挖掘機(jī)力士樂(lè)液壓系統(tǒng)分析

1、挖掘機(jī)力士樂(lè)液壓系統(tǒng)分析主要內(nèi)容 介紹了力士樂(lè)閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)組成及其工作原理、特性。重點(diǎn)分析了多路閥液壓系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、各主要液壓作用元件液壓回路及多路閥先導(dǎo)操縱系統(tǒng)等。目前液壓挖掘機(jī)有兩種油路: 開(kāi)中心直通回油六通閥系統(tǒng)和閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng), 我國(guó)國(guó)產(chǎn)液壓挖掘機(jī)大多采用“開(kāi)中心”系統(tǒng), 而國(guó)外著名的挖掘機(jī)廠家基本上都采用“閉中心”系統(tǒng)。閉中心具有明顯的優(yōu)點(diǎn), 但價(jià)格較貴。國(guó)內(nèi)廠家對(duì)開(kāi)中心系統(tǒng)比較熟悉, 而對(duì)閉中心系統(tǒng)不太了解,因此有必要來(lái)介紹一下閉中心系統(tǒng), 本文重點(diǎn)分析力士樂(lè)閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償(LUDV) 挖掘機(jī)油路。LUDV 意為與負(fù)載無(wú)關(guān)的分配閥

2、。LUDV系統(tǒng)力士樂(lè)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)可以看作由以下4 部分組成: 多路閥液壓系統(tǒng)(主油路) ; 液壓泵控制液壓系統(tǒng)(包括與發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制) ; 各液壓作用元件液壓子系統(tǒng), 包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)和行走液壓系統(tǒng), 還包括附屬裝置液壓系統(tǒng); 多路閥操縱和控制液壓系統(tǒng)。1 多路閥液壓系統(tǒng)多路閥液壓系統(tǒng)是液壓挖掘機(jī)的主油路, 它確定了液壓泵如何向各液壓作用元件的供油方式, 決定了液壓挖掘機(jī)的工作特性。力士樂(lè)采用的閉中位負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償多路閥液壓系統(tǒng)的工作原理見(jiàn)圖1 (因換向閥不影響原理分析, 故未畫(huà)出) 。圖1 挖掘機(jī)力士樂(lè)主油路簡(jiǎn)圖挖掘機(jī)力士樂(lè)主油路由工裝油路和回轉(zhuǎn)油路二個(gè)負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)組成

3、。1.1 工裝油路工作裝置和行走油路(除回轉(zhuǎn)外) 簡(jiǎn)稱工裝油路,用閥后補(bǔ)償分流比負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償(LUDV)系統(tǒng), 具有抗飽和功能。在每個(gè)操縱閥閥桿節(jié)流口后, 設(shè)壓力補(bǔ)償閥, 然后通過(guò)方向閥向各液壓作用元件供油。LUDV 多路閥原理符號(hào)見(jiàn)圖2 。圖2 力士樂(lè)多路閥原理符號(hào)圖LUDV 每個(gè)閥塊主要由操縱閥和壓力補(bǔ)償閥組成, 其原理符號(hào)如圖2a 所示。為了便于理解閥的原理, 把操縱閥進(jìn)行分解后可知, 它實(shí)際上由閥的節(jié)流部分和閥的換向部分兩部分組成。閥塊原理展開(kāi)如圖2b 所示, 壓力油進(jìn)入操縱閥先通過(guò)閥節(jié)流部分, 后經(jīng)壓力補(bǔ)償閥, 最后通過(guò)閥換向部分去液壓作用元件。閥后補(bǔ)償壓力補(bǔ)償閥布置在操縱閥可變

4、節(jié)流口之后, 由于液壓作用元件一般都是雙作用, 有A、B 兩條油路, 為了避免兩條油路都設(shè)壓力補(bǔ)償閥, 因此油路換向部分必須設(shè)在壓力補(bǔ)償閥之后。為了簡(jiǎn)化閥的結(jié)構(gòu), 把節(jié)流部分和換向部分集成于一體(操縱閥中) , 如圖2a 所示。工作裝置和行走操縱閥雖基本相同, 但中位油路連通有所區(qū)別。工作裝置操縱閥中位A、B 油口封閉, 如圖2a 、2b 所示, 行走操縱閥中位A、B油口與回油路通過(guò)節(jié)流相通, 如圖2c 所示。對(duì)壓力補(bǔ)償閥取力平衡得(見(jiàn)圖1) : Pm1 =PLmax = Pm2 。即壓力補(bǔ)償閥進(jìn)口壓力都相等, 故經(jīng)各操縱閥的壓差都相等( P1 = P2 = P = PP- PLmax) ,

