挖掘机液压原理基本知识

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基本原理及现象-孔口流动
在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向 的控制通常是通过一些特定的孔口实现的，他们对流过的液体 形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电路中的电阻，因此 被称为液阻。流经孔口的流量及液阻的定义如下：
qKLApm
Rdp p1m
dq KLAm
式中 p 为孔前后压力差；K L 为一个系数；m与小孔的类型 （薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口及短孔）有关，A为孔口的 通流面积。
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液压系统的组成
液压系统由4部分组成： ➢ 动力元件-液压泵，将原动机的机械能转变为液压能，常
见的有齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。 ➢ 执行元件-液压马达、液压缸，将液压能转变为机械能，
驱动工作装置。 ➢ 控制元件-液压控制阀，控制油液的压力、流量和方向。 ➢ 辅助元件-油箱、软管等，主要用于液压能的储存，油路
液压传动与机械传动和电力拖动系统比，其主要优点有： 1、元件布局安装有很大的灵活性，能构成复杂系统； 2、可实现大范围无级调速，范围可达2000：1； 3、传递运动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向； 4、操作控制方便、省力，易于实现自动控制和过载保护； 5、能自行润滑，元件寿命长等。
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液压传动的缺点
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第三部分
挖掘机液压原理基本知识
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基本原理及现象-帕斯卡原理
帕斯卡原理是一个静力学原理， 对于“理想液体”有： 1、处于密闭容器内的“理想液 体”对施加于它表面的压力向各 个方向等值传递； 2、速度的传递按“容积变化相 等”的原则； 3、液体的压力由外载荷建立。 4、能量守恒。
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面积大 重物
控制元件-安全阀
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动力元件-液压泵
液压泵-液压系统的动力元件，将原动机（柴油机、电动机） 输入的机械能（转矩T和转速ω）转换为压力能（压力p和流量q） 输出，为执行元件提供压力油。
液压泵-主要性能参数有： 1、液压泵的压力-工作压力取决于负载； 2、泵的排量、流量和容积效率； 3、功率和效率； 4、转速。
单向、定量
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控制元件-流量控制阀
流量控制阀是通过改变阀口大小，改变液阻实现流量调节。 qKLApm
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，注意节流会产生压力损失。
普通流量控制阀包括节流阀、调速阀和分流集流阀。
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控制元件-节流阀
节流阀是一种最简单的流量控制阀，实质相当于一个可变节 流口。
面积不断增大，吸油口
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动力元件-柱塞泵
柱塞泵是利用柱塞在有柱塞孔的缸体内作往复运动，使密 闭容积发生变化而吸油和压油的，其结构图如下：
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执行元件-液压马达
液压马达-液压系统的执行元件，将液压能转换成机械能的 转换装置，用于实现旋转运动，液压马达与液压泵原理上是可 逆的，但结构略有不同。
液压马达-主要性能参数有：
直动式溢流阀表示符号
a）
b）
直动式溢流阀
a）为滑阀式，b）为锥阀式
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控制元件-安全阀
先导式安全阀由先导阀和主阀两部分组成，先导阀为一锥 阀，实际上是一个小流量的直动安全阀。
远程控制油口
先导式溢流阀
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′
1-主阀芯，4-先导阀芯
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双作用液压缸的表示符号
A
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单作用液压缸的表示符号
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控制元件-液压阀
液压阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向， 保证执行元件按照负载的需求进行工作。
液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内 作相对运动的装置。
液压阀利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开 口大小，来实现压力、流量和方向的控制。
的连接和密封，油液的过滤、加温和冷却等。
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液压系统常用线形及符号
