第三章 典型工程机械液压系统分析

• 由于铲斗缸与动臂缸之间是通过四杆机构联系在一 起的，当动臂缸运动时，会使铲斗缸活塞受牵连而 运动，因而应在铲斗缸的大小腔油路上设置过载补 油回路。 • 装载机的工作特点是作业周期短，动作灵活，因而 转向频繁。提高转向系统的操作纵性能便成为提高 装载机生产率的重要问题之一。 • 目前轮式装载机全都采用液压转向。在液压转向系 统中，应考虑：（1）必须保证转向油路有稳定的 流量，不受发动机转速变化的影响；（2）转向的 控制必须是位置伺服系统。其输入量是转向器的转 角，输出量是车体的摆角，是一个机械－液压位置 伺服系统，其反馈机构由机械反馈系统构成。
D
+B A
泵 大 用 向
泵 作 工
转
E 泵 助 辅
小 转向 用
泵 C
转向速度与发动机转速无关， 根据驾驶员的转向要求决定转 向速度，即使发动机转速很高， 驾驶员缓慢转动方向盘转向速 度就可很缓慢。能获得最完善 的转向性能，从流量特性图中 可看出，没有ZL50装载机转 向系统中那种在低、中速不转 向时，辅助泵仍向转向油路供 油的情况。这种转向油路不转 向时辅助泵输出的油全部供给 工作油路。即使在转向时，当 转向速度较低，转向泵输出的 流量可满足需要时，辅助泵的 流量仍可全部供给工作油路。 可见液压能的利用非常充分。
11 12 16 4 13 13 14 24
17
18 22
19
20 23
5
1-铲斗缸；2-卸荷阀；3-快速下降阀；4-动臂缸；5-转向缸；6、11-多路换向阀组；7、12动臂换向阀；8、13-双作用安全阀；9、24-铲斗换向阀；10、14、22-溢流阀；15-双泵单 路稳流阀；16-转向控制阀组；17、19-转向泵；18-工作泵；20-辅助泵；21-减压式先导阀； 23-控制泵
YW-100挖掘机液压系统
进口2.8m3斗容量轮式装载机
• 该机型的载重量为5吨，发动机功率为 150KW，与国产ZL50相当 • 开式多泵定量液压系统。 • 工作装置回路 • 转向回路
7 25 24 28 23 22 29 26 27 6
8
9 20 19 21 5 4 2 1 3
18 16 14 14 17 12 11 15 13
YW-40挖掘机液压系统
• 铲斗容量：0.4m3；回转速度：6.4r/min； 行走速度：1.7km/h； • 液压泵形式：阀式配流径向柱塞泵双排 直立式；额定流量：2×55L/min 2 55L/min • 液压马达型式：静力平衡液压马达；液 压系统工作压力：21MPa • 双泵双回路定量系统 • 液压制动，行走限速。 • 联动阀合流
流量Q
理想流量
发动机转速n（转/分）
图3-3 独立式转向回路流量特性
通往液压转向系统 液压泵进油口 d2
D2 P2 d1
A P3
d2 P3 P2
回油
d1 P1
P1 D1
齿轮泵
图3-4 转向齿轮泵
大型装载机转向与工作回路之间有下列的相互关系： （1）在一个正常的作业循环中，工作装置的高负荷 和转向回路的高负荷通常不是同时发生的。 （2）发动机在高转速时，工作装置输出大的功率。 即工作装置的高负荷发生在发动机高转速范围内。 3 （3）发动机在所有转速范围内，要满足转向机构输 出大的功率。即转向系统的高负荷发生在发动机的整 个转速范围内。 （4）发动机在高转速时，同时需要大的牵引力和大 的工作装置输出功率。即高的牵引力和高的工作装置 负荷是在发动机最大的转速下同时发生的。
• • • • 对松散堆积物料可进行装、运、卸作业 对岩石、硬土进行轻度铲掘作业 进行清理、刮平场地及牵引作业。 如果换装相应的工作装置后，还可以完成推土、 挖土、松土、起重以及装载棒料等工作。 • 在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机 用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝 土料场的集料与装料等作业。
