【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)。所有這一切，都是挖掘機(jī)的全液壓化奠定的基礎(chǔ)并為挖掘機(jī)的全面發(fā)展創(chuàng)造了美好的前景。 （ 2）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS5800 型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費(fèi)，還安裝了 CAPS（計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng)），提高了挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機(jī)功率和液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱（ Oamp。K）公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的 90 90 90 909 型液壓挖 掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了 ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型 B 系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的 3114T 型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在 DH280 型挖掘機(jī)上采用了 EPOS 即電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機(jī)始終 以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機(jī)因過載而熄火。 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 5 2 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)概述 167。 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)工作裝置和各個機(jī)構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機(jī)地連接起來就組成一個挖掘機(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)的各種動作。按照不同的功能可將挖掘機(jī)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(jī)的工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓缸組成，它包括動臂、斗桿、鏟斗三個液壓回路?；剞D(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(jìn)行挖掘和卸料，完成該動作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達(dá)?；剞D(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(jī)構(gòu)同時動作時，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)的動作復(fù)雜，主要機(jī)構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，負(fù)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(jī)的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求 （ 1）要保證挖掘機(jī)動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨(dú)動作，也可以相互 配合實(shí)現(xiàn)復(fù)合動作。 （ 2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨(dú)進(jìn)行，又能復(fù)合動作，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，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)的一切動作可逆，且無級變速。 （ 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和限速；防止動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）有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的動力性和燃料使用經(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，液壓元件對油液污染的敏感性要低，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 6 （ 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強(qiáng)度。 167。 挖掘機(jī)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(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)合動作，必要時配以動臂動作。 （ 2）滿斗舉升回轉(zhuǎn)。挖掘結(jié)束后，動臂缸將動臂頂起、滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。動臂舉升和臂和鏟斗自動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(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，而動臂舉升速度慢些。 （ 3）卸載?；剞D(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(fù)合作用，兼以動臂動作。 （ 4）空斗返回。卸載結(jié)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(diǎn)，此工況是回轉(zhuǎn)、動臂、和斗桿復(fù)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。 167。 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基本回路分析 基本回路是由一個或幾個液壓元件組成、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。 167。 限壓回路 限壓回路用來限制壓力，使其不超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個：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防止活塞桿的伸出或縮回，因此須在動臂液壓缸的進(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，限壓閥打開，液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 7 使油液流回油箱。限壓閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無關(guān)，且調(diào)定壓力愈高，閉鎖壓力愈大，對挖掘機(jī)作業(yè)愈有利，但 過高的調(diào)定壓力會影響液壓元件的強(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 Fig. 21 limited pressure circuit 167。 緩沖回路 液壓挖掘機(jī)滿斗回轉(zhuǎn)時由于上車轉(zhuǎn)動慣量很大，在啟動、制動和突然換向時會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。