【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)。所有這一切，都是挖掘機的全液壓化奠定的基礎(chǔ)并為挖掘機的全面發(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)，加快標準化、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，還安裝了 CAPS（計算機輔助功率系統(tǒng)），提高了挖掘機的作業(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配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(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 掘機上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗的駕駛員也能進行復(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)挖掘機上采用最新的 3114T 型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在 DH280 型挖掘機上采用了 EPOS 即電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動機始終 以全功率運轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機的功率、提高挖掘機的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機因過載而熄火。 液壓挖掘機液壓系統(tǒng) 設(shè)計 5 2 挖掘機液壓系統(tǒng)概述 167。 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(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有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(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)，以便進行挖掘和卸料，完成該動作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達?；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，與其它機構(gòu)同時動作時，能合理地分配去各機構(gòu)的流量。行走裝置的作用是支撐挖掘機的整機質(zhì)量并完成行走任務(wù)，多采用履帶式和輪胎式機構(gòu)，所用的液壓元件主要是行走馬達。行走系統(tǒng)的設(shè)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(fù)雜，主要機構(gòu)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(yīng)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(fù)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(fù)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、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(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(shè)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℃，或溫升不超過 45℃。 （ 4）由于挖掘機作業(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 生畢業(yè)設(shè)計 (說明書 ) 6 （ 5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機設(shè)置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動強度。 167。 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(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。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(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，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。 液壓挖掘機執(zhí)行元件的進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、卸載保護了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖 21）實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出油路上各裝有限壓閥，當閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時，限壓閥打開，液壓挖掘機液壓系統(tǒng) 設(shè)計 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，對挖掘機作業(yè)愈有利，但 過高的調(diào)定壓力會影響液壓元件的強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。挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路。圖 22 為液壓挖掘機中比較普遍采用的幾種緩沖回路。 圖 22 (A)中回轉(zhuǎn)馬達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。當回轉(zhuǎn)馬達突然停止轉(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則由補油回路經(jīng)單向閥 4 進行補油，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 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。當回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動、停止或反轉(zhuǎn)時，高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進入低壓腔，減小了液壓沖擊。這種緩沖回路的補油量很少，背壓低，工作效率高。 圖 22（ C）是回轉(zhuǎn)馬達油路之間并聯(lián)有成對單向閥 5 和 7，回轉(zhuǎn)馬達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 生畢業(yè)設(shè)計 (說明書 ) 8 獲得補油。 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）閥實際上起了制動作用，換向閥 1 中位時回轉(zhuǎn)馬達兩腔油路截斷，只要油路壓力低于限壓閥 的調(diào)定壓力，回轉(zhuǎn)馬達即被制動，其最大制動力矩由限壓閥決定。 當回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動作用時，挖掘機上部回轉(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)生反彈運動來回振動，使回轉(zhuǎn)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，致使鏟斗中的土灑落，因此挖掘機的回轉(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)速有進油節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種 液壓挖掘機液壓系統(tǒng) 設(shè)計 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 進入液壓缸 5 的大腔使活塞右移。負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，液流量相應(yīng)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，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?；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 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 履帶式液壓挖掘機下坡行駛時因自重加速，可能導致超速溜坡事故，且行走馬達易發(fā)生吸空現(xiàn)象甚至損壞。因此應(yīng)對行走馬達限速和補油，使行走馬達轉(zhuǎn)速控制在允許范圍內(nèi)。 太原科技大學 生畢業(yè)設(shè)計 (說明書 ) 10 1 換向閥 壓力閥 單向閥 安全閥 10 行走馬達 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，挖掘機一旦行走超速，進油供應(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，從而防止了挖掘機超速溜坡事故的發(fā)生。 履帶式液壓挖掘機行走馬達常用的限速補油回路如圖 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 進入行走馬達 10，同時沿控制油路推動壓力閥 2，使其處于接通位置，行走馬達的回油經(jīng)壓力閥 2 流回油箱。當行走馬達超速運轉(zhuǎn)時，進油供應(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，行走馬達減速或制動，這樣便保證了挖掘機下坡運行時的安全。 這種限速補油回路的回油管路上裝有 5～ 10bar 的背壓閥，行走馬達超速運轉(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 對行走馬達進油腔補油，以消除吸空現(xiàn)象。當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。 液壓挖掘機液壓系統(tǒng) 設(shè)計 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 先導油壓 圖 25 直走閥油路 Fig. 2 5 turn right valve circuit 此外為了實現(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，當任一作業(yè)裝置動作時，作業(yè)裝置先導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，一般中小型挖掘機動臂液壓缸和斗桿液壓缸均能合流，大型挖掘機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