挖掘機(jī)液壓原理基本知識(shí)

1、挖掘機(jī)液壓原理基本知識(shí) 國(guó)內(nèi)營(yíng)銷(xiāo)事業(yè)部培訓(xùn)中心劉新國(guó)培訓(xùn)內(nèi)容一、挖掘機(jī)基本知識(shí)二、挖掘機(jī)液壓原理基本知識(shí)第一部分挖掘機(jī)基本知識(shí)挖掘機(jī)的特點(diǎn) 挖掘機(jī)是開(kāi)挖和裝載土石方的一種主要施工機(jī)械，其主要特點(diǎn)是使用范圍廣，可以完成挖、裝、填、夯、抓、刨、吊、鉆、推、壓等多種作業(yè)；作業(yè)效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。挖掘機(jī)作業(yè)特點(diǎn)分析 挖掘機(jī)在工民建、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代軍事工程中都有廣泛應(yīng)用，其典型的工作循環(huán)如下。切削土石鏟斗提升、回轉(zhuǎn)卸料、回轉(zhuǎn) 在上述循環(huán)工作中，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)制動(dòng)頻繁，負(fù)載變化大，振動(dòng)沖擊多，主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作，有足夠的可靠性和較完善的安全保護(hù)措施，能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率和提高

2、傳動(dòng)效率。挖掘機(jī)的分類(lèi)挖掘機(jī)周期作業(yè)式連續(xù)作業(yè)式斗輪挖掘機(jī)、挖溝機(jī)正鏟 反鏟 抓斗 起重正鏟 反鏟抓斗拉鏟單斗液壓挖掘機(jī)機(jī)械式挖掘機(jī)電 鏟 單斗液壓挖掘機(jī)按行走裝置的不同又可以分為履帶式、汽車(chē)式、懸掛式、拖式等。履帶式單斗液壓挖掘機(jī)的特點(diǎn) 履帶式單斗液壓挖掘機(jī)的主要特點(diǎn)有： 1、挖掘力大，可以挖級(jí)以下的土和爆破后的巖石； 2、效率高、經(jīng)濟(jì)效益好； 3、使用范圍廣，可完成多種作業(yè)； 4、結(jié)構(gòu)形式繁多，可適應(yīng)多種實(shí)際工程需要。第二部分液壓傳動(dòng)技術(shù)流體傳動(dòng)形式 1、液壓傳動(dòng)借助于液體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的 傳動(dòng)形式； 2、液力傳動(dòng)借助于液體的動(dòng)能來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的 傳動(dòng)形式；（如液力變矩器） 3

3、、氣壓傳動(dòng)借助于氣體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的 傳動(dòng)形式。流體傳動(dòng)包括以下三種形式：液壓傳動(dòng)技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn) 液壓傳動(dòng)是以液壓油為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的一種傳動(dòng)形式，通過(guò)各種液壓元件組成不同功能的基本回路，再由這些基本回路組成能夠滿(mǎn)足各種要求的液壓系統(tǒng)。 液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)比，其主要優(yōu)點(diǎn)有： 1、元件布局安裝有很大的靈活性，能構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)； 2、可實(shí)現(xiàn)大范圍無(wú)級(jí)調(diào)速，范圍可達(dá)2000：1； 3、傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向； 4、操作控制方便、省力，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過(guò)載保護(hù)； 5、能自行潤(rùn)滑，元件壽命長(zhǎng)等。液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn) 液壓傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)有： 1、以液體為

4、介質(zhì)，易泄露和可壓縮，不能保證定比傳動(dòng)； 2、傳動(dòng)中有機(jī)械損失、壓力損失、泄露損失，效率偏低； 3、對(duì)油溫敏感，不宜在低、高溫下使用； 4、對(duì)液壓油的污染很敏感； 5、元件制造精度高，造價(jià)高； 6、裝置出現(xiàn)故障時(shí)不易診斷等。液壓傳動(dòng)的應(yīng)用和發(fā)展 相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)是一門(mén)新的技術(shù)。液壓傳動(dòng)起源于1654年帕斯卡提出的靜壓傳動(dòng)原理，1795年英國(guó)第一臺(tái)水壓機(jī)問(wèn)世。液壓傳動(dòng)的推廣應(yīng)用得益于19世紀(jì)蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)。二戰(zhàn)期間，軍工上的需要進(jìn)一步推動(dòng)了液壓傳動(dòng)的發(fā)展。戰(zhàn)后，液壓傳動(dòng)迅速轉(zhuǎn)入民用。20世紀(jì)60年代以后，液壓傳動(dòng)向更廣闊的領(lǐng)域滲透。如今，采用液壓傳動(dòng)已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)

