挖掘机液压系统概述

1. 直动式：中低压系统 2. 先导式：高压系统 • 过载阀：限制封闭管路最高压力。 • 减压阀——一个泵同时供给两个以上压力
不同的回路。 1. 直动式：中低压系统 2. 先导式：高压系统
直动式安全阀
弹簧比较硬
弹簧比较硬
先导式安全阀
弹簧很软
液压油通过节流孔时，在 节流孔的前后产生压力差 △P △P=P－P′
差动原理
差动阀杆
F弹簧
S1
S2
P
P
阀杆受力平衡方程： P×S1＝P ×S2 ＋F弹簧 P×（ S1－ S2 ）＝ F弹簧
差动油缸 双作用油缸
液压系统的基本组成
• 液压泵：将机械能转换为液体压力能。 • 执行元件：将液体压力能转换为机械能。例如油缸、油马达等。 • 控制调节装置：各种阀。大致有压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。 • 辅助装置：油箱、过滤器、管路、接头、密封、冷却器、蓄能器等等。
反馈
输出
液压系统的伺服控制
工作特点
• 是一个位置跟踪装置，液压缸缸体位置始终跟 随阀杆。所以伺服控制系统又叫随动系统、跟 踪系统。
• 是一个力的放大装置。移动阀杆的力很小，液 压缸的推力却可以很大。必须有外部能源（液 压泵）。
工作特点
• 系统工作时阀杆必须先有一定的开口度， 就是说缸体的移动必须落后于阀杆，或者 说输出始终落后于输入，这个称为系统的 误差。没有误差就没有动作，而动作又力 图消除误差。伺服控制系统就是这样由不 平衡（有误差）到平衡（消除误差），再 由平衡到不平衡地连续工作。
液压伺服控制系统的应用示 例
阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合
P
O 泵调节器
液压恒功率 控制（单台泵）泵
调节器
系统压力与弹簧力成正 比，与系统流量成反比。 起调压力p0＝弹簧预紧 力÷油压作用面积
液压恒功率控制（单台泵）
在这里，可以任意 增加阀杆的控制： 液控、电控或者它 们之间的组合，拓 展恒功率变量泵的 控制功能。
起调压力低 泵的功率小
起调压力高 泵的功率大
该点取决于第二根
P
弹簧何时进入工作状态
液压恒功率控制要点
• 泵调节器是一种液压伺服控制机构，它至少要有两根 弹簧，构成两条直线段，在压力-流量图上形成近似的 恒功率曲线。
• 调节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压力p 0（简称起调压力），调节起调压力就可以调节泵的功 率。起调压力高，泵的功率大；起调压力低，泵的功 率小。因此恒功率变量又叫做压力补偿变量。
两级 行星减速
A →B，通； B → A单向锁定，不通。
无控制油压
单向阀
A
B
有控制油压
×
B → A解锁
该腔内的油被引回油箱
A
×
B 通道被阀杆遮断
液压蓄能器
膜片
原理：气体被压缩后 储存能量。 作用：吸收液压振动 和冲击并且可以作为 应急能源使用。
充满氮气
液压回路的串联
• 串联：多路换向阀 中上一个阀的回油 为下一个阀的进油 。液压泵的工作压 力是同时工作的执 行元件的总和，这 种油路可以做复合 动作，但是克服外 载荷的能力比较差 。
液压泵的基本性能参数
• 流量Q（单位L/min，升/分钟） 单位时间内输出液压油的体积。 Q=q×n（不考虑单位转换系数，下同） 其中n是泵的转速，单位rpm，转/分钟
• 泵的功率N（单位Kw，千瓦） N=P×Q
液压马达的基本性能参数
• 排量q（单位ml/r，毫升/转） 液压马达每转一周所排出液体的体积。排量
泵调节器结构
原理
（KAWASAKI）
伺服阀杆 液压交叉和电控阀杆
负流量控制阀杆 伺服油缸
驱动连杆 反馈连杆
驱动连杆 伺服油缸
伺服阀杆 液压交叉和电控阀杆
负流量控制阀杆 反馈连杆
调节器杠杆机构原理图
与壳体固定铰接点
伺服阀杆
负反馈
大圆孔 摇杆
滑块
圆柱销 导杆
支点
液压交叉和电控 压力阀杆
阀杆到位后固定不动 连接伺服油缸 伺服油缸的移动而带动
1. 节流阀（阻尼孔）
节
P前 P后
△P=P前－P后
流
阀
使液压油通过小孔、缝隙、窄槽等结构元素后流 量减小并产生压力降△P（阻尼） 。注意流动的 液压油才具有上述性质。如果液压油是静止状态， 则根据连通器原理，前后的压力是相等的。
