǒng)如圖 a）采用閥前壓力補償?shù)霓k法。壓力補償閥比較多路閥節(jié)流口前后的壓力并保持節(jié)流壓降Δ p 恒定，系統(tǒng)最高執(zhí)行元件壓力通過梭閥轉遞到油泵的 ，調節(jié)油泵排量使之與執(zhí)行元件的需求相適應。負荷傳感系統(tǒng)具有良好的執(zhí)行起動性能和操縱性能，與負載的大小無關。 其控制原理如圖 示。變量泵的變量機構根據(jù)來自 的負荷壓力可自動地對泵的斜盤擺角進行調節(jié)，從而控制泵的流量始終等于執(zhí)行元件所需流量。當負荷 壓力升高時，泵的擺角自動調小，從而減小泵的流量，反之，則泵的擺角增大，增大泵的流量。 25 圖 泵控負荷傳感控制系統(tǒng) 普通 統(tǒng)的缺點是：當系統(tǒng)發(fā)生飽和即執(zhí)行元件的流量需求大于油泵供油量時不再具有流量分配功能，這時油泵的油根據(jù)負截大小，流向壓力最低的執(zhí)行元件，具有高負載壓力的執(zhí)行元件將降低工作速度，直至停止運動，這顯然不能滿足液壓挖掘機的工作要求。 is