现代工程机械电液控制技术项目6 挖掘机电液控制系统应用与检修
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项目6 挖掘机电液控制系统应用 与检修
项目剖析与目标 挖掘机是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并 装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。第一台手动挖 掘机问世至今已有130多年的历史了，期间经历了由蒸 汽驱动回转挖掘机、电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机 到应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发 展过程。本任务项目主要针对全液压挖掘机的结构、原 理、选型以及故障诊断与检修方法等进行论述。
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4）液压系统 液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助 回路组成，包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流 调速和节流限速回路、行走限速回路和先导阀操纵回路 等，由它们构成具有各种功能的液压系统。液压挖掘机 液压系统主要有定量系统、变量系统和定量、变量复合 系统等 3种类型。 5）控制系统 机电液一体化是液压挖掘机的主要发展方向，其目 的是实现液压挖掘机的全自动化，使挖掘机由传统的杠 杆操纵逐步发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液 压伺服操纵、无线电操纵、电液比例操纵和计算机直接 操纵。
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பைடு நூலகம்
（3）油门电控系统电路分析 ①油门电控系统的组成 ②微机电子调速板的工作原理 当把点火启动开关臵于 ON 挡时，微机电子调速板接通 24 V 工作电源，此时微机接收到来自转速传感器的零转 速信号。 ③工作模式 工作模式分为 3种：经济工作模式、正常工作模式 和重工工作模式。这 3 种模式工况由驾驶员选择的，合 理的选择可延长设备使用年限，节省燃油。 ④转速传感器的工作原理及检测 转速传感器为电磁感应式，由绕组、永久磁铁、软 铁芯、外壳组成。柴油机飞轮齿圈，如果一圈共 120个 齿，柴油机每转动一周就产生 120个脉冲信号。 18
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（2）正铲工作装臵 单斗液压挖掘机的正铲结构如图 6.5所示，主要由 动臂 2、动臂油缸 1、铲斗 5、斗底油缸 4等组成。铲斗 的斗底利用液压缸来开启，斗杆 6铰接在动臂的顶端， 由双作用的斗杆油缸 7使其转动。斗杆油缸的一端铰接 在动臂上，另一端铰接在斗杆上。其铰接形式有两种： 一种是铰接在斗杆的前端；另一种是铰接在斗杆的尾端。
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3.液压挖掘机电气控制系统 电气与电子控制系统是挖掘机的重要组成部分，其 质量与性能的优劣直接影响到挖掘机的动力性、经济性、 可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。挖掘机电 气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、 各类传感器、电磁阀等。 1）美国卡特 BH235DE 液压挖掘机电气控制原理
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2）回转装臵 液压挖掘机回转装臵由转台、回转支撑和回转机构 等组成。回转支撑的外座圈用螺栓与转台连接，带齿的 内座与底架用螺栓连接，内、外座圈之间设有滚动体。 挖掘机工作装臵作用在转台上的垂直载荷、水平载荷和 倾覆力矩通过回转支撑的外座圈、滚动体和内座圈传给 底架。 3）工作装臵 （1）反铲工作装臵 铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，动臂、 斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接如图 6.2所示，在液压 缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸 土等动作。
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2.挖掘机液压系统 液压系统是工程机械中的一个重要部分。液压系统 由于具有体积小、重量轻、易安装、功率密度大、响应 快、可控制性强、工作平稳且可实现大范围的无级调速 等优点。应用日趋广泛。 1）挖掘机的液压系统类型 按照液压泵的流量特性不同，液压挖掘机液压系统 分为定量系统、变量系统两种类型。 （1）定量系统 在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即 流量不随负载而变化，通常依靠节流来调节速度。根据 定量系统中油泵和回路的数量及组合形式不同，分为单 泵单回路、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统 及多泵多回路定量系统等。 12