常用线形有： 粗实线表示工作管路 虚线表示控制管路 双点划线表示组合元件 有小圆点的相交线表示连接管路
有小圆弧的相交线表示不相交连接管路
常用符号有：
P——泵压力油 A、B——油缸或马达的工作油口 O、T、Dr——油箱
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液压工作介质-液压油
3、相对粘度-采用特定的粘度计在规定条件下测出的粘度， 各国单位不一致，如我国采用恩氏粘度，美国采用赛氏秒等。
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液压工作介质-液压油
为了更好地传递运动，挖掘机用液压油应具有以下性能： 1、合适的粘度和良好的粘温特性-粘度过高运动阻力加大， 温升快等；反之粘度过低，容积损失增大，导致摩擦体之间的 干摩擦等； 2、润滑性能要好； 3、对密封材料的相容性； 4、对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性等。
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基本原理及现象-气穴现象
在液压系统中，如果如果某点压力低于液压油所在温度下的 空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就分离出来，使液体 中迅速出现大量气泡，这种现象叫做气穴现象。
一般通流截面较小会使流速很高，根据伯努利方程可知此时 油压会很低，以致产生气穴现象。在液压泵吸油过程中，吸油 口的绝对压力会低于大气压，如果泵安装过高，在加上过滤器 和管道阻力，亦会产生气穴现象。
双向、定量
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单向、变量
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动力元件-液压泵分类
泵的分类
齿轮泵，用于低压系统，如先导泵； 叶片泵，用于中压系统，小于6.3MPa； 柱塞泵，用于高压系统，造价高； 螺杆泵，工程机械使用较少。
挖掘机中最常见的是齿轮泵和轴向柱塞泵
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动力元件-齿轮泵
齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，原理图如下：
面积不断减小，压油口
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挖掘机作业特点分析
挖掘机在工民建、交通运输、水利施工、露天采矿及现代 军事工程中都有广泛应用，其典型的工作循环如下。
切削土石
铲斗提升、回转
卸料、回转
在上述循环工作中，各执行机构启动制动频繁，负载变化大， 振动冲击多，主要执行机构要能实现复合动作，有足够的可靠性 和较完善的安全保护措施，能充分利用发动机功率和提高传动效 率。
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基本原理及现象-液压冲击
在液压系统中，因某些原因液体压力在瞬间会突然升高，产 生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击不仅会 引起振和噪声，而且会破坏密封装置、管道和液压元件；有时 还会使某些液压元件产生误动作，造成设备事故。
液压冲击按产生原因可以分为： 1、液流的惯性导致的液压冲击—液流通道迅速关闭或液流 迅速换向使液流速度的大小或方向发生突然变化。 2、工作部件的惯性导致的液压冲击—运动的工作部件突然 制动或换向。
液压传动的主要缺点有： 1、以液体为介质，易泄露和可压缩，不能保证定比传动； 2、传动中有机械损失、压力损失、泄露损失，效率偏低； 3、对油温敏感，不宜在低、高温下使用； 4、对液压油的污染很敏感； 5、元件制造精度高，造价高； 6、装置出现故障时不易诊断等。
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液压传动的应用和发展
相对于机械传动，液压传动是一门新的技术。液压传动起
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挖掘机的分类
挖掘机
连续作业式
周期作业式
斗轮挖掘机、挖沟机 单斗液压挖掘机 机械式挖掘机 电 铲
正铲 反铲 抓斗 起重 正铲 反铲 拉铲 抓斗
单斗液压挖掘机按行走装置的不同又可以分为履带式、汽
车式、悬挂式、拖式等。
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履带式单斗液压挖掘机的特点
履带式单斗液压挖掘机的主要特点有： 1、挖掘力大，可以挖Ⅳ级以下的土和爆破后的岩石； 2、效率高、经济效益好； 3、使用范围广，可完成多种作业； 4、结构形式繁多，可适应多种实际工程需要。
流量控制阀
阀的分类
压力控制阀
方向控制阀
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控制元件-液压阀
液压阀主要性能参数有： 1、公称通径—代表阀的流通能力，对应于阀的额定流量； 2、额定压力—阀长期工作所允许的最高压力。
液压阀的基本要求： 1、动作敏捷、使用可靠； 2、所控制的参量稳定，受外界干扰时变化量要小； 3、结构紧凑，安装、调式、维护方便，通用性好。
源于1654年帕斯卡提出的静压传动原理，1795年英国第一台 水压机问世。液压传动的推广应用得益于19世纪蓬勃发展的石 油工业。二战期间，军工上的需要进一步推动了液压传动的发 展。战后，液压传动迅速转入民用。20世纪60年代以后，液 压传动向更广阔的领域渗透。如今，采用液压传动已成为衡量 一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95% 的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采 用了液压传动。