5、志之一。如發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動(dòng)線都采用了液壓傳動(dòng)。第三部分挖掘機(jī)液壓原理基本知識(shí)基本原理及現(xiàn)象-帕斯卡原理 帕斯卡原理是一個(gè)靜力學(xué)原理， 對(duì)于“理想液體”有： 1、處于密閉容器內(nèi)的“理想液體”對(duì)施加于它表面的壓力向各個(gè)方向等值傳遞； 2、速度的傳遞按“容積變化相等”的原則； 3、液體的壓力由外載荷建立。 4、能量守恒。重物充滿(mǎn)油面積小面積大力壓力面積速度流量面積功率速度力基本原理及現(xiàn)象-管道流動(dòng) 由于流動(dòng)液體具有粘性，以及液體在管道中流動(dòng)時(shí)突然轉(zhuǎn)彎和通過(guò)閥口產(chǎn)生相互撞擊和出現(xiàn)漩渦等，液體在管道中流動(dòng)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生阻力。為了克服阻力，液體流動(dòng)時(shí)需要

6、損耗一部分能量。這種能量損失包括沿程壓力損失和局部壓力損失，液體在管道中流動(dòng)時(shí)的壓力損失和液體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。由上述分析可知，油液在管道中流動(dòng)時(shí)，其壓力會(huì)有所減小?；驹砑艾F(xiàn)象-孔口流動(dòng)AmKpdqpdRLm1 在液壓元件特別是液壓控制閥中，對(duì)液流壓力、流量及方向的控制通常是通過(guò)一些特定的孔口實(shí)現(xiàn)的，他們對(duì)流過(guò)的液體形成阻力，使其產(chǎn)生壓力降，其作用類(lèi)似電路中的電阻，因此被稱(chēng)為液阻。流經(jīng)孔口的流量及液阻的定義如下：p 式中 為孔前后壓力差； 為一個(gè)系數(shù)；m與小孔的類(lèi)型（薄壁小孔、滑閥閥口、錐閥閥口及短孔）有關(guān)，A為孔口的通流面積。LKmLpAKq基本原理及現(xiàn)象-液壓沖擊 在液壓系統(tǒng)中，因某些原

7、因液體壓力在瞬間會(huì)突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為液壓沖擊。液壓沖擊不僅會(huì)引起振和噪聲，而且會(huì)破壞密封裝置、管道和液壓元件；有時(shí)還會(huì)使某些液壓元件產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成設(shè)備事故。 液壓沖擊按產(chǎn)生原因可以分為： 1、液流的慣性導(dǎo)致的液壓沖擊液流通道迅速關(guān)閉或液流迅速換向使液流速度的大小或方向發(fā)生突然變化。 2、工作部件的慣性導(dǎo)致的液壓沖擊運(yùn)動(dòng)的工作部件突然制動(dòng)或換向。基本原理及現(xiàn)象-減小液壓沖擊措施 減小液壓沖擊的措施有： 1、延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間； 2、限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件的速度（一般工作、回油、吸油管路分別不超過(guò)8、4、1.2m/s）； 3、在滿(mǎn)足要求的情況下，適當(dāng)增加

8、管徑，縮短管道長(zhǎng)度； 4、用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，以吸收沖擊能量。 5、在容易出現(xiàn)沖擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥。基本原理及現(xiàn)象-氣穴現(xiàn)象 在液壓系統(tǒng)中，如果如果某點(diǎn)壓力低于液壓油所在溫度下的空氣分離壓時(shí)，原先溶解在液體中的空氣就分離出來(lái)，使液體中迅速出現(xiàn)大量氣泡，這種現(xiàn)象叫做氣穴現(xiàn)象。 一般通流截面較小會(huì)使流速很高，根據(jù)伯努利方程可知此時(shí)油壓會(huì)很低，以致產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。在液壓泵吸油過(guò)程中，吸油口的絕對(duì)壓力會(huì)低于大氣壓，如果泵安裝過(guò)高，在加上過(guò)濾器和管道阻力，亦會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。基本原理及現(xiàn)象-氣穴現(xiàn)象的危害當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時(shí)，帶來(lái)的危害有：1、將造成流量和壓力的不穩(wěn)定；2、

