挖掘机-液压和控制系统

双泵定量 系统型式
双泵单回路系统（示例见教材图6-5） 双泵双回路系统（示例见教材图6-6）
第二章 挖掘机的构造
单斗液压挖掘机
二.变量系统（参见教材P221~229）
变量系统通过改变油泵的排量实现流量的变化，即变量系统是 通过容积调速来改变执行元件的动作速度。在变量范围内，执行 元件的动作速度随外载荷自动变化。
单斗液压挖掘机通常在主泵出口设置限压阀（安全阀）以限制系统的最 高压力。此外，还在某些元件的进出油口设置限压阀以限制其闭锁压力。
一般情况下，高压系统限压阀的调定压力不超过系统压力的25%，中高 压系统限压阀的调定压力可以调高到25%以上。
（二）卸荷回路（图6-24）
卸荷回路是在挖掘机不工作时，使液压泵尽可能以最低功率消耗进行空 转而不是溢流回油，以减少功率损失。
（六）双泵系统的合流供油（参见图6-20、6-22）
双泵系统 的合流供 油方式
手动合流：工作可靠、灵活性大，但动作繁杂。 自动合流：工作可靠、操作简单、灵活性较差。
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单斗液压挖掘机
2.5.4 液压系统的基本回路和辅助回路
（一）限压回路（图6-23）
限压回路用来限制系统压力或将系统某一部分的压力控制在一定的范围 内，以保护系统和元件不受损坏。常见的限压阀有溢流阀、减压阀、顺序阀 和压力继电器等。
b)先导信号压力解除回转停车制动。 c)先导信号压力会按照液压系统载荷的大小自动把行驶速度提高或降低。 d)先导信号压力控制直驶控制阀，使工作装置操作进行期间保持直驶。 e)先导信号压力控制装载或挖掘过程中阀类的动作。
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单斗液压挖掘机
（八）负荷传感控制系统
阀控系统实质上是节流式控制系统，其滑阀的微调性能和复合操作性能
可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。
3.液压系统本身应具备的特点： 1）传动效率高，能充分利用发动机功率。 2）可靠性高，能吸收或避免冲击振动。 3）减少系统总发热量，热平衡效果好。 4）密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性要尽可能低。 5）操作灵活、轻便，能实现自动控制。
与传统的液压系统比较，负荷传感控制系统的主要优点是：
a)节省能源消耗。 普通三位六通换向阀无论采用定量泵还是变量泵，总要有一部分
油液经溢流阀溢掉，浪费了能量。而使用负荷传感变量系统，泵的流量 全部用于负载上，泵的压力仅比负荷压力大1-3MPa。
2（后支腿缸）
9
7
6
5
4
8
为了防止误动，在顺
序回路中，顺序阀的调定
压力应该高于前一动作的
最高调定压力。
1
顺序回路和锁紧回路
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单斗液压挖掘机
（七）先导操作回路（图6-30、6-31）
前进
左行走
右行走
前放
2
左踏板 斗杆放
后退
左踏板 动臂降
斗杆
左
后收
先
4
左
右
铲
导 铲阀
右转 P
3
回
回
斗
斗
差。采用负荷传感控制系统，其控制阀不论是中位开式方式还是中位闭式方
式，都附带有压力补偿阀，使进入执行元件的油液流量不受负载的影响，在
保证复合动作的同时，又使各执行元件互不干涉，结合油泵控制系统，又不
会浪费功率。
（1）负荷传感控制系统的工作原理
Q
A
按伯努利方程，通过节流孔的流量公式为：
Q = A 2 p
液压系统
液压系统的基本组成及工作原理
液压系统包括以下几部分： ➢液压驱动子系统（由各种油泵及控制装置组成） ➢液压控制子系统（由各种控制阀及回路组成） ➢液压执行子系统（由各液压油缸及液压马达组成） ➢液压操作子系统（由各种操纵阀及反馈装置组成） ➢液压辅助子系统（由油箱、油管及散热装置等组成）
第二章 挖掘机的构造
3
统具有较高的压力以克服外负荷。
42
1
当顺序阀6工作时，利用顺序阀6与节流阀4之间
形成的压差来控制主泵的摆角和排量。
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（五）恒功率和恒压组合调节的变量系统（参见图6-18、6-19）
利用恒功率和恒压组合调节的变量系统，可以实现一定范围内
（P0<P<Pm)的恒功率调节和超过一定范围（Pm<P<Pmax)的恒压调节。 （参见图6-18、6-19）
