挖掘機液壓系統(tǒng)

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1、 課程：流體傳動與控制 課題：挖掘機液壓系統(tǒng) 班級： 指導教師： 組員： 1 概述 挖掘機的液壓系統(tǒng)是挖掘機上重要的組成部分， 它是挖掘機工作循環(huán)的的動 力系統(tǒng)。挖掘機的工作條件惡劣， 且動臂和底盤動作非常頻繁， 因此要求液壓系 統(tǒng)工作穩(wěn)定， 平均無故障時間長。 因此，液壓系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定著挖掘機工作 性能的高低。 液壓技術的發(fā)展直接關系挖掘機的發(fā)展， 挖掘機與液壓技術密不可 分，二者相互促進。 液壓技術是現(xiàn)代挖掘機的技術基礎， 挖掘機的發(fā)展又促進了 液壓技術的提高。 挖掘機的液壓系統(tǒng)復雜，

2、 可以說目前液壓傳動的許多先進技術 都體現(xiàn)在挖掘機上。 挖掘機的液壓系統(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閥操縱回路等， 由它們構成具有各種功 能的液壓系統(tǒng)。 隨著科技的進步， 挖掘機的液壓系統(tǒng)將更加復雜， 功能更加多樣 且便于操作控制， 工作效率高， 耗能少，先進的液壓系統(tǒng)會使挖掘機在工程領域 發(fā)揮更大的作用。 液壓挖掘機是一種多功能機械， 目前被廣泛應用于水利工程， 交通運輸， 電 力工程和礦山采掘等機械施工中， 它在減輕繁重的體力勞動， 保證工程質(zhì)量。 加 快建設速度以及

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

4、機地 連接起來就組成一個挖掘機液壓系統(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械能， 進而實現(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(zhuǎn)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(zhuǎn)裝置的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺向左或向右回轉(zhuǎn)， 以便進行挖掘和卸料， 完成該動作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達。 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作時必須 滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動和制動無沖擊、振動和搖擺，與其它機構同時動 作時，能合理地分配去各機構的流量。 行走裝置的作用是支撐挖掘機的整機質(zhì)量

5、 并完成行走任務，多采用履帶式和輪胎式機構， 所用的液壓元件主要是行走馬達。 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，不至于造成挖掘機發(fā)生行走偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 挖掘機的動作復雜，主要機構經(jīng)常啟動、制動、換向，負載變化大，沖擊和 振動頻繁，而且野外作業(yè)， 溫度和地理位置變化大， 因此挖掘機的液壓系統(tǒng)應滿 足如下要求 : （1）要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合 實現(xiàn)復合動作。 （2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進行，又能復合動作，以提高 挖掘機的生產(chǎn)率。 （3）履帶式挖掘機的左、 右履帶分別驅(qū)動， 使挖掘機行走方便、

6、轉(zhuǎn)向靈活， 并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。 （4）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。 （5）保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有 良好的過載保護； 回轉(zhuǎn)機構和行走裝置有可靠的制動和限速； 防止動臂因自重而 快速下降和整機超速溜坡。 為此，液壓系統(tǒng)應做到： （1）有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃料使用經(jīng)濟性。 （2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在變化大的負載、急劇的振動作用下，具有足夠 的可靠性。 （3）設置輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)熱量，使主機持續(xù)工作時的液 壓油溫不超過80 C,或溫升不超過45 C。 （4） 由于挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多

7、，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密 封性能要好, 液壓元件對油液污染的敏感性要低, 整個液壓系統(tǒng)要設置濾油器和 防塵裝置。 （5） 采用液壓或電液伺服操縱裝置,以便挖掘機設置自動控制系統(tǒng),進而 提高挖掘機技術性能和減輕駕駛員的勞動強度。 2.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本動作分析 （1） 挖掘。通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進行單獨挖掘,或者兩者 配合進行挖掘。 在挖掘過程中主要是鏟斗和斗桿有復合動作, 必要時配以動臂動 作。 （2） 滿斗舉升回轉(zhuǎn)。挖掘結束后,動臂缸將動臂頂起、滿斗提升,同時回 轉(zhuǎn)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處, 此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復合動作。 動臂舉升和 臂和鏟斗自動舉升

8、到正確的卸載高度。 由于卸載所需回轉(zhuǎn)角度不同, 隨挖掘機相 對自卸車的位置而變,因此動臂舉升速度和回轉(zhuǎn)速度相對關系應該是可調(diào)整的, 若卸載回轉(zhuǎn)角度大,則要求回轉(zhuǎn)速度快些,而動臂舉升速度慢些。 （3） 卸載。回轉(zhuǎn)至卸土位置時,轉(zhuǎn)臺制動,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,還需動臂配合動作。卸載時,主要是斗 桿和鏟斗復合作用,兼以動臂動作。 （4）空斗返回。卸載結束后,轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn),同時動臂缸和斗桿缸相互配 合動作,把空斗放到新的挖掘點,此工況是回轉(zhuǎn)、動臂、和斗桿復合動作。由于 動臂下降有重力作用、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、常是一個泵全部流量供回轉(zhuǎn), 另一泵大部分油供動臂, 少部分 油經(jīng)節(jié)流供斗桿。 3挖掘機液壓系統(tǒng)工作原理 3.1挖掘機總體原理圖 1 1-油泵；2-回轉(zhuǎn)馬達；3-緩沖補油閥組；4-左右履帶行走馬達；5-行走馬達雙速電磁閥； 6-補油單向閥；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。它有兩個出油口，相當于A