压力控制阀
• 安全阀——限制系统最高压力，保护系统 元件不被高压损坏。
P
T
节流孔
主安全阀开启状态
主阀 主阀弹簧
导阀打开
P
T
节流孔
单向过载阀
阀套
主阀
导阀 调压弹簧
A
T 滑阀
节流孔（可变阻尼）
过载阀开启状态
可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼。
A T
单向阀开启状态
阀套
A T
节流孔
手
控
减先
压导
阀 控 面积a大
式 制 开口
T
阀 封闭
先导泵来油 面积b小
B 先导泵来油
KAWASAKI
系统的恒功率控制的具体应用
P= P1＋P2
两个小活塞 的面积相等
液压全功率控制
（两台泵液压交叉控制）
液压交叉控制
液压全功率控制要点
• 具有单泵恒功率调节的特点。 • 两台泵相同，泵调节器也完全一样，两台泵输出的流
量相等，即Q1=Q2；但是压力可以不同，即P1≠P2，那 么两台泵的输出功率也就不同。有时一台泵功率很大， 而另一台泵功率很小。 • 两台泵的功率总和始终保持恒定，不超过发动机的额 定功率。 • 全功率变量不是根据P1和P2的单数值，而是根据两台 泵的工作压力之和 P= P1＋P2来进行流量调节，只 有当 P= P1＋P2 ≥2× p0时进入全功率调节区域， 才能充分利用发动机的功率。
液压系统原理图常用线型和符号
1. 粗实线：主管路和主油道。 2. 虚线：控制管路和控制油道。 3. 双点划线：部件组成，它一般是
封闭的。 4. 油路接通与否：有3种方式表达。
⑴圆点与交叉；⑵交叉与小圆弧； ⑶圆点与小圆弧 5. 符号：
P——泵压力油 A、B——油缸或马达的工作油 口 O、T、Dr——油箱
工作特点
• 阀杆不仅起到控制液压缸的流量、压力和方向的作用， 而且还起到将系统的输出和输入信号加以比较以定出它 们之间误差的测量元件的作用，这种作用成为反馈。使 输入与输出的误差增大是正反馈；使输入与输出的误差 减小以致消除是负反馈。反馈是伺服控制系统的根本特 征。这个例子的反馈是机械连接、闭式负反馈系统。反 馈可以是机械、电气、液压、气动或它们的组合。
液压回路的并联
• 并联：多路换向阀中 各换向阀的进油口都 与泵的出油路相连， 各回油口都与油箱相 连。这种油路克服外 载荷的能力比较强， 但是几个执行元件同 时工作时负载小的先 动，负载大的后动， 复合动作不协调。
液压回路的合流
• 合流：一般用于双 泵和多泵系统中。 用合流阀或者使两 个回路中相应的换 向阀同时动作，让 两个泵同时向一个 执行元件供油以提 高该执行元件的运 动速度。
• 泵的功率设定：发动机飞轮功率× 88 ～ 92% 。
发扭
动 机 的 功
矩 和 油
率耗
扭矩 功率
油耗
转速
挖掘机液压系统的主要部件
全 功 率 变 量 双 联 主 泵
主控制阀
B
先 导 来 油
液控换向
单向阀 A
T
回
位
弹
簧 P
主阀杆
先导回油 P 主泵来油
先导式主安全阀
主阀 主阀弹簧
导阀 调压弹簧
• 只有当系统压力大于泵的起调压力时才能进入恒功率 调节区段，发动机的功率才能得到充分利用。压力与 流量的变化为：压力升高，流量减小；压力降低，流 量增大。维持：流量×压力=功率不变。
• 当泵的转速发生变化时，泵的流量（功率）也变化。
液压伺服控制系统的应用示 例
液控阀杆
P
O 如果这里设置双弹簧，就是液压
挖掘机液压系统概述
帕斯卡原理 ——液体不可压缩
• 处于密闭容器内的液 体对施加于它表面的 压力向各个方向等值 传递。
• 速度的传递按“容积 变化相等”的原则。
• 液体的压力由外载荷 建立。认为泵一出油 就有压力是错误的。
• 能量守恒。
面积大 面积小
重物
充满油
力＝压力×面积 速度＝流量÷面积 功率＝速度×力
锁定油路：B→ a → b → c → d → e → f
→g
b c d efg
无
控
制
油
A
压
B
a
KAWASAKI
B → A解锁
B → A解锁：c口封闭， B →a →b → 与g不通 g → f → e → d →环槽i → h→油箱
b c h d ie f g
有
控
制
油
A
压
B
a
二通插装阀单向锁定
液压泵——齿轮泵
吸油：封闭的容积总是处于不断增大的状态 排油：封闭的容积总是处于不断减小的状态