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動和噪音，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)兩個油路上各裝有動作靈敏的小型直動式緩沖（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)動或反向轉(zhuǎn)動時，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、停止或反轉(zhuǎn)時，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)有成對單向閥 5 和 7，回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動或換向時高壓腔的油經(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太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 8 獲得補(bǔ)油。 1 換向閥 緩沖閥 單向閥 圖 22 緩沖回路 Fig. 2 2 buffer circuit 上述各回轉(zhuǎn)回路中的緩沖（限壓）閥實(shí)際上起了制動作用，換向閥 1 中位時回轉(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，其最大制動力矩由限壓閥決定。 當(dāng)回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動作用時，挖掘機(jī)上部回轉(zhuǎn)體的慣性動能將轉(zhuǎn)換成液壓位能，接著位能又轉(zhuǎn)換為動能，使上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運(yùn)動來回振動，使回轉(zhuǎn)齒圈和油馬達(dá)小齒輪之間產(chǎn)生沖擊、振動和噪聲，同時鏟斗來回晃動，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。 167。 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 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 9 1 齒輪泵 2 溢流閥 3 節(jié)流閥 4 換向閥 5 油缸 圖 23 節(jié)流回路 Fig. 2 3 throttle circuit 圖 23 (A)為進(jìn)油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥 3 安裝在高壓油路上，液壓泵 1 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(jìn)入液壓缸 5 的大腔使活塞右移。負(fù)載增大時液壓缸大腔壓力增大，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，一部分油液通過液流閥流回油箱。反之，隨著負(fù)載減小，通過節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的流量增大，加快了活塞移動速度，液流量相應(yīng)地減少。這種節(jié)流方式由 于節(jié)流后進(jìn)入執(zhí)行元件的油溫較高，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 23 (B)為回油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥安裝在低壓回路上，限制回油流量。回油節(jié)流后的油液雖然發(fā)熱，但進(jìn)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(jī)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 23（ C）所示，為了防止動臂因自重降落速度太快而發(fā)生危險，其液壓缸大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。此外，斗桿液壓缸、鏟斗液 壓缸在相應(yīng)油路上也裝有單向節(jié)流閥。 167。 行走限速回路 履帶式液壓挖掘機(jī)下坡行駛時因自重加速，可能導(dǎo)致超速溜坡事故，且行走馬達(dá)易發(fā)生吸空現(xiàn)象甚至損壞。因此應(yīng)對行走馬達(dá)限速和補(bǔ)油，使行走馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制在允許范圍內(nèi)。 太原科技大學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì) (說明書 ) 10 1 換向閥 壓力閥 單向閥 安全閥 10 行走馬達(dá) 圖 24 行走限速回路 Fig. 2 4 walking limit speed circuit 行走限速回路是利用限速閥控制通道大小，以限制行走馬達(dá)速度。比較簡單的限速方法是使回油通過限速節(jié)流閥，挖掘機(jī)一旦行走超速，進(jìn)油供應(yīng)不及，壓力降低，控制油壓力也隨之降低，限速節(jié)流閥的通道減小，回油節(jié)流，從而防止了挖掘機(jī)超速溜坡事故的發(fā)生。 履帶式液壓挖掘機(jī)行走馬達(dá)常用的限速補(bǔ)油回路如圖 24 所示，它由壓力閥 3，單向閥 7 和安全閥 9 等組成。正常工作時換向閥 1 處于右位，壓力油經(jīng)單向閥 4 進(jìn)入行走馬達(dá) 10，同時沿控制油路推動壓力閥 2，使其處于接通位置，行走馬達(dá)的回油經(jīng)壓力閥 2 流回油箱。當(dāng)行走馬達(dá)超速運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)油供應(yīng)不足，控制油路壓力降低，壓力閥 2 在彈簧的彈力作用下右移，回油通道關(guān)小或關(guān)閉，行走馬達(dá)減速或制動，這樣便保證了挖掘機(jī)下坡運(yùn)行時的安全。 這種限速補(bǔ)油回路的回油管路上裝有 5～ 10bar 的背壓閥，行走馬達(dá)超速運(yùn)轉(zhuǎn)時若主油路壓力低于此值，回油路上的油液推開單向閥 5 或 7 對行走馬達(dá)進(jìn)油腔補(bǔ)油，以消除吸空現(xiàn)象。當(dāng)高壓油路中壓力超過安全閥 8 或 9 的調(diào)定壓力時，壓力油經(jīng)安全閥返回油箱。 液壓挖掘機(jī)液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 11 1 行走 2 動臂 .鏟斗 3 前泵 4 行走 5 后泵 6 回轉(zhuǎn) .斗桿 7 先導(dǎo)油壓 圖 25 直走閥油路 Fig. 2 5 turn right valve circuit 此外為了實(shí)現(xiàn)工作裝置、行走同時動作時的直線行駛，一般采用直行閥，圖 25 為直行閥工作原理圖。在行駛過程中，當(dāng)任一作業(yè)裝置動作時，作業(yè)裝置先導(dǎo)操縱油壓就會作用在直行閥上，克服彈簧力，使直行閥處于上位。圖中前泵并聯(lián)供左右行走，后泵并聯(lián)供回轉(zhuǎn)、斗桿、鏟斗和動臂動作，后泵還可通過單向閥和節(jié)流孔與前泵合流供給行走。 167。 合流回路 為了提高挖掘機(jī)生產(chǎn)效率、縮短作業(yè)循環(huán)時間，要求動臂提升、斗桿收放和鏟斗轉(zhuǎn)動有較快的作業(yè)速度，要求能雙（多）泵合流供油，一般中小型挖掘機(jī)動臂液壓缸和斗桿液壓缸均能合流，大型挖掘機(jī)的鏟斗液壓缸也要求合流。目前采用的合流方式有閥外合流、閥內(nèi)合流及采用合流閥供油幾種合流方式。 閥外合流的液壓執(zhí)行元件由兩個閥桿供油，操縱油路聯(lián)動打開兩閥桿，壓力油通過閥外管道連接合流供給液壓作用元件，閥外合流操縱閥數(shù)量多，閥外管道和接頭的數(shù)量也多，使用上不方便。閥內(nèi)合流的油道在內(nèi)部溝通，外面管路連接簡單，但內(nèi)部 通道較復(fù)雜，閥桿直徑的設(shè)計(jì)要綜合平衡考慮各種分合流供油情況下通過的流量。合流閥合流是通過操縱合流閥實(shí)