9、引起局部高溫和很高的沖擊壓力，導(dǎo)致噪聲和振動(dòng)；3、降低液壓系統(tǒng)的容積效率；4、造成液壓元件的氣蝕，縮短元件使用壽命等?；驹砑艾F(xiàn)象-減少氣穴現(xiàn)象的措施減少氣穴現(xiàn)象的措施有：1、及時(shí)向液壓油箱加油，使油面保持在規(guī)定的平面上；2、低壓區(qū)密封可靠；3、向油箱加油時(shí)，應(yīng)擰松放氣螺塞放氣；4、及時(shí)清洗更換濾油網(wǎng)。液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)由4部分組成：動(dòng)力元件-液壓泵，將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽Ｒ?jiàn)的有齒輪泵，葉片泵，柱塞泵。執(zhí)行元件-液壓馬達(dá)、液壓缸，將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，驅(qū)動(dòng)工作裝置?？刂圃?液壓控制閥，控制油液的壓力、流量和方向。輔助元件-油箱、軟管等，主要用于液壓能的儲(chǔ)存，油路的連接和密封，

10、油液的過(guò)濾、加溫和冷卻等。液壓系統(tǒng)常用線形及符號(hào)粗實(shí)線表示工作管路虛線表示控制管路雙點(diǎn)劃線表示組合元件有小圓點(diǎn)的相交線表示連接管路有小圓弧的相交線表示不相交連接管路常用線形有：常用符號(hào)有：P泵壓力油A、B油缸或馬達(dá)的工作油口O、T、Dr油箱液壓工作介質(zhì)-液壓油 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)所采用的工作介質(zhì)通常為石油型，目前柳工挖掘機(jī)用液壓油為46號(hào)和32號(hào)抗磨液壓油。 液壓油一個(gè)重要的物理特性是其具有粘性，液體粘性的大小用粘度來(lái)表示。常用的粘度有以下三種： 1、動(dòng)力粘度-表征粘度的內(nèi)摩擦系數(shù)，具有特定的物理意義，單位為Pa.s； 2、運(yùn)動(dòng)粘度-無(wú)特定物理意義，單位為m2/s，常用St（mm2/s），如46

11、號(hào)油表示在40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為46St（mm2/s）。 3、相對(duì)粘度-采用特定的粘度計(jì)在規(guī)定條件下測(cè)出的粘度，各國(guó)單位不一致，如我國(guó)采用恩氏粘度，美國(guó)采用賽氏秒等。液壓工作介質(zhì)-液壓油 為了更好地傳遞運(yùn)動(dòng)，挖掘機(jī)用液壓油應(yīng)具有以下性能： 1、合適的粘度和良好的粘溫特性-粘度過(guò)高運(yùn)動(dòng)阻力加大，溫升快等；反之粘度過(guò)低，容積損失增大，導(dǎo)致摩擦體之間的干摩擦等； 2、潤(rùn)滑性能要好； 3、對(duì)密封材料的相容性； 4、對(duì)氧化、乳化和剪切都有良好的穩(wěn)定性等。 液壓泵-液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，將原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)）輸入的機(jī)械能（轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)換為壓力能（壓力p和流量q）輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵-主要性能

12、參數(shù)有：1、液壓泵的壓力-工作壓力取決于負(fù)載；2、泵的排量、流量和容積效率；3、功率和效率；4、轉(zhuǎn)速。 單向、定量單向、定量動(dòng)力元件-液壓泵雙向、定量雙向、定量單向、變量單向、變量動(dòng)力元件-液壓泵分類(lèi)泵的分類(lèi)齒輪泵，用于低壓系統(tǒng)，如先導(dǎo)泵；葉片泵，用于中壓系統(tǒng)，小于6.3MPa；柱塞泵，用于高壓系統(tǒng)，造價(jià)高；螺桿泵，工程機(jī)械使用較少。挖掘機(jī)中最常見(jiàn)的是齒輪泵和軸向柱塞泵動(dòng)力元件-齒輪泵齒輪泵是利用齒輪嚙合原理工作的，原理圖如下：面積不斷減小，壓油口面積不斷減小，壓油口面積不斷增大，吸油口面積不斷增大，吸油口動(dòng)力元件-柱塞泵 柱塞泵是利用柱塞在有柱塞孔的缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密閉容積發(fā)生變化而吸油