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2.5.3 液压系统的类型
单斗液压挖掘机
按液压泵 特性
定量系统 变量系统 定量、变量复合系统
按液压泵 数量
单系统 双泵系统 多泵系统
按油液循 环方式
开式系统 闭式系统
按向执行 元件供油
方式
串联系统 并联系统 顺序单动系统 复合系统
考虑到各部件的复合动作，对双泵双回路系统，常见的元件分组形式如下：
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（四）节流调速和节流限速回路（图6-26，6-27）
节流调速的目的是通过改变油液的通流面积改变进入执行元件的流量，从 而改变执行元件的动作速度，该调速方式常用于定量系统。
回油节流调速比进油节流调速的热平衡效果好，调速性能也比较稳定。
a)进油节流调速 b)回油节流调速
容积调速的 3种型式
变量泵——定量马达（或油缸）（示例见教材图6-8） 定量泵——变量马达（示例见教材图6-8） 变量泵——变量马达（或油缸）（示例见教材图6-8）
变量系统的发动机功率按照平均外负荷（或最大外负荷）和 相应的作业速度确定，液压系统功率是按照系统所需最大压力和 相应的流量确定的。由于变量系统的流量是按照外负载自动调节 的，所以在变量范围内，变量系统能充分发挥发动机的功率。由 于依靠容积来调节速度，所以，变量系统的功率损失很小。
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单斗液压挖掘机
2.挖掘机对液压系统的要求
1）要保证挖掘机动臂、斗杆、铲斗、回转可以各自单独动作，也可以互相 配合实现复合动作，以提高作业效率。
2）履带式挖掘机的左、右履带可单独驱动、原地转向，以提高其机动性。 3）动作可逆，无级变速。 4）工作安全可靠：各执行元件有良好的过载保护；回转机构和行走装置有
对分功率变量系统，只有当两 条回路的压力都处在变量范围之内 时才能利用发动机的全部功率。
P1 Q1
P2 Q 2
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（二）全功率变量系统
全功率变量系统中的两个油泵由一个总功率调节机构进行平衡调 节，使两个油泵的摆角始终相同，同步变量、流量相等。决定流量变 化的是系统的总压力，即只要两条回路的总压力之和在变量范围内， 就能充分利用发动机的功率，但每台泵的输出功率与各自的压力成正 比。其调节机构有机械联动式和液压联动式两种形式。
设 K = 2 则 Q = KA p
p
——流量系数
A ——通流面积
p ——节流孔前后压差
——流体密度
如∆p恒定，则通过节流孔的面积不受负荷的变化——负荷传感控制的基本原理
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（2）部分负荷传感控制系统
F1
p1
负荷传感回路
p
A1
ps pp
Q
Ak
压力补偿阀
p1
p
A1
定量系统的发动机功率是根据最大外负荷和相应的作业速度 确定的，即系统功率是按照系统所需最大压力和相应的流量确定 的。由于系统并不总是在最大外负荷下工作，一般情况下，其平 均负荷只是最大负荷的60%，所以，定量系统难以充分发挥发动机 的功率。由于依靠节流来调节速度，所以，定量系统的功率损失 主要来自于节流损失。
常见的卸荷回路有换向阀中位卸荷和穿越换向阀卸荷两种方式。
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（三）缓冲补油回路（图6-25）
在回转机构的回路上设置缓冲补油装置的目的是消除制动时给回转机构 的振动冲击并避免马达的吸空现象。
6
2 4
5 12
3
6
43
1
2
5 6
9
5
3
1
8
பைடு நூலகம்
7
7
7
a)
b)
c)
一般情况下，缓冲限压阀同时也起到了对回转机构的制动作用，其 调定压力取决于上部转台的制动力矩。
回路1：左行走马达、回转马达、斗杆油缸 回路2：右行走马达、动臂油缸、铲斗油缸
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单斗液压挖掘机
几种油泵的主要性能对比
项目 排量(cm3/r)
齿轮泵(外啮合) 1-500
最高压力(MPa)
1-25
最高转速 (r/min)
900-4000
最高效率(%)
70-85
叶片泵
平衡式1-350 不平衡式10-230
pp Q
F1 负荷传感回路
压力补偿阀 ps Ak
