对于小型液压挖掘机机械结构及液压系统设计分析

对于小型液压挖掘机机械结构及液压系

统设计分析

摘要：在人们的日常生产生活中，挖掘机的使用越来越常见。随着时间的推移，大型挖掘机在小范围场地工作时阻塞交通，噪音污染、能源浪费等问题随之

产生。因此小型液压挖掘机的开发与使用越来越受到人们的关注。液压系统作为

小型液压挖掘机最重要的组成部分，对其进行探究和分析具有十分重要的理论意

义和现实意义。

关键词：小型挖掘机；机械结构；液压系统；设计

1液压挖掘机

小型液压挖掘机具有质量小、功能多、效率高、价格低、结构简单、保养维

修方便等诸多优势，在城镇的管道开挖与铺设、修复路面、小型的基础建设、公

共事业与房屋维修、栽培园林、清淤河道等情景下具有不可替代的作用。在大型

挖掘机无法施工的环境中，体型紧凑、行动便捷的小型挖掘机首当其冲，并在越

来越多的领域发光发热。小型挖掘机具有独特的液压动力系统，使得其可以安装

更多辅助作业工具。小型挖掘机相较于其他挖掘机具有尾部旋转半径为零的特点，在作业空间狭小的情况下，不必过多考虑是否阻碍挖掘机转动，这就使得驾驶员

可以专注于前方铲斗的操作，大大降低了周围施工现场损坏建筑物以及自身的可

能性。小型挖掘机能够在很大的范围内摆动，得益于自身动臂与机身铰接的设计，这样的设计让小型挖掘机在周围有障碍物的情况下有了更多的操作空间，同时也

减少了经常移动机身的麻烦，在墙壁或者围墙旁边进行挖掘工作也没有丝毫问题。在运输方面，小型挖掘机更小的体型大大方便了它的运输，小型的运输工具就可

以满足各个施工现场转移的需求，大大降低了机器的运输成本。

2小型挖掘机液压系统的基本动作

2.1挖掘

铲斗液压缸和斗杆液压缸均可推动液压杆执行挖掘动作，有时二者需同时工

作进行挖掘。当二者同时工作时，铲斗与斗杆有复合运动，必要时辅以动臂动作。面对挖掘过程中“挖不动”情况时，液压系统短时增加压力，提高主要压力阀压力，继而将障碍物挖除。

2.2挖斗举臂回转

第一个动作结束时，动臂液压缸推动动臂升起，挖斗提升，与此同时回转系

统工作，旋转工作台转向卸料位置。此动作主要包括动臂和回转系统的配合运动。

2.3卸料回转

装置完毕，到达指定位置，斗杆液压缸推动斗杆调节卸料半径和卸料高度，

用铲斗液压缸工作完成卸料，此过程主要是斗杆液压缸和铲斗液压缸的共同动作，必要时辅以动臂液压缸。

2.4回转至原来位置

卸料结束，回转系统工作，反向回转至挖掘位置，同时动臂液压缸和斗杆液

压杆执行复合运动，准备重新进行挖掘动作。

2.5行走至下一工作地点

行走过程中可能将液压元件动作调整，要注意直线行驶，在装车运输和上下

卡车时，容易发生倾斜危险。

3挖掘机液压系统设计

3.1挖掘机液压系统的设计要求

液压挖掘机能够执行复杂动作，同时具有行走系统、回转系统、动臂系统、

斗杆系统、铲斗系统的多系统、多自由度工程施工机械。这些系统在野外环境工

作时，常常面临启动、换向、制动、回转以及外界负载较大变化、冲击、摇摆、

振动频繁的状况。因此挖掘机液压系统需要具备很高的设计要求，以保证工作效

率和工作年限，同时避免需要经常维修的问题。根据以上液压挖掘机特点，对液压系统设计提出以下5点要求。

3.1.1动力性要求

在挖掘机发动机最大允许范围内，利用发动机功率让系统做更多的有用功，提高整体的挖掘效率，这需要液压系统与发动机之间优良的传动匹配。面对不同情况，需要液压系统能给出不同的解决方式。

3.1.2操纵性要求

衡量液压系统设计好坏的重要方面就是具有很好的调速操纵控制性能。一个好的液压系统可以准确反应驾驶员的操纵意图，并且准确反应在液压系统各个执行元件。挖掘机面对不用的工作环境，面对的阻力各有不同，需要快速反应外界变化，依靠液压系统良好的调速性能，快速完成功率变化，从而完成生产要求。操纵性能不仅体现在调速性要求，同时还要有复合操纵性要求。复合操纵性要求具体体现在挖掘机在执行复合动作时，各个液压系统之间的相互配合程度。因此如何在执行复杂运动，各执行机构同时运作时，快速反应到每个执行机构，并且各个机构之间不会互相影响，良好的复合操纵性能是衡量一个液压系统好坏的重要标准。液压系统中的子系统在执行复杂运动时，要求合理分配系统流量，期间互不影响，共同完成主机的复杂动作要求。就行走系统而言，左右行走马达可以实现单独运动，也需要完成共同运动，在挖掘机运输或者工作时，左右行走装置共同运动情况较多，这就着重考虑左右行走马达的直线行驶能力。如果没有考虑到复合操纵性能，行走过程中，一边行走马达因为流量分配不均、速度降低，发生意外的可能性很大。在执行非常艰巨的挖掘任务时，各工作系统以最大功率工作，将会导致液压系统供油量不足，高压工作系统动力不足，执行速度降低，甚至出现停机的情况。在极端情况下，协调好系统液压油的优先供给顺序也是考验液压系统复合操纵性能的衡量标准。

3.1.3节能性要求

挖掘机在负荷工作时，工作时间大大增加，能源消耗大，其中因为执行系统

和管路中无效的能源消耗也会增加，为了更好地提高系统的工作效率，就要充分

考虑到一这部分无效的能源消耗，从这方面下手，充分考虑系统的节能性。

3.1.4安全性要求

挖掘机在野外工作环境恶劣，工作时负载变化大，情况不明确，要求液压系

统具有很好的保护措施，过载时要及时切断系统油路，防止负载过大时，对液压

执行元件产生的损害。回转系统要设计缓冲回路，防止突然制动回转对回转系统

完成的冲击损坏，行走系统要安装行走限速回路，防止在下坡时，发生溜坡等危险。

3.1.5其他性能要求

应用标准的零部件和常见的液压元件，要方便挖掘机的维修，降低成本。同

时在选择零部件时，尽可能选择耐久性比较好的产品，适用于野外工作。面对不

同的工作环境，应有不同的标准，在城市施工时，要选择一些噪音小、振动不明

显的机型。要尽可能改善驾驶室环境，提高驾驶人员的操作体验。

3.2挖掘机液压系统分析

3.2.1主要技术参数

额定工作压力16MPa，最大流量63l/min，最大负载力50000N。

3.2.2方案的拟订

（1）进一步分析挖掘机一个工作循环的4个工况，即挖掘、挖斗举臂回转、卸料、回转至原来位置。确定每个工况下各个执行系统所要执行的动作，以及复

合动作。（2）结合上述液压系统的设计要求，选择合适的液压元件。（3）提出

一种拟订的液压系统方案，整体设计有效直观。

3.2.3拟定的液压系统