10、, B兩臺泵供油，其流量為328L/min。 A泵輸出的壓力油進入多路閥組I （帶合流閥5）驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達18,鏟斗缸22 和輔助缸20動作，并經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭驅(qū)動右行走馬達 17。泵B輸出的壓力油進 入多路閥組II （帶限速閥10）驅(qū)動動臂缸19,斗桿缸21,并經(jīng)過中央回轉(zhuǎn)接頭 驅(qū)動左行走馬達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挖掘機液壓系統(tǒng)的基本回路及其子系統(tǒng)分析 3.2.1行走機構液壓系統(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-油箱?？蓪崿F(xiàn)車輛直線行走或單側(cè)行走，行走時系統(tǒng)溢流壓力設 定為24.5MPa；車輛在行

11、走（直線行走或單邊行走）時主泵為分流狀態(tài)：前泵供 應左行走滑閥一一斗桿組，后泵供應右行走滑閥一一鏟斗組。 （1）直線行走性能當進行直線行走操作時， 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償閥和右行走壓力補償閥連通 起來，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，保證了車輛的直線行走性能 圖3.1行走機構液壓系統(tǒng)圖 3.2.2回轉(zhuǎn)機構液壓系統(tǒng) 當鏟斗裝滿后從挖掘位置到卸載位置時， 挖掘機轉(zhuǎn)臺停止后，由于滿斗承 載壓力突然停止會有很大反沖力，而使整臺挖掘機機器晃動。為解決此不良癥狀 發(fā)生，在回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)接頭位置設計

12、一回轉(zhuǎn)晃動防止閥， 來減少沖力而引起的整機 性能損害。轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)搖晃防止機構是挖掘機轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)停止后消除其搖晃的機構， 其工作原理是：回轉(zhuǎn)馬過停止運轉(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)馬達停止運轉(zhuǎn)后 B 口側(cè)壓力比A口側(cè)高，對回轉(zhuǎn)馬達產(chǎn)生反力作用，回轉(zhuǎn)馬達搖晃，此時 A 口側(cè) 壓力比B 口側(cè)的高，對反轉(zhuǎn)防止閥產(chǎn)生壓力。由于閥中有節(jié)流孔，產(chǎn)生時間滯后， 滑閥向右移動，從而使A 口與B 口聯(lián)通、壓力相等。因此，轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)搖晃僅一次 而已。回轉(zhuǎn)緊鎖開關關閉時在回轉(zhuǎn)鎖緊開關 OFF狀態(tài)下，操作手柄移動時，PPC 油壓開關將信號傳輸至調(diào)速器

13、泵控制器，然后調(diào)速器泵控制器輸出驅(qū)動信號使回 轉(zhuǎn)制動電磁閥勵磁；電磁閥勵磁后，先導油壓通過回轉(zhuǎn)電磁閥進入回轉(zhuǎn)馬達制動 器油室，克服彈簧壓力將制動活塞打開；當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油壓開關信號將輸出的驅(qū)動信號切斷，使回轉(zhuǎn)制動 電磁閥消磁，實現(xiàn)停車制動?？刂葡到y(tǒng)如圖 5.8所示。 回轉(zhuǎn)緊鎖開關打開時 在回轉(zhuǎn)鎖緊開關ONN犬態(tài)，回轉(zhuǎn)制動電磁閥勵磁線路 斷路，電磁閥消磁；消磁后的回轉(zhuǎn)電磁閥將回轉(zhuǎn)馬達制動器油室與卸油回路接通， 在制動器彈簧力作用下，制動活塞推動連接盤與制動片接合， 實現(xiàn)制動功能；回 轉(zhuǎn)鎖緊開關在ON時，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 信號，回轉(zhuǎn)制動電磁閥不能勵磁，回轉(zhuǎn)制動將不能解除；此時，將回轉(zhuǎn)鎖緊備用 開關打在ON便可打開回轉(zhuǎn)電磁閥，解除制動功能，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。 擬訂回轉(zhuǎn)機構液壓系統(tǒng)回路簡圖如圖 3.2所示?；剞D(zhuǎn)機構液壓系統(tǒng)回路組 成：主泵一主控制閥一回轉(zhuǎn)馬達-油箱。 該構思簡圖可實現(xiàn)挖掘機任意角度回轉(zhuǎn) 以及在任意角度停止回轉(zhuǎn)后的制動。根據(jù)基本設計要求回轉(zhuǎn)安全閥壓力設定值為 20.5MPa,回轉(zhuǎn)速度為10.0轉(zhuǎn)/分。 -ETriijV.動臂、斗桿 I 1 [-仃 <=TT1 圖3.2回轉(zhuǎn)機構液壓系統(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。該構思簡圖可實現(xiàn)鏟斗在一定角度來回轉(zhuǎn)動 . 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。該構思簡圖可實現(xiàn)斗桿在一定角度來回轉(zhuǎn)動。 圖3.4斗桿液壓系統(tǒng)圖 3

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

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