【知识准备】挖掘机的结构与工作原理 1.液压挖掘机结构特点 液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是在基础设 施建设中所起的重要作用越来越明显，是工程机械行业 中产销量最大、增长率最高的产品之一。随着挖掘机技 术的不断进步，市场上挖掘机品牌的增多，为用户选购 和使用挖掘机提供了更多的选择。 1）履带式行走装臵 履带式行走装臵由“四轮一带”（即驱动轮、导向 轮、支重轮、托轮以及履带）、张紧装臵和缓冲弹簧、 行走机构、行走架等组成。
早在 20世纪 80年代，进口挖掘机数量较少，采用 的是柴油机经减速机带动卷扬鼓子通过钢丝绳及滑轮组 驱动的结构形式，如从波兰进口的 QU1206B 型挖掘机。
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（1）预热系统电路分析 卡特 BH235DE 型液压挖掘机电子预热控制器电气 原理如图 6.8所示。该机采用封闭式电热塞，6只并联， 柴油机每缸 1只，每只电热塞的电阻为 4 Ω，其总工作 电流为36 A，采用预热定时器控制，其工作状态由点火 开关、预热继电器、电子预热控制器、温度传感器等控 制。 （2）报警保护系统电路分析 报警保护电路由报警信号灯（光源为发光二极管）、 报警传感器、报警继电器、报警蜂鸣器、熄火电磁阀和 报警电路微机控制模块组成如图 6.9所示。
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任务 挖掘机电液控制系统应用与检修
任务描述 挖掘机作为土方工程施工中的主力机种之一，可以 用作挖掘、装载、起重、打桩、捣固、钻孔及平整等作 业，具有用途广、性能优、挖掘力大、操控方便等特点。 由于挖掘机系统复杂，涉及技术领域广、机型多种多样， 本项目要求掌握挖掘机的结构特点、电液控制技术的基 本原理以及挖掘机综合故障诊断与检修方法。 任务分析 机电液一体化技术是液压挖掘机的主要发展方向， 其目的是实现液压挖掘机的全自动化，即人们对液压挖 掘机的研究，逐步向机电液控制系统方向转移，使挖掘 机由传统的杠杆操纵逐步发展到液压操纵、气压操纵、 电气操纵、液压伺服操纵、无线电操纵、电液比例操纵 和计算机直接操纵。 2
（2）变量系统 在液压挖掘机采用的变量系统中，是通过容积变量 来实现无级调速的，其调节方式有 3种：变量泵—定量 马达调速、定量泵—变量马达调速、变量泵—变量马达 调速。 （3）典型挖掘机液压工作系统 如图 6.7所示的国产 W Y-100型履带式单斗液压挖 掘机液压系统是一种典型的挖掘机液压传动控制系统， 其工作装臵、行走机构、回转装臵等均采用液压驱动。
项目剖析与目标 挖掘机是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并 装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。第一台手动挖 掘机问世至今已有130多年的历史了，期间经历了由蒸 汽驱动回转挖掘机、电力驱动和内燃机驱动回转挖掘机 到应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发 展过程。本任务项目主要针对全液压挖掘机的结构、原 理、选型以及故障诊断与检修方法等进行论述。
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4）液压系统 液压挖掘机的液压系统都是由一些基本回路和辅助 回路组成，包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流 调速和节流限速回路、行走限速回路和先导阀操纵回路 等，由它们构成具有各种功能的液压系统。液压挖掘机 液压系统主要有定量系统、变量系统和定量、变量复合 系统等 3种类型。 5）控制系统 机电液一体化是液压挖掘机的主要发展方向，其目 的是实现液压挖掘机的全自动化，使挖掘机由传统的杠 杆操纵逐步发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液 压伺服操纵、无线电操纵、电液比例操纵和计算机直接 操纵。
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（3）油门电控系统电路分析 ①油门电控系统的组成 ②微机电子调速板的工作原理 当把点火启动开关臵于 ON 挡时，微机电子调速板接通 24 V 工作电源，此时微机接收到来自转速传感器的零转 速信号。 ③工作模式 工作模式分为 3种：经济工作模式、正常工作模式 和重工工作模式。这 3 种模式工况由驾驶员选择的，合 理的选择可延长设备使用年限，节省燃油。 ④转速传感器的工作原理及检测 转速传感器为电磁感应式，由绕组、永久磁铁、软 铁芯、外壳组成。柴油机飞轮齿圈，如果一圈共 120个 齿，柴油机每转动一周就产生 120个脉冲信号。 18
