小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計

1、福州大學至誠學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目： 小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計姓 名： 曾元彪學 號： 210692498系 別： 機械工程專 業(yè)： 機械設(shè)計制作及其自動化年 級：指導(dǎo)教師： 黃孫灼年 月 日小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的設(shè)計摘要近年來，有關(guān)挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究和設(shè)計液壓挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。本論文主要概述挖掘機液壓技術(shù)的發(fā)展史及其目前在國內(nèi)的外發(fā)展情況，簡述了液壓挖掘機發(fā)展趨勢，本文對液壓挖掘機的常用液壓回路進行了簡單闡述和分析，對課題要求設(shè)計的小型液壓挖掘

2、機液壓系統(tǒng)進行了方案設(shè)計及分析，并通過進一步計算確定了需要的液壓元件完成選型。運用AutoCAD 繪制液壓系統(tǒng)原理圖、工作油箱總成、液壓布置圖、油箱零件圖。最后通過驗算證明了本設(shè)計的可行性。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)，挖掘機，Mini Hydraulic Excavator Hydraulic System of Design Abstract.In recent years, the excavator hydraulic systems, the literature is not uncommon, but most of the content documents of a topic for

3、research, systematic exposition of modern hydraulicexcavator hydraulic system of the paper is less, so the research and design of hydraulic excavator system has important practical and theoretical significance.Hydraulic excavator of this thesis outlines the history of technology and its current deve

4、lopments in the foreign country, outlines the development trend of hydraulic excavators, hydraulic excavators used this hydraulic circuit for a simple set and analysis, subject to design small hydraulic excavator hydraulic system design and analysis, and by further calculation to determine the need

5、for complete selection of hydraulic components. AutoCAD drawing using hydraulic system diagram, work tank assembly, hydraulic layout, tank parts diagram. Finally, tests prove the feasibility of this design.Keywords ：Hydraulic System，Excavator目 錄1 緒論 . . 11.1 選題意義 . . 11.2 挖掘機及其液壓技術(shù)概述 . 11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

6、. . 21.4 挖掘機發(fā)展趨勢 . . 32 挖掘機液壓系統(tǒng)概述 . . 52.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求 . 52.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本動作分析 . 62.3 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析 . 62.3.1 限壓回路 . . 62.3.2 緩沖回路 . . 72.3.3 節(jié)流回路 . . 82.3.4 行走限速回路 . 92.3.5 合流回路 . .112.3.6 閉鎖回路 . . 122.3.7 再生回路 . . 123 挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計 . . 133.1 挖掘機的功用和對液壓系統(tǒng)的要求 . 133.2 挖掘機液壓系統(tǒng)分析 . 133.2.1 挖掘機的液壓系統(tǒng)原理圖

7、 . 133.2.2 系統(tǒng)工作循環(huán)分析 . 143.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用 . 153.2.4 液壓系統(tǒng)中幾種低壓回路的作用 . 163.3 液壓元件的選用 . . 163.3.2 液壓閥的選用 . 163.3.4 輔助元件的選用 . 174參數(shù)計算及選擇 . 184.1 計算所需要的泵的流量 . 184.2回轉(zhuǎn)臺啟動力矩和制動力矩 . 194.2泵的選擇 . . 224.3油箱容積計算 . . 224.4油管尺寸計算 . . 234.5熱平衡驗算 . . 245 結(jié)論 . . 25參考文獻 . . 27致謝 . . 271 緒論1.1 選題意義隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，液壓挖掘機在

8、各種工程建設(shè)領(lǐng)域，特別是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中所起的作用越來越明顯，液壓挖掘機作為一類快速、高效的施工機械愈來愈被人們所認識。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)主要23家主要挖掘機制造公司2009年挖掘機市場總計銷售各級別挖掘機約95,000臺，同比2008年大幅增長23%，再次創(chuàng)造中國挖掘機年度銷量記錄。挖掘機的發(fā)展與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進，一方面，液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機的技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面，挖掘機的發(fā)展又促進了液壓技術(shù)的提高。挖掘機的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，其性能的優(yōu)劣決定著挖掘工作性能的高低，可以說目前液壓傳動的許多先進技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機上。近年來，有關(guān)挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研