13、和壓油的，其結(jié)構(gòu)圖如下：執(zhí)行元件-液壓馬達(dá) 液壓馬達(dá)-液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，用于實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)與液壓泵原理上是可逆的，但結(jié)構(gòu)略有不同。液壓馬達(dá)-主要性能參數(shù)有：1、工作壓力-取決于負(fù)載；2、排量與轉(zhuǎn)速3、流量和容積效率；3、功率和總效率；4、轉(zhuǎn)矩和機(jī)械效率等。 同樣液壓馬達(dá)也有齒輪式、柱塞式和葉片式；挖掘機(jī)中常用的是柱塞式液壓馬達(dá)。單向、定量單向、定量雙向、定量雙向、定量單向、變量單向、變量執(zhí)行元件-液壓缸 液壓缸與液壓馬達(dá)一樣是將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)直線式或擺動(dòng)式機(jī)械運(yùn)動(dòng)。更具作用方式，液壓缸可以分為單作用和雙作用兩種形式。雙作用液

14、壓缸的表示符號(hào)雙作用液壓缸的表示符號(hào)單作用液壓缸的表示符號(hào)單作用液壓缸的表示符號(hào)ABAB控制元件-液壓閥 液壓閥在液壓系統(tǒng)中被用來(lái)控制液流的壓力、流量和方向，保證執(zhí)行元件按照負(fù)載的需求進(jìn)行工作。 液壓閥的基本結(jié)構(gòu)主要包括閥芯、閥體和驅(qū)動(dòng)閥芯在閥體內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。 液壓閥利用閥芯在閥體內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制閥口的通斷及開(kāi)口大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力、流量和方向的控制。閥的分類(lèi)流量控制閥壓力控制閥方向控制閥控制元件-液壓閥 液壓閥主要性能參數(shù)有： 1、公稱(chēng)通徑代表閥的流通能力，對(duì)應(yīng)于閥的額定流量； 2、額定壓力閥長(zhǎng)期工作所允許的最高壓力。液壓閥的基本要求：1、動(dòng)作敏捷、使用可靠；2、所控制的參量穩(wěn)定，受外界

15、干擾時(shí)變化量要?。?、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)式、維護(hù)方便，通用性好。控制元件-流量控制閥 流量控制閥是通過(guò)改變閥口大小，改變液阻實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。mLpAKq 流量控制閥主要控制流過(guò)管路的流量，通過(guò)對(duì)流量的控制，還可以對(duì)回路的壓力產(chǎn)生一定影響，注意節(jié)流會(huì)產(chǎn)生壓力損失。 普通流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥和分流集流閥。控制元件-節(jié)流閥 節(jié)流閥是一種最簡(jiǎn)單的流量控制閥，實(shí)質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)可變節(jié)流口。單向閥表示符號(hào)單向閥表示符號(hào)a）b）c）常用節(jié)流口型式常用節(jié)流口型式a a）為錐形，）為錐形，b b）為三角槽形，）為三角槽形，c c）為矩形）為矩形控制元件-節(jié)流閥 節(jié)流閥使液壓油通過(guò)小孔、縫隙、窄槽等結(jié)構(gòu)后，流量

16、減小并產(chǎn)生壓力降P（阻尼） 。注意流動(dòng)的液壓油才具有上述性質(zhì)；如果液壓油是靜止?fàn)顟B(tài)，則根據(jù)連通器原理，前后的壓力是相等的。后前pppP P前前P P后后控制元件-壓力控制閥 壓力控制閥用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中油液壓力或者通過(guò)壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)其它控制。壓力控制閥的分類(lèi)溢流閥減壓閥，由一個(gè)泵形成多個(gè)壓力順序閥壓力繼電器 溢流閥與減壓閥又分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式兩種?？刂圃?安全閥 溢流閥常旁接在泵的出口，用來(lái)設(shè)定系統(tǒng)最高壓力，此時(shí)其常被稱(chēng)為安全閥，挖掘機(jī)中廣泛采用安全閥。a a）b b）直動(dòng)式溢流閥直動(dòng)式溢流閥a a）為滑閥式，）為滑閥式，b b）為錐閥式）為錐閥式直動(dòng)式溢流閥表示符號(hào)直動(dòng)式溢流閥表示符號(hào)控制元件