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（2）正铲工作装臵 单斗液压挖掘机的正铲结构如图 6.5所示，主要由 动臂 2、动臂油缸 1、铲斗 5、斗底油缸 4等组成。铲斗 的斗底利用液压缸来开启，斗杆 6铰接在动臂的顶端， 由双作用的斗杆油缸 7使其转动。斗杆油缸的一端铰接 在动臂上，另一端铰接在斗杆上。其铰接形式有两种： 一种是铰接在斗杆的前端；另一种是铰接在斗杆的尾端。
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3.液压挖掘机电气控制系统 电气与电子控制系统是挖掘机的重要组成部分，其 质量与性能的优劣直接影响到挖掘机的动力性、经济性、 可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。挖掘机电 气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、 各类传感器、电磁阀等。 1）美国卡特 BH235DE 液压挖掘机电气控制原理
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2）回转装臵 液压挖掘机回转装臵由转台、回转支撑和回转机构 等组成。回转支撑的外座圈用螺栓与转台连接，带齿的 内座与底架用螺栓连接，内、外座圈之间设有滚动体。 挖掘机工作装臵作用在转台上的垂直载荷、水平载荷和 倾覆力矩通过回转支撑的外座圈、滚动体和内座圈传给 底架。 3）工作装臵 （1）反铲工作装臵 铰接式反铲是单斗液压挖掘机最常用的结构型式，动臂、 斗杆和铲斗等主要部件彼此铰接如图 6.2所示，在液压 缸的作用下各部件绕铰接点摆动，完成挖掘、提升和卸 土等动作。
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2.挖掘机液压系统 液压系统是工程机械中的一个重要部分。液压系统 由于具有体积小、重量轻、易安装、功率密度大、响应 快、可控制性强、工作平稳且可实现大范围的无级调速 等优点。应用日趋广泛。 1）挖掘机的液压系统类型 按照液压泵的流量特性不同，液压挖掘机液压系统 分为定量系统、变量系统两种类型。 （1）定量系统 在液压挖掘机采用的定量系统中，其流量不变，即 流量不随负载而变化，通常依靠节流来调节速度。根据 定量系统中油泵和回路的数量及组合形式不同，分为单 泵单回路、双泵单回路定量系统、双泵双回路定量系统 及多泵多回路定量系统等。 12
【知识准备】挖掘机的结构与工作原理 1.液压挖掘机结构特点 液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是在基础设 施建设中所起的重要作用越来越明显，是工程机械行业 中产销量最大、增长率最高的产品之一。随着挖掘机技 术的不断进步，市场上挖掘机品牌的增多，为用户选购 和使用挖掘机提供了更多的选择。 1）履带式行走装臵 履带式行走装臵由“四轮一带”（即驱动轮、导向 轮、支重轮、托轮以及履带）、张紧装臵和缓冲弹簧、 行走机构、行走架等组成。
早在 20世纪 80年代，进口挖掘机数量较少，采用 的是柴油机经减速机带动卷扬鼓子通过钢丝绳及滑轮组 驱动的结构形式，如从波兰进口的 QU1206B 型挖掘机。
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（1）预热系统电路分析 卡特 BH235DE 型液压挖掘机电子预热控制器电气 原理如图 6.8所示。该机采用封闭式电热塞，6只并联， 柴油机每缸 1只，每只电热塞的电阻为 4 Ω，其总工作 电流为36 A，采用预热定时器控制，其工作状态由点火 开关、预热继电器、电子预热控制器、温度传感器等控 制。 （2）报警保护系统电路分析 报警保护电路由报警信号灯（光源为发光二极管）、 报警传感器、报警继电器、报警蜂鸣器、熄火电磁阀和 报警电路微机控制模块组成如图 6.9所示。
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任务 挖掘机电液控制系统应用与检修
任务描述 挖掘机作为土方工程施工中的主力机种之一，可以 用作挖掘、装载、起重、打桩、捣固、钻孔及平整等作 业，具有用途广、性能优、挖掘力大、操控方便等特点。 由于挖掘机系统复杂，涉及技术领域广、机型多种多样， 本项目要求掌握挖掘机的结构特点、电液控制技术的基 本原理以及挖掘机综合故障诊断与检修方法。 任务分析 机电液一体化技术是液压挖掘机的主要发展方向， 其目的是实现液压挖掘机的全自动化，即人们对液压挖 掘机的研究，逐步向机电液控制系统方向转移，使挖掘 机由传统的杠杆操纵逐步发展到液压操纵、气压操纵、 电气操纵、液压伺服操纵、无线电操纵、电液比例操纵 和计算机直接操纵。 2
（2）变量系统 在液压挖掘机采用的变量系统中，是通过容积变量 来实现无级调速的，其调节方式有 3种：变量泵—定量 马达调速、定量泵—变量马达调速、变量泵—变量马达 调速。 （3）典型挖掘机液压工作系统 如图 6.7所示的国产 W Y-100型履带式单斗液压挖 掘机液压系统是一种典型的挖掘机液压传动控制系统， 其工作装臵、行走机构、回转装臵等均采用液压驱动。