5、則通過(guò)各操縱閥的流量Q = k P ,只與反映閥桿行程(開(kāi)口量) 的k 有關(guān), 具有抗飽和的功能。負(fù)荷低的壓力補(bǔ)償閥產(chǎn)生壓力降: PC =PLmax - PL2 (設(shè)PL1 = PLmax) , 此壓降正好補(bǔ)償負(fù)荷壓力差, 因此壓力補(bǔ)償閥實(shí)際上起了負(fù)荷均衡器的作用。多路閥液壓系統(tǒng)工作原理圖1 中, 檢出最高負(fù)載壓力PLmax采用的是梭閥網(wǎng), 而實(shí)際液壓系統(tǒng)中, 工裝和行走油路不采用梭閥網(wǎng), 而是采用三位三通的壓力補(bǔ)償閥來(lái)檢出最高負(fù)載壓力作為補(bǔ)償壓力。1.2 回轉(zhuǎn)油路力士樂(lè)把回轉(zhuǎn)獨(dú)立出來(lái), 采用閥前補(bǔ)償(減壓閥型壓力補(bǔ)償閥) 負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償油路。它與工作裝置油路并聯(lián)?；剞D(zhuǎn)負(fù)載油壓通過(guò)單向閥與油

6、泵負(fù)載敏感腔相通。當(dāng)工作裝置油路中各液壓元件單獨(dú)動(dòng)作或同時(shí)動(dòng)作時(shí), 就如同單泵閥后補(bǔ)償分流比負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)一樣, 油泵單獨(dú)供該系統(tǒng)。當(dāng)回轉(zhuǎn)單獨(dú)動(dòng)作時(shí), 為閥前補(bǔ)償負(fù)載敏感系統(tǒng)?；剞D(zhuǎn)油路和工裝油路同時(shí)動(dòng)作情況: 當(dāng)工裝油路最高負(fù)載壓力高于回轉(zhuǎn)油路時(shí), 工裝油壓由于受單向閥阻隔, 傳不到回轉(zhuǎn)油路, 由于兩油路是并聯(lián)系統(tǒng), 油優(yōu)先流向負(fù)載壓力低的回轉(zhuǎn)油路; 當(dāng)工裝油路最高負(fù)載壓力低于回轉(zhuǎn)油路時(shí), 回轉(zhuǎn)油壓PC 通過(guò)單向閥傳至工裝油路負(fù)載壓力補(bǔ)償, 工裝和回轉(zhuǎn)負(fù)載壓力均衡平衡相等, 按各自操縱閥的開(kāi)度大小向各執(zhí)行器分配供油。2 液壓泵控制系統(tǒng)力士樂(lè)挖掘機(jī)液壓泵控制系統(tǒng)有不同的配置,具有不同的控制

7、功能。2.1 A11VO 的LRS 控制系統(tǒng)圖3 A11VO 控制系統(tǒng)如圖3 所示, 該系統(tǒng)由以下部分組成。2.1.1 恒功率閥和杠桿式恒功率裝置恒功率閥A 是二位三通閥。在彈簧力作用下,恒功率閥A 處于右位, 下油缸壓力油通過(guò)A 閥回油, 在上油缸腔內(nèi)油壓和彈簧作用下油泵向大流量方向擺動(dòng)。油泵壓力油通過(guò)上油缸腔作用在頂桿上, 頂桿頂推杠桿使杠桿繞支點(diǎn)擺動(dòng), 推動(dòng)A閥向右移動(dòng), 使A閥處于左位, 油泵壓力油通過(guò)A閥經(jīng)B 閥進(jìn)入下油缸, 推動(dòng)其活塞桿, 克服上油缸液壓力并壓縮彈簧使油泵向小流量方向擺動(dòng)。同時(shí)由于上油缸活塞桿右移, 頂桿頂推杠桿的力臂減小, 使杠桿推A 閥的力下降, 直至與A 閥彈