• 装载机根据行走机构不同可分为轮胎式和履 带式两种。 • 装载机按铲斗的额定载重量可分为：小型 （<1t）、轻型（1～3t）、中型（4～8t）、 重型（>10t）。 • 轮式装载机一般由车架，动力传动系统、行 走机构、工作装置、转向系统、液压系统和 操纵系统组成。 • 轮式装载机的工作装置及转向系统采用液压 传动，而行走系统则采用机械传动。 • 工作装置是由动臂、铲斗、杠杆系统、动臂 液压缸和铲斗液压缸等组成。
§2 单斗挖掘机液压系统
• • • • • • • 挖掘机工况概述 YW-40挖掘机液压系统 YW-60挖掘机液压系统 YW-100液压挖掘机 YW—160挖掘机液压系统 YW—180挖掘机液压系统 挖掘机液压系统分析小结
挖掘机工况概述
2 3
1
• 挖掘工况——通常以斗杆和铲斗液压缸2、3的伸缩、 驱动斗杆和铲斗转动来进行挖掘。有时还要以动臂液 压缸1的伸缩驱动臂转动来配合，以保证铲斗按特定 的轨迹运动。 • 满斗回转工况——挖掘结束，动臂液压缸1伸出使动 臂提升。同时回转液压马达（图中未示出）旋转，驱 动转台回转到卸土处进行卸土。 • 卸载工况——回转到卸土处，回转停止。通过动臂和 斗杆液压缸1、2的配合动作，使斗对准卸土位置。缩 回铲斗液压缸3，使铲斗向上翻转卸土。 • 返回工况——卸载结束，转台反转，配以动臂和斗杆 复合动作，把空斗返回到新的挖掘位置，开始第二个 工作循环。 • 结论：执行元件多，复合动作频繁。
ZL90装载机液压系统
• • • • • • 斗容量5m3 发动机功率为294KW。 泵源是三个CB—G型齿轮泵 包括工作装置和转向两个液压回路。 采用换向阀式先导控制阀 工作泵出口处设置卸荷阀 ,达到轻载低压大流 量，重载高压小流量的目的，能够更合理的 使用发动机的功率。
14 10 9
8
动臂液压缸
• 载重量9吨，与ZL90相当 • 由一台功率为309Kw的柴油机带动2台双联叶 片泵作为液压源。 • 系统工作压力为17.5MPa。 • 用减压阀式先导阀操纵多路换向阀动作 。 • 阀外合流。 • 在该系统动臂缸回路中串联一个快速下降阀 及卸荷阀。使铲斗轻载快降，重载慢降。
21
1 6 7 8 8 10 9 3 2 15
最 大 A+ B+ E 液 压 作 工
流
流量 流量Q
(发动机低转速）发动机转速 n
转
向
液
压
系 统
C+ D+ E
系
统
最
大
流 量
全液压装载机液压系统
• 井下使用的一种低车身铰接型轮式全液压前端装载 机 • 行走液压系统采用了双向缸体摆动的轴向柱塞变量 泵，分别与前后桥两对液压马达组成闭式系统。 • 斗容量为1.5m3，行走速度最高15km/h，单侧转向角 度46度。柴油机功率74kW，最大牵引力70KN，最 大铲掘力55KN，整机重量为110KN。
Baidu Nhomakorabea式装载机液压系统分析小结
• 轮式装载机液压系统的特点是采用组合油路。系统 的形式一般为多泵定量开式系统。它的好处是可将 成本低、体积小、工作可靠，对油液的污染不敏感 的齿轮泵应用于各类型的装载机上。系统的工作压 力 国 产 机 型 一 般 为 16 ～ 18MPa ， 进 口 机 型 为 21 ～ 25MPa。 • 各种类型装载机的工作装置回路均采用顺序单动的 连接方式，以保证铲斗可优先动作。中小型装载机 采用手动换向阀直接操纵，大型装载机一般均采用 手动先导式的换向阀。 • 由于轮式装载机都是铰接式车身结构，而且转向频 繁，因此都采用组合式转向系统，一般的大中型装 载机均采用三泵组合油路，超大型装载机则采用多 泵组合油路。
铲斗轻载快降
出口 入口
H
d
铲斗重载慢降
出口
入口
H
d
ZL100装载机液压系统
• • • • • 斗容量为6m3 油源部分共有5台泵组成 换向阀式先导控制阀操纵 独特的转向系统 系统更复杂，功能更全面，性能更好。
10
9 8 7 a b c 5
14 15 13 12 11 5 6
1 3 4 f 2
ZL50装载机液压系统
• ZL50装载机的发动机功率为150KW，工作装 置液压系统的调定压力为15MPa，过载阀调 定压力为18MPa，转向系统的调定压力为 10MPa。 • 液压油源由三台定量液压泵和一个流量控制 阀构成。 • 工作装置回路采用顺序单动回路 • 铰接式转向系统
