液压挖掘机系统设计

液压挖掘机
作者：孔德文等编著
出版社：化学工业出版社
出版时间：2007-1-1
液压挖掘机的液压系统
按照液压挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各个液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。

液压挖掘机的基本液压系统是由能使挖掘机完成基本作业动作并以手动控制为主的基本功能回路所构成的液压系统。

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制软件、辅助软件和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换称液体的动能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。

液压泵的结构形式一般油齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件或回转运动。

控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。

根据控制功能的不同，液压阀可以分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。

压力控制阀又可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等：流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等：方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。

根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

辅助元件包括邮箱、滤油器、油管及接头、密封圈、压力表、油位油温计等。

液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、软化液和合成型液压油等几类。

液压系统的功能是以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件再将液压能再转变为机械能，实现挖掘机的各种动作。

用特定的简单符号绘出这些元件相互关系的图，称为液压系统图。

液压系统图只反映系统中各元件的基本关系，不表示其具体结构形式。

液压系统设计设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定性的作用。

同样的元件，若系统设计的不同，则机器的性能差异很大。

因此，分析和研究各种液压系统，能清其设计原理是非常必要的。

1液压挖掘机对液压系统的基本要求
液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而却野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的要求。

1.1 液压挖掘的动作要求
液压挖掘机的液压系统应满足的动作要求如下：
①保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。

②保证工作装置的动作与回转平台的回转动作既能单独运行，有能作复合动作，以提前液压挖掘机的作叶效率。

③履带式液压挖掘机左右履带应能分别驱动，使挖掘机行走转弯方便灵活，并
能实现原地转向，以提高挖掘机的机动性。

④保证液压挖掘机工作安全可靠，对各机构及液压执行元件应具有完善的安全保护措施。

例如，对回转机构和行走装置有可靠的制动和限速：防止动臂因自重而下降过快;防止机器下坡行驶时超速留坡等。

1.2 对液压系统的基本要求
根据液压挖掘机的作业动作和环境特点，应对液压系统提出如下要求：
①液压挖掘机的液压系统应具有较高效率，以充分发挥发动机的动力性和燃油经济性。

②液压系统和液压元件在大负载和剧烈震动冲击作用下，应具有足够的可靠性。

③选择轻便、适用、耐震的冷却散热系统，减少系统总发热量，使液压系统工作温度及温升在规定范围内。

④由于液压挖掘机作用现场环境恶劣，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。

⑤在必要时采用液压先导或电液伺服操作装置，提高液压挖掘机操作的舒适性，减轻操作人员的劳动强度。

⑥在液压系统中采用先进的自动控制技术，提高液压挖掘机的技术性能指标，使液压挖掘机具有节能、高效和自动适应负载变化的特点。

2液压挖掘机液压系统的基本类型与特点
一般按主油泵的数量、功率调节方式和回路的数量来分类，可以有六种基本形式：单泵或双泵单路定量系统，双泵双路定量系统，多泵多路定量系统，双泵双路分功率调节变量系统，双泵双路全功率调节变量系统和多泵多路定量、变量混合系统。

另外，根据液压系统右路的形式还可以分为开式油路与闭式油路。

下面分别介绍各种基本液压系统。

履带行走式油管堵漏工程车液压系统
履带行走式油管堵漏工程车的工作装置、行走机构、回转装置等均采用液压驱动，其液压系统如图1所示。

该工程车液压系统采用双泵双向回路定量系统，由两个独立的回路组成。

所用的油泵1为双联泵，分为A、B两泵。

八联多路换向阀分为两组，每组中的四联换向阀组为串联油路。

油泵A输的压力进入第一组多路换向阀，驱动回转马达、铲斗油缸、辅助油缸，并经中央回转接头驱动右行走马达7。

该组执行元件不工作时油泵A 输出的压力油经第一组多路换向阀中的合流阀进入第二组多路换向阀，以加快动臂或斗杆的工作速度。

油泵B输出的压力油进入第二组多路换向阀，驱动动臂油缸、斗杆油缸，并经中央回转接头驱动左行走马达8和推土板油缸6。

该液压系统中两组多种换向阀均采用串联油路，其回油路并联，油液通过第二组多路换向阀中的限速阀5流向油箱。

限速阀的液控口作用着由梭阀提供的A、B
两油泵的最大压力，当工程车下坡行走出现超速情况时，油泵出口压力降低，限速阀自动对回油进行节流，防止溜坡现象，保证工程车行驶安全。

在左、右行走马达内部除设有补油阀外，还设有双速电磁阀9，当双速电磁阀在图示位置时马达内部的两排柱塞构成串联油路，此时为高速；当双速电磁阀通电后，马达内部的两排柱塞呈并联状态，马达排量大、转速降低，使工程车的驱动力增大。

为了防止动臂、斗杆、机械手等因自重而超速降落，其回路中均设有单向节流阀。

另外，两组多路换向阀的进油路中设有安全阀，以限制系统的最大压力，在各执行元件的分支油路中均设有过载阀，吸收工作装置的冲击；油路中还设有单向阀，以防止油液的倒流、阻断执行元件的冲击振动向油泵的传递。

履带行走式油管堵漏工程车除了主油路外，还有如下低压油路：
1．排灌油路。

将背压油路中的低压油，经节流降压后供给液压马达壳体内部，使其保持一定的循环油量，及时冲洗磨损产物。

同时回油温度较高，可对液压马达进行预热，避免环境温度较低时工作液体对液压马达形成“热冲击”。

2．泄油回路。

将多路换向阀和液压马达的泄漏油液用油管集中起来，通过五通接头和滤油器流回油箱。

该回路无背压以减少外漏。

液压系统出现故障时可通过检查泄漏油路滤油器，判定是否属于液压马达磨损引起的故障。

3．补油油路。

该液压系统中的回油经背压阀流回油箱，并产生0.8~1.0MPa的补油压力，形成背压油路，以便在液压马达制动或出现超速时，背压油路中的油液经补油阀向液压马达补油，以防止液压马达内部的柱塞滚轮脱离导轨表面。

该液压系统采用定量泵，效率较低、发热量大，为了防止液压系统过大的温升，在回油路中设置强制风冷式散热器，将油温控制在80℃以下。

图1 履带行走式油管堵漏工程车液压系统
1—油泵；2、4—分配阀组；3—单向阀；5—速度限制阀；6—推土板油缸；7、8—行走马达；9—双速阀；10—回转马达；11—动臂油缸；12—辅助油缸；13—斗杆油
缸；14—机械手油缸；15—背压阀；16—冷却器；17—滤油器。