8、簧力相等, 油泵擺角處于新的平衡位置。這種恒功率裝置通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn), 只要杠桿系統(tǒng)設(shè)計(jì)得好, 就能實(shí)現(xiàn)很理想的恒功率曲線。2.1.2 油泵流量調(diào)節(jié)閥油泵流量調(diào)節(jié)閥(補(bǔ)償壓力閥, 見(jiàn)圖3 中B閥) 為二位三通閥, 閥的左端受泵的出口油壓Pp作用, 閥的右端受多路閥負(fù)載敏感腔的油壓PLmax和彈簧力FS2作用, 此閥的作用是設(shè)定系統(tǒng)的補(bǔ)償壓力。從B 閥力平衡可得:PA = PLmax A + FSP = P - PLmax = FS/ A當(dāng)P > FS/ A 時(shí)( A 為受壓面積) , 該閥處左位, 油泵壓力油通向下油缸, 使油泵流量減少。當(dāng)P < FS/ A 時(shí), 該閥處于右位,

9、 下油缸通過(guò)該閥回油, 使油泵流量增大。流量調(diào)節(jié)閥的作用是使系統(tǒng)壓差P ( P -PLmax) 保持定值。P 由設(shè)計(jì)確定稱為系統(tǒng)的補(bǔ)償壓差, 是系統(tǒng)各操縱閥的進(jìn)口壓力P 與出口壓力Pm ( = PLmax) 之差, 各操縱閥在保持補(bǔ)償壓差一定條件下, 通過(guò)改變閥桿的開(kāi)口面積來(lái)控制去各液壓作用元件的流量。系統(tǒng)通過(guò)油泵流量調(diào)節(jié), 按司機(jī)操縱閥桿的開(kāi)度大小, 提供所需流量, 而且只供給比負(fù)載稍高一點(diǎn)( P) 的油壓。避免了系統(tǒng)的流量損失和過(guò)大的壓力損失。當(dāng)彈簧力和閥的受壓面積在設(shè)計(jì)時(shí)取定后, LRS 油泵控制系統(tǒng)是不變的, 因此恒功率閥設(shè)定功率是不變的。油泵流量調(diào)節(jié)閥設(shè)定的補(bǔ)償壓力也是不變的, 雖然

10、可以停機(jī)通過(guò)調(diào)整彈簧來(lái)改變功率設(shè)定和補(bǔ)償壓力設(shè)定, 但顯然是不方便和不理想的, 但實(shí)際挖掘機(jī)工作中需要改變功率和改變補(bǔ)償壓力, 這是LRS 系統(tǒng)的不足之處。2.2 A11VO 的LE2S 控制系統(tǒng)圖4 A11V0 LE2S 控制系統(tǒng)1 - 變功率控制閥; 2 - 功率設(shè)定調(diào)整彈簧; 3 - 變功率比例電磁鐵; 4 - 調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間的單向節(jié)流閥; 5 - 變補(bǔ)償壓力控制閥; 6 - 補(bǔ)償壓力設(shè)定調(diào)整彈簧; 7 - 變補(bǔ)償壓力比例電磁鐵如圖4 所示, L E2S 控制系統(tǒng)與LRS 控制系統(tǒng)不同之處是采用了變功率比例電磁閥和變補(bǔ)償壓力比例電磁閥, 可以實(shí)現(xiàn)變功率控制和變補(bǔ)償壓力控制。為此, 在LRS

11、 控制系統(tǒng)中恒功率閥和油泵流量調(diào)節(jié)閥中都加上了比例電磁鐵, 成為變功率比例電磁閥和變補(bǔ)償壓力比例電磁閥。2.2.1 變功率比例電磁閥在恒功率閥上加上比例電磁鐵, 其電磁力作用在閥桿上, 其功能實(shí)際上是改變彈簧作用力。油泵功率與彈簧力FS 成正比, 通過(guò)改變比例電磁鐵的輸入電流I 使電磁力變化, 從而改變了油泵的功率控制曲線。油泵功率曲線隨先導(dǎo)電流I 的變化情況如圖5所示, 圖5 油泵功率曲線隨電流I 的變化為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率, 電控設(shè)定的最大功率線高于發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率線PH,電控失效后,功率線低于PH,電控最小功率線更低。從圖5 可見(jiàn)比例電磁鐵控制的恒功率曲線是一個(gè)區(qū)間。變功率控制在挖掘機(jī)有