17、-安全閥 先導(dǎo)式安全閥由先導(dǎo)閥和主閥兩部分組成，先導(dǎo)閥為一錐閥，實(shí)際上是一個(gè)小流量的直動(dòng)安全閥。液壓油通過(guò)節(jié)流孔時(shí)，在液壓油通過(guò)節(jié)流孔時(shí)，在節(jié)流孔的前后產(chǎn)生壓力差節(jié)流孔的前后產(chǎn)生壓力差P P，P=PP=PPP1-1-主閥芯，主閥芯，4-4-先導(dǎo)閥芯先導(dǎo)閥芯遠(yuǎn)程控制油口遠(yuǎn)程控制油口先導(dǎo)式溢流閥先導(dǎo)式溢流閥控制元件-安全閥 下圖為川崎先導(dǎo)油泵的安全閥控制元件-減壓閥 減壓閥是一種利用液流流過(guò)縫隙，液阻產(chǎn)生壓力損失，使其出口壓力低于進(jìn)口的控制閥。減壓閥的分類(lèi)定值減壓閥，保證出口壓力為定值定差減壓閥，保證進(jìn)出口壓力差為定值定比減壓閥，保證進(jìn)出口成比例控制元件-直動(dòng)式減壓閥直動(dòng)式定值減壓閥的原理圖如下：

18、 液壓油通過(guò)縫隙產(chǎn)生壓液壓油通過(guò)縫隙產(chǎn)生壓力降力降P PP PC C=P=PA AP P保持出口壓力恒定的措施保持出口壓力恒定的措施直動(dòng)式定值減壓閥閥直動(dòng)式定值減壓閥閥控制元件-先導(dǎo)式減壓閥先導(dǎo)式定值減壓閥常用于高壓系統(tǒng)，其原理圖如下： 液壓油通過(guò)縫隙液壓油通過(guò)縫隙產(chǎn)生壓力降產(chǎn)生壓力降1-1-主閥芯，主閥芯，3-3-先導(dǎo)閥芯先導(dǎo)閥芯控制元件-方向控制閥 方向控制閥主要控制方向，還可以利用閥的開(kāi)度適度控制回路的流量和壓力。方向控制閥的分類(lèi)單向閥選擇閥（梭閥）換向閥控制元件-單向閥 單向閥即是控制油液只能沿某個(gè)單一方向流動(dòng)，常用單向閥有普通單向閥和液控單向閥兩種。普通單向閥普通單向閥控制元件-梭閥

19、梭閥根據(jù)回路中壓力的高低自動(dòng)選擇液壓油通過(guò)的方向。P PP PA1A1A2A2控制元件-換向閥 換向閥是利用閥芯在閥體孔內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使油路接通或切斷而改變油流方向的閥。 換向閥按操作閥芯運(yùn)動(dòng)方式可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)、電液動(dòng)等；挖掘機(jī)中使用最多的為液控?fù)Q向閥?？刂圃?液控?fù)Q向閥下圖為滑閥式液控?fù)Q向閥結(jié)構(gòu)圖：先導(dǎo)泵來(lái)油先導(dǎo)泵來(lái)油先導(dǎo)泵回油先導(dǎo)泵回油回位彈簧回位彈簧控制元件-電磁換向閥下圖為二位三通電磁換向閥控制元件-插裝閥 為了克服早期滑閥式液壓閥密封性不好、及靈敏性差的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了標(biāo)準(zhǔn)的插裝閥基本組件，將這些基本組件與其它控制閥組合可以實(shí)現(xiàn)壓力、流量、方向的控制?？刂圃?伺服閥 伺服閥是一種通過(guò)改變輸入信號(hào)，連續(xù)成比例的控制流量和壓力的液壓控制閥。 伺服閥根據(jù)輸入信號(hào)的方式不同，又分為電液伺服閥和機(jī)液伺服閥?？刂圃?電液伺服閥 電液伺服閥既是電液