左
右 转向液压缸
流量Q（升/分）
工作系统
工作泵 辅助泵
转向泵
发动机转速n(转/分)
图3-5 组合式转向回路发动机转速与各回路流量关系图
组合式转向回路的特点： （1）在发动机全部转速范围内，转向速度近 于恒定； （2）工作装置在作业范围内，并无速度损失； （3）全部液压泵的总输出流量比通常的要小， 提高了转向性能，又减少了发热； （4）可以采用较小和更经济的液压泵； （5）因所需的液压总功率比非组合式（独立 式油路）的小，故改善了整机性能
12 16 14 15 43 20 11 40
39 38
19 13 12 17 18 37 33 31 7 5 6 35 5′ 2 10 11 4 8 9 2 26 27 25 5′ 6 7 5 23 28 29 24 24 27 25 26 28 29 3 1 21 22 30 34 36 32
第三章 典型工程机械 液压系统分析
§1 轮式装载机液压系统
• 轮式装载机的工作特点及其对液压系统 的要求 • ZL50装载机液压系统 • 进口2.8m3斗容量轮式装载机液压系统 • ZL90装载机液压系统 • 5m3斗容量装载机液压系统 • ZL100装载机液压系统
轮式装载机的工作特点及其对液 压系统的要求
阀体 阀杆 A
中心箱
B 液压缸 B A
前车架
铰接折腰转向的优点： （1）在轴矩长、轮距宽的情况下，可使转弯 半径小，转弯灵活； （2）转向时因前后轮在同一轨迹上，行使阻 力小，因此即使在松软的土地上也能获得较大 的牵引力； （3）装载机的铲斗部分，就地可以屈折，因 此允许装载与卸载的位置有一些变化，使装卸 作业周期时间缩短； （4）装载机因车体折腰使铲斗左右摆动，铲 装物料均匀
E
D
C
A
B
G 20 16 18
a b c d
17
19
前车架
转向小泵 流量控制阀 中心销
油箱
B 转向阀
反馈杆固定点A (前车架) 转向缸
向阀芯 固定点
后车架
P2 3 转向液压缸 拉杆（反馈机构）
转向阀 流量分配阀的先导阀 5 2
P1
4
去工作油路 1
调压阀 流量分配阀
转向泵（小）
转向泵（大）
辅助泵
量
4
斗杆缸
动臂缸
铲斗缸 1
YW-60挖掘机液压系统
• 铲斗容量：0.6m3 • 液压泵型号：2ZB725双联轴向柱塞泵；液压泵 排量：2×106.5ml/r • 液压马达型号：内曲线多作用径向柱塞式；液 压马达转速：6.3r/min • 液压马达排量：1.791/r；液压工作压力25MPa • 双泵双回路总功率变量系统 • 采用手动减压式先导阀操纵液控换向阀 • 回转与行走采用由低速大扭矩马达直接驱动 的 低速方案
动臂液压缸
铲斗液压缸
锁紧阀 双作用安全阀 18MPa 单向节流阀
c b a
转向阀
四位六通 换向阀
流量控制阀 10MPa
D E
三位六通 换向阀 15MPa
电磁气阀
电磁气阀
储气筒
“撞斗”及双作用安全 撞斗” 撞斗 阀卸料时压力油进入铲 斗液压缸的小腔，通过 摇臂和推杆使铲斗翻转， 当铲斗的重心越过铰支 点后，便在重力作用下 加速翻转，铲斗液压缸 的运动速度会逐渐超过 供油量控制的速度，由 于补油阀能及时向铲斗 液压缸的小腔补油，使 铲斗可以快速下翻撞击 限位档块，以便将斗内 的剩料震落。
轮式装载机的基本动作
• 将铲斗插入物料，向后翻转铲斗（将铲斗装 满） • 保持载荷并提升到一定高度 • 将载荷运送到指定地点倾卸，再回到装料处， 如此循环作业。 • 铲斗翻转和起升是由铲斗液压缸和动臂液压 缸通过四杆机构的配合完成的。 • 铲斗缸与动臂缸不需要复合动作，但要保证 铲斗缸优先动作，且铲斗缸动作时动臂缸不 能动作。这就保证了铲装及举升到一定高度 时才可以卸料。
13 7 12 6
铲斗液压缸
5 4 11
1
2 3
1-转向泵；2辅助泵；3-工 作泵；4-双泵 单路稳流阀； 5-溢流阀；6转向阀；7-锁 紧阀；8-转向 液压缸；9-储 气罐；10-电磁 气阀；11-卸荷 阀；12-单向节 流阀；13-液控 多路换向阀； 14-换向阀式先 导控制阀
5m3斗容量装载机液压系统