12、二大功用: 實(shí)現(xiàn)全功率控制: 無(wú)變功率控制時(shí), 考慮到大氣狀態(tài)(氣壓, 氣溫和濕度) 變化、采用較差燃油和使用過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化等原因都會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率有所下降, 為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載和熄火, 一般油泵功率設(shè)定都低于發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率。采用變功率閥, 最大功率設(shè)定高于發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率, 可采用轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)工作, 充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率。實(shí)現(xiàn)工況控制: 挖掘機(jī)要求在不同工況下作業(yè), 例如重掘削工況、經(jīng)濟(jì)作業(yè)工況和精細(xì)作業(yè)工況等, 要求油泵功率有不同的設(shè)定, 變功率控制能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。2.2.2 油泵流量調(diào)節(jié)變補(bǔ)償壓力閥在油泵流量調(diào)節(jié)閥上加上比例電磁鐵, 通過(guò)改變電流可改變

13、其電磁力, 此電磁力作用在流量調(diào)節(jié)閥上, 實(shí)際上是改變了彈簧力, 上面已說(shuō)明油泵流量調(diào)節(jié)閥的補(bǔ)償壓力取決于彈簧力, 改變彈簧力也就改變了補(bǔ)償壓力。補(bǔ)償壓力與電流 I 成直線關(guān)系, 如圖6 所示。圖6 補(bǔ)償壓力PLS隨電流和彈簧力變化曲線圖中表示了調(diào)節(jié)彈簧力也可以改變補(bǔ)償壓力。圖7 閥桿行程一定時(shí)流量Q 隨PLS變化曲線圖7表示閥桿行程S 一定, 油泵流量Q 隨補(bǔ)償壓力PLS的變化情況。圖8 在不同的PLS下流量隨閥桿行程變化曲線圖8 表示在不同的補(bǔ)償壓力下, 供給液壓作用元件的流量與閥桿行程的關(guān)系。降低PLS , 供油量減少; 閥桿行程增大, 流量增加比較平緩。從這些圖中可知, 改變控制電流能

14、使補(bǔ)償壓力變化, 補(bǔ)償壓力變化能改變?nèi)ヒ簤鹤饔迷牧髁?起調(diào)速作用,變PLS控制能更好地適應(yīng)不同作業(yè)工況的流量需要, 特別是改善了精細(xì)作業(yè)微動(dòng)性能; 另外隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變, 泵的流量隨著變化, 補(bǔ)償壓力也應(yīng)隨之改變。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明, 補(bǔ)償壓力閥輸出的控制油直接操縱液壓泵變量油缸, 而功率閥輸出的控制油經(jīng)補(bǔ)償壓力閥操縱液壓泵變量油缸, 因此兩閥的控制關(guān)系為補(bǔ)償壓力閥優(yōu)先。3 各液壓作用元件液壓回路3.1 動(dòng)臂、斗桿和鏟斗液壓回路其特征為: 在油缸的兩條油路中都設(shè)有限壓閥防止過(guò)載; 動(dòng)臂和斗桿的液壓回路中若需要可采用再生閥桿, 實(shí)現(xiàn)再生功能。3.2 行走液壓回路圖9 行走液壓回路1 - 限壓閥; 2

15、 - 平衡閥; 3 - 制動(dòng)操縱閥; 4 - 減壓閥; 5 - 變速閥如圖9 所示, 由以下閥組成: 限壓閥二個(gè)分別限制行走馬達(dá)兩油路壓力, 又起補(bǔ)油作用;平衡閥防止下坡時(shí)超速; 制動(dòng)操縱閥由左右油路通過(guò)梭形閥引入壓力油, 在壓力油作用下此閥打開(kāi), 壓力油通向制動(dòng)器; 減壓閥在壓力油通向制動(dòng)器的途中設(shè)減壓閥, 使通向制動(dòng)器的油壓降低, 制動(dòng)器承受較低壓力, 有壓力油時(shí)制動(dòng)器制動(dòng), 卸壓時(shí)制動(dòng)器壓力油通過(guò)節(jié)流孔回油,使制動(dòng)器延時(shí)制動(dòng); 油馬達(dá)自動(dòng)變速先導(dǎo)控制閥該閥為兩位三通閥, 平時(shí)在彈簧作用下, 該閥處于上位, 變速閥先導(dǎo)控制油與先導(dǎo)油泵相通, 當(dāng)行走負(fù)載壓力大于彈簧壓力時(shí), 壓縮彈簧使該閥處