a)中位开式 压力补偿阀的主要任务就是维持恒定的压差
b)中位闭式
定量泵和负荷传感控制阀的系统没有节省能源消耗，因为泵所输出的流量超过
执行元件所需要的流量时，多余的油液经压力补偿阀流回油箱（为保持压差恒定） 变为热能。
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单斗液压挖掘机
利用油门控制发动机转速，当发动机转速下降时，使变量泵（主泵）的 摆角和排量减小，从而减小主泵的流量，减小发动机的功率消耗，弥补了单 纯依赖外负荷控制油泵功率的缺陷。
（四）恒压控制的变量系统（图6-17）
6
8
主要思想：当外负荷增大到超过系统安全阀的调定压
7
力时，为了减少溢流损失，必须将油泵的输出降到最 5 P 小使系统无溢流，以降低功率损失，同时又能维持系
对污染较敏感，叶 片磨损时，效率降
低到很小
对污染最敏感， 配流盘受损伤时
效率降低
对污染敏感， 配流盘滑靴磨 损时效率降低
对过滤精度要 求
30-50μm
20-30μm
15-25μm
15-25μm
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一.定量系统（参见教材P219~221）
定量系统的流量不变，即流量不随外载荷而变化，通常依靠节流来调 节速度。
回转
转
转
收
卸
左转 T
1
斗杆收 左操作手柄
动臂升 右操作手柄
a)手柄及踏板位置图示意图
b)左侧手柄先导控制示意图
先导型控制回路是用先导阀控制先导油液，再用先导油液控制换向阀的主阀
芯，它又分为机液先导型和电液先导型两类。由于先导操作所需油压较低，所以
用专门的油泵提供控制油，且一般不超过3MPa，司机的操作力一般也小于30N。
6
9
78
10
4
5
3
2
1
行走限速补油回路
第二章 挖掘机的构造
单斗液压挖掘机
（六）支腿顺序回路和锁紧回路（图6-28）
顺序回路的目的是使轮式挖掘机前后支腿的收放按一定顺序进行（先伸 出的后缩回、后伸出的先缩回），以保证机器的稳定性。锁紧回路的的目的 保证挖掘机工作过程中不发生支腿软缩和窜动现象。
3（前支腿缸）
单斗液压挖掘机
原动机
动力元件 （液压泵）
控制元件 （各种阀）
2.5.2 主机的工况特点和对液压系统的要求
1.主机的工况特点
执行元件 （油缸、马达）
➢挖掘：铲斗油缸主动或斗杆油缸主动或二者复合，有时辅以动臂 油缸的动作 ➢满斗回转：回转马达+动臂提升或辅以斗杆油缸的动作 ➢卸载：铲斗油缸+斗杆油缸 ➢空斗返回：动臂下降+斗杆卷入+铲斗挖掘
第二章 挖掘机的构造
单斗液压挖掘机
按照两个回路的变量调节机构有无关连，将变量系统分为分功率 变量系统和全功率变量系统两种。
（一）分功率变量系统
分功率变量系统的每个油泵各有一个功率调节机构，油泵的流量变化 只受自身所在回路压力变化的影响，与另一回路的压力变化无关，即两个 回路的油泵各自独立地进行恒功率调节变量，两个油泵各自拥有一半发动 机输出功率。
由于全功率变量系统两台油泵 的流量相等，所以对于两台液压泵 独立驱动的行走机构，易于实现直 驶。但应当避免一台负荷太大、而 另一台空载的情况。
P1 Q1
P2 Q 2
第二章 挖掘机的构造
单斗液压挖掘机
（三）发动机转速控制的恒功率变量系统（图6-16）
主要思想：利用发动机转速控制油泵的排量，达到充分利用发动机功率， 减少功率浪费的目的。
工作装置的单向节流回路
节流限速的目的是为了限制某些工作装置的速度过快而发生事故，其 原理与节流调速相同。该方式常用于防止动臂、斗杆快速下降的回路上。
第二章 挖掘机的构造
（五）行走限速补油回路（图6-28）
单斗液压挖掘机
行走限速补油的目的是 防止挖掘机下坡时发生超速 溜坡事故。它通过限制行走 马达的出油起作用，并对行 走马达的进油腔进行补油以 防止吸空现象。
第二章 挖掘机的构造
单斗液压挖掘机
采用先导回路，操纵简单，轻便和直观。转动手柄的转角不超过35-40º， 脚踏板转动角度不超过60-70º。踏板行程在6-20cm范围内，踏板的踏动力 不超过80-100N。
现代挖掘机先导回路还能产生信号压力以完成下列动作：
a) 先导信号压力触发发动机转速自动控制系统，当无液压操作时，这会自 动降低发动机转速。
平衡式3.5-40 不平衡式3.5-14
平衡式1200-3000 不平衡式12001800
平衡式70-90 不平衡式60-70
斜轴式柱塞泵 100-1000
斜盘式柱塞泵 4-500
21-40
21-40
750-3600
750-3600
88-95
85-92
对污染敏感性
不易受污染影响， 随着齿轮的磨损，
效率有所降低