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基本原理及现象-减小液压冲击措施
减小液压冲击的措施有：
1、延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间； 2、限制管道流速及运动部件的速度（一般工作、回油、吸油 管路分别不超过8、4、1.2m/s）； 3、在满足要求的情况下，适当增加管径，缩短管道长度； 4、用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲击能量。 5、在容易出现冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。
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第二部分
液压传动技术
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流体传动形式
流体传动包括以下三种形式：
1、液压传动—借助于液体的压力能来传递动力和运动的 传动形式；
2、液力传动—借助于液体的动能来传递动力和运动的 传动形式；（如液力变矩器）
3、气压传动—借助于气体的压力能来传递动力和运动的 传动形式。
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液压传动技术及其优点
液压传动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的一 种传动形式，通过各种液压元件组成不同功能的基本回路，再 由这些基本回路组成能够满足各种要求的液压系统。
单向阀表示符号
a）
b）
c）
常用节流口型式
a）为锥形，b）为三角槽形，c）为矩形
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控制元件-节流阀
P前
P后
pp前p后
节流阀使液压油通过小孔、缝隙、窄槽等结构后，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。
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面积小
充满油
力＝压力×面积 速度＝流量÷面积 功率＝速度×力
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基本原理及现象-管道流动
由于流动液体具有粘性，以及液体在管道中流动时突然转 弯和通过阀口产生相互撞击和出现漩涡等，液体在管道中流动 时必然会产生阻力。为了克服阻力，液体流动时需要损耗一部 分能量。这种能量损失包括沿程压力损失和局部压力损失，液 体在管道中流动时的压力损失和液体的流动状态有关。由上述 分析可知，油液在管道中流动时，其压力会有所减小。
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控制元件-压力控制阀
压力控制阀用来控制液压系统中油液压力或者通过压力来 实现其它控制。
压力控制阀的分类
溢流阀 减压阀，由一个泵形成多个压力 顺序阀 压力继电器
溢流阀与减压阀又分为直动式和先导式两种。
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控制元件-安全阀
溢流阀常旁接在泵的出口，用来设定系统最高压力，此时其 常被称为安全阀，挖掘机中广泛采用安全阀。
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基本原理及现象-气穴现象的危害
当液压系统出现气穴现象时，带来的危害有： 1、将造成流量和压力的不稳定； 2、引起局部高温和很高的冲击压力，导致噪声和振动； 3、降低液压系统的容积效率； 4、造成液压元件的气蚀，缩短元件使用寿命等。
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基本原理及现象-减少气穴现象的措施
减少气穴现象的措施有： 1、及时向液压油箱加油，使油面保持在规定的平面上； 2、低压区密封可靠； 3、向油箱加油时，应拧松放气螺塞放气； 4、及时清洗更换滤油网。
工程机械液压系统所采用的工作介质通常为石油型，目前柳 工挖掘机用液压油为46号和32号抗磨液压油。
液压油一个重要的物理特性是其具有粘性，液体粘性的大小 用粘度来表示。常用的粘度有以下三种：
1、动力粘度μ-表征粘度的内摩擦系数，具有特定的物理意 义，单位为Pa.s；
2、运动粘度ν-无特定物理意义，单位为m2/s，常用St （mm2/s），如46号油表示在40℃时运动粘度为46St（mm2/s）。
1、工作压力-取决于负载；
2、排量与转速
3、流量和容积效率；
3、功率和总效率；
单向、定量
4、转矩和机械效率等。
双向、定量
单向、变量
同样液压马达也有齿轮式、柱塞式和叶片式；挖掘机中常 用的是柱塞式液压马达。
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执行元件-液压缸
液压缸与液压马达一样是将液压能转变成机械能的一种能 量转换装置，实现直线式或摆动式机械运动。更具作用方式， 液压缸可以分为单作用和双作用两种形式。
挖掘机液压原理基本知识
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培训内容
一、挖掘机基本知识 二、挖掘机液压原理基本知识
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第一部分
挖掘机基本知识
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挖掘机的特点
挖掘机是开挖和装载土石方的一种主要施工机械，其主要 特点是使用范围广，可以完成挖、装、填、夯、抓、刨、吊、 钻、推、压等多种作业；作业效率高，经济效益好。