16、于下位, 變速閥先導(dǎo)控制油回油箱; 變速閥在先導(dǎo)控制油作用下, 該閥處于上位, 變量油缸下腔進(jìn)壓力油, 上腔回油, 油馬達(dá)處于小排量, 當(dāng)先導(dǎo)控制油回油時(shí), 在彈簧力作用下該閥處于下位,變量油缸上腔進(jìn)壓力油, 下腔回油, 油馬達(dá)處于大排量。行走操縱閥處于中位時(shí), 油馬達(dá)兩腔相通, 并與回油路相通, 使行走馬達(dá)和管路始終保持充滿狀態(tài)。通過(guò)左右行走回路間的旁通阻尼孔進(jìn)行平衡, 來(lái)改善直線行走性能。補(bǔ)償兩側(cè)馬達(dá)泄漏量不同、機(jī)械加工誤差和控制誤差引起的流量偏差。3.3 回轉(zhuǎn)液壓回路如圖10 所示,由兩個(gè)單向補(bǔ)油閥、二個(gè)二級(jí)溢流閥和先導(dǎo)操縱油壓控制的回轉(zhuǎn)壓力閥等組成。圖10 回轉(zhuǎn)液壓回路1) 二個(gè)二級(jí)溢

17、流閥具有驅(qū)動(dòng)增壓、溢流油壓高和制動(dòng)減壓、溢流油壓低的功能?；剞D(zhuǎn)操縱閥的先導(dǎo)操縱油壓Pi 作用在油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)側(cè)油路的溢流閥上, 使驅(qū)動(dòng)側(cè)的溢流壓力提高,驅(qū)動(dòng)力矩大, 使回轉(zhuǎn)加速快。制動(dòng)時(shí), 無(wú)先導(dǎo)油壓作用, 溢流閥壓力低, 制動(dòng)力矩較低, 使制動(dòng)較柔和, 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件工作較平穩(wěn)沖擊小。當(dāng)需快速?gòu)?qiáng)力制動(dòng)時(shí)可采用反向驅(qū)動(dòng)來(lái)制動(dòng)。2) 先導(dǎo)操縱油壓控制的回轉(zhuǎn)壓力閥此閥在回轉(zhuǎn)操縱換向閥的進(jìn)油口上, 控制進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)的油壓, 從回轉(zhuǎn)先導(dǎo)操縱閥輸出兩個(gè)方向的操縱油壓, 通過(guò)梭形閥作用在回轉(zhuǎn)壓力閥上, 使回轉(zhuǎn)壓力閥隨著先導(dǎo)操縱油壓的提高其控制的壓力增加。因此司機(jī)可通過(guò)控制先導(dǎo)操縱油壓來(lái)控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)的油壓, 從而

18、實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)控制改變回轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩, 能很好地按司機(jī)的愿望向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供所需壓力(轉(zhuǎn)矩) 和流量(轉(zhuǎn)速) , 任意回轉(zhuǎn)加速, 操縱得心應(yīng)手。4 多路閥先導(dǎo)操縱系統(tǒng)由定量油泵、先導(dǎo)操縱閥、閉鎖電磁閥、安全閥和梭形閥等組成。先導(dǎo)操縱閥是具有位移和力感覺(jué)的比例型操縱閥, 先導(dǎo)操縱油通過(guò)單向節(jié)流閥操縱多路閥桿的移動(dòng), 使操縱平穩(wěn)柔和?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)操縱閥通過(guò)梭形閥將先導(dǎo)操縱油壓加在回轉(zhuǎn)壓力閥上, 控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓。左行走先導(dǎo)操縱閥通過(guò)梭形閥將先導(dǎo)操縱油壓加在補(bǔ)償負(fù)載壓力溢流閥C 上。閉鎖電磁閥起閉鎖先導(dǎo)閥操縱作用, 當(dāng)電磁閥失電時(shí)在彈簧力作用下, 該閥處于左位, 先導(dǎo)油泵來(lái)油切斷, 先導(dǎo)操縱閥進(jìn)油路回油,先導(dǎo)操縱閥不能操縱, 只有當(dāng)電磁閥接通電時(shí), 該閥處于右位, 先導(dǎo)油泵壓力油才能通向各先導(dǎo)操縱閥, 先導(dǎo)操縱閥才能操縱, 防止誤操縱。5 系統(tǒng)其它功能閥系統(tǒng)其它功能閥集成布置在多路閥內(nèi), 是組成多路閥液壓系統(tǒng)的一部分, 包括以下各閥。1) 系統(tǒng)安全閥A起安全保護(hù)作用, 一般情況下不打開(kāi)。2) 系統(tǒng)卸載閥B此閥一端受油泵壓力油作用, 另一端受補(bǔ)償負(fù)載壓力和彈簧力作用。有一操縱