【正文】 伺服控制系統(tǒng) 二、挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 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機(jī)地連接起來(lái)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)。 液壓手動(dòng)、 PLC 控制系統(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)?；剞D(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(wú)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。 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、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(wú)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) ?；剞D(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℃ ,或溫升不超過 45℃。 (4)由于挖掘機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)塵土多 ,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。 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。回轉(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。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路分析 基本回路是由一個(gè)或幾個(gè)液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路 ,它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中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、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。 模仿動(dòng)臂缸自鎖回路 (1)限壓回路 限壓回路用來(lái)限制壓力 ,使其不超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個(gè) :一是限制系統(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(lái)實(shí)現(xiàn) ,安全閥設(shè)置在主油泵出油口附近 。二是根據(jù)工作需要 ,使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值 ,通常用溢流閥實(shí)現(xiàn) ,溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作 ,多余的流量通過此閥流回油箱 ,因此溢流閥是常開的。 液壓挖掘機(jī)執(zhí)行元件的進(jìn)油和回油路上常成對(duì)地并聯(lián)有限壓閥 ,限制液壓缸、液壓馬達(dá)在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力 ,超過此壓力時(shí)限壓閥打開、卸載保護(hù)了液壓元件和管路免受損壞 ,這種限壓閥 (圖 21)實(shí)際上起了卸荷閥 的作用。維持正常工作 ,動(dòng)臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)” ,但必須具有足夠的閉鎖力來(lái)防止活塞桿的伸出或縮回 ,因此須在動(dòng)臂液壓缸的進(jìn)出油路上各裝有限壓閥 ,當(dāng)閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時(shí) ,限壓閥打開 ,使油液流回油箱。限壓閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無(wú)關(guān) ,且調(diào)定壓力愈高 ,閉鎖壓力愈大 ,對(duì)挖掘機(jī)作業(yè)愈有利 ,但過高的調(diào)定壓力會(huì)影響液壓元件的強(qiáng)度和液壓管路的安全。通常高壓系統(tǒng)限壓閥的壓力調(diào)定不超過系統(tǒng)壓力的 25%,中高壓系統(tǒng)可以調(diào)至 25%以上。 1 換向閥 2 限壓閥 3 油缸 圖 21 限壓回路 (2)緩沖回路 液壓挖掘機(jī)滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)由于上車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大 ,在啟動(dòng)、制動(dòng)和突然換向時(shí)會(huì)引起很大的液壓沖擊 ,尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會(huì)使整個(gè)液壓系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動(dòng)和噪音 ,甚至破壞。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達(dá)高壓腔的油液超過一定壓力時(shí)獲得出路。圖 22 為液壓挖掘機(jī)中比較普遍采用的幾種緩沖回路。 圖 22 A 中回轉(zhuǎn)馬達(dá)兩個(gè)油路上各裝有動(dòng)作靈敏的小型直動(dòng)式緩沖 (限壓 )閥 3,正常情況下兩閥關(guān)閉。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)或反向轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí) ,高壓油路Ⅱ的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱 ,低壓油路Ⅰ則由補(bǔ)油回路經(jīng)單向閥 4 進(jìn)行補(bǔ)油 ,從而消除了液壓沖擊。緩沖 (限壓 )閥的調(diào)定壓力取決于所需要的制動(dòng)力矩 ,通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。該緩沖回路的特點(diǎn)是溢油和補(bǔ)油分別進(jìn)行 ,保持了較低的液壓油溫度 ,工作可靠 ,但補(bǔ)油量較大。 圖 22(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(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)、停止或反轉(zhuǎn)時(shí) ,高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進(jìn)入低壓腔 ,減小了液壓沖擊。這種緩沖回路的補(bǔ)油量很少 ,背壓低 ,工作效率高。 圖 22(C)是回轉(zhuǎn)馬達(dá)油路之間并聯(lián)有成對(duì)單向閥 5 和 7,回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)或換向時(shí)高壓腔的油經(jīng)過單向閥 緩沖 (限壓 )閥 2 流回油箱 ,低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6 獲得補(bǔ)油。 1 換向閥 緩沖閥 單向閥 圖 22 緩沖回路 上述各回轉(zhuǎn)回路中的緩沖 (限壓 )閥實(shí)際上起了制動(dòng)作用 ,換向閥 1 中位時(shí)回轉(zhuǎn)馬達(dá)兩腔油路截?cái)?,只要油路壓力低于限壓閥的調(diào)定壓力 ,回轉(zhuǎn)馬達(dá)即被制動(dòng) ,其最大制動(dòng)力矩由限壓閥決定。 當(dāng)回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動(dòng)作用 時(shí) ,挖掘機(jī)上部回轉(zhuǎn)體的慣性動(dòng)能將轉(zhuǎn)換成液壓位能 ,接著位能又轉(zhuǎn)換為動(dòng)能 ,使上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運(yùn)動(dòng)來(lái)回振動(dòng) ,使回轉(zhuǎn)齒圈和油馬達(dá)小齒輪之間產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲 ,同時(shí)鏟斗來(lái)回晃動(dòng) ,致使鏟斗中的土灑落 ,因此挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)油路中一般裝設(shè)防反彈閥。 (3)節(jié)流回路 節(jié)流調(diào)速是利用節(jié)流閥的可變通流截面改變流量而實(shí)現(xiàn)調(diào)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(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,能夠獲得穩(wěn)定的低速 ,缺點(diǎn)是功率損失大 ,效率低 ,溫升大 ,系統(tǒng)易發(fā)熱 ,作業(yè)速度受負(fù)載變化的影響較大。根據(jù)節(jié)流閥的安裝位置 ,節(jié)流調(diào)速有進(jìn)油節(jié) 流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種。 1 齒