液压泵与液压 马达原理上是 可逆的，但结 构略有不同。
液压泵——轴向柱塞泵
液压控制阀
1. 流量控制阀 2. 压力控制阀 3. 方向控制阀
流量控制阀
• 主要控制流过管路的流量，通过 对流量的控制还可以对回路的压 力产生一定影响。注意节流会产 生损失。
泵的负流量控制
换向阀中位 回油道上有 节流孔，油 通过这个节 流孔产生压 差。将节流 孔前的压力 引到泵变量 机构来控制 泵的排量。
全功率控制
泵 的 负 流 量 控 制
负流量控制
泵的压力切断控制
Q
无压力切断控制
Q大 Q小
P 压力切断控制
顺序阀
• 泵输出压力在设定值以上时，使泵的流量自动 减小，进行压力切断控制，主要目的是进一步 减小高压溢流损失。
• 节流孔的作用是改善阀的操作性能，使阀的工作更加 稳定。例如，可以减小外界振动对阀操作的影响。
减压阀式手控先导控制阀
先导泵来油 回油箱
B2
B1 A2
A1
脚
减控
压先
阻 尼
阀导
孔 阻
式
控 制
尼 活 塞
T
阀
A
B
推杆 弹簧 弹簧 弹簧腔 钢球
先导来油
减压阀式脚控先导控制阀
阻尼器
回转马达
回 转 减 速 机
不可变的叫定量马达，排量可变的叫变量马达 。 • 输出扭矩M（单位NM，牛米）
M=△P × q ×η 其中△P为马达进出口压力差， η为马达的 机械效率。 • 输出转速n（单位rpm，转/分钟）
n=Q ×η/q 其中η为马达的容积效率
液压柱塞泵和柱塞马达的变量
变量泵
变量马达
液压泵
输入
误差
ห้องสมุดไป่ตู้控制阀
液压缸
负反馈
泵的恒功率曲线随转速变化规律
Q
当泵的转速发生变化时，泵的
恒功率曲线也发生变化。即随着泵转 速的下降，其流量和功率也都下降。
转速高 泵功率大
转速低 泵流量和 功率都小
P
泵的恒功率曲线随起调压力变化规律
当泵的起调压力发生变
Q
化时，泵的恒功率曲线也发生变
化。即随着泵起调压力的下降，
其功率也下降。
主控阀杆 泵1
合流阀杆 泵2
挖掘机的液压系统
驱动
控制油
操纵
柴油机
先导泵
先导阀
司机
驱动
工作油
工作泵
控制油 工作油
主控阀
马达
实现 工作装置工作
工作油 油缸
实现 旋转、行走
液压泵的基本性能参数
• 压力P（单位Mpa，兆帕） 泵的输出压力由负载决定。负载↑压力↑，负载↓压力↓。安全阀限制最高压力。
• 排量q （单位ml/r，毫升/转） 泵每转一周所排出的液压油的体积。排量不可变的泵叫定量泵；排量可变的泵叫变量泵 。
液压系统全功率控制 发动机与泵的功率匹配
• 发动机最高空转转速：额定转速×调速率（1. 08～1.10）。
• 一般情况下带动较大载荷后转速降低150 ～20 0rpm。
• 发动机的飞轮功率：扣除发动机各种附件后飞 轮净输出功率。
• 预留发动机的功率储备：避免发动机遇到大的 载荷时严重降速甚至熄火。
先导泵安全阀
直动式减压阀
液压油通过缝隙产生 压力降△P PC =PA－ △P
保持出口压力稳定 的措施
先导式减压阀
原理与先导式安全阀类似，用 于高压系统。
缝隙
方向控制阀
• 主要控制方向，还可以利用阀的开度适度控 制回路的流量和压力。
1. 单向阀：只允许液压油单方向通过。 2. 选择阀：根据回路中压力的高低自动选择液
压盘
推杆 弹簧
传力杆
弹簧座 调压弹簧 回位弹簧 T
节流孔 封闭 开口 阀杆
A
保持出口压力稳定的措施
阀杆受力平衡方程为
PA×（a － b ) ＝ 调压弹簧力 • 因为阀在工作过程中的开口量变化很小，所以调压弹
簧力的变化也很小，根据阀杆受力平衡方程知道， PA 的变化也很小。
• 从阀的工作过程看，出口压力PA升高时阀杆向上移动 ，减小开口量，使出口压力PA降低，保持PA不变。反之 出口压力PA降低时弹簧力使阀杆向下移动，增大开口 量，使出口压力PA升高，保持PA不变。
压油通过的方向。 3. 截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过。 4. 液压控制换向（液压先导控制） 5. 电磁阀控制换向 6. 二通插装阀
单向阀
选择阀（梭阀）
A1
A2
先导泵 来油
液控换向阀
回位弹簧
先导泵 回油
电磁阀
二
通
插 装
方 向
阀控
制
回
路
KAWASAKI
二通插装阀单向锁定
A → B ，通；B → A单向锁定不通。