9、究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。1.2 挖掘機及其液壓技術(shù)概述挖掘機的發(fā)展史可追溯到 19 世紀三四十年代。美國實施西部大開發(fā)工程催生了以蒸汽機作為動力，模仿人體大臂、小臂和手腕構(gòu)造，能行走和扭腰的挖掘機。隨后的一百多年中，挖掘機并沒有得到很大發(fā)展，其原因一是當時的工程主要是國土開發(fā)、大規(guī)模的筑路和整修場地等，平面作業(yè)較多，使鏟土運輸機械成為當時的主力機種，二是挖掘機作業(yè)裝置動作多、運動范圍大、采用多自由度機構(gòu)，機械傳動難以適應(yīng)這些要求，而當時的液壓技術(shù)還不成熟，不能大規(guī)模地應(yīng)用到實際工業(yè)中。隨著社會的不斷進步，工程建設(shè)和施

10、工形式逐漸向土木施工方向發(fā)展，同時液壓技術(shù)也逐步得以完善，這些因素的變化反過來又促進挖掘機的不斷更新?lián)Q代。20 世紀 40 年代有了在拖拉機上配裝液壓鏟的懸掛式挖掘機，50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機，60 年代，當液壓傳動技術(shù)成為成熟的傳動技術(shù)時，液壓挖掘機進入了推廣和蓬勃發(fā)展吉階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快（見表 11），產(chǎn)量猛增。19681970年間液壓挖掘機產(chǎn)量已占挖掘機總產(chǎn)量的 83%，目前已接近 100%，所謂挖掘機在現(xiàn)代主要是指液壓挖掘機，機械式挖掘機已很少見，液壓傳動技術(shù)為挖掘機的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支撐。液壓傳動是挖掘機的重要組成部

11、分之一，目前常用的傳動方式有機械傳動、電力傳動和流體傳動。流體傳動包括液體傳動和氣體傳動，液體傳動又分為液壓傳動和液力傳動。所謂液壓傳動是指在密閉的回路中，利用液體的壓力能來進行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞和分配的液體傳動。在現(xiàn)代工業(yè)中液壓傳動技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有機械設(shè)備的驅(qū)動、傳動和控制，如操縱車輛轉(zhuǎn)向和制動，控制和驅(qū)動飛機、機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、采礦機械、食品機械和醫(yī)療機械等1650 年法國帕斯卡提出的封閉靜止流體中壓力傳遞的帕斯卡原理成為液壓傳動的理論基礎(chǔ)，此后液壓傳動理論不斷得以豐富和完善，如 1686 年牛頓揭示了粘性流體的內(nèi)磨擦定律，18 世紀建立了流體力學的兩個重要方程：連續(xù)性方程和伯努利

12、方程。豐富的理論和實踐的需要促進了液體應(yīng)用技術(shù)和成果的不斷涌現(xiàn)。1795 年英國人約瑟夫步拉默發(fā)明了世界上第一臺水壓機；隨后出現(xiàn)在英國的工業(yè)革命促進了液壓技術(shù)的迅速發(fā)展；到 1870 年液壓傳動技術(shù)已經(jīng)被用來驅(qū)動各種液壓設(shè)備，如液壓機、起重機、絞車、擠壓機、剪切機和鉚接機等； 1900 年，世界上出現(xiàn)了第一臺軸向柱塞泵；1910 年及 1922 年海勒. 肖及漢斯. 托馬斯研制出用油作工作介質(zhì)的徑向柱塞泵；1926 第一套由泵控制閥和執(zhí)行元件組成的集成液壓系統(tǒng)在美國誕生；1936 年哈里威克斯又發(fā)明了先導(dǎo)式液流閥。第二次世界大戰(zhàn)之后，美國麻省理工學院的布萊克本、李詩穎等人對液壓伺服控制問題作了

13、深入的研究，于 1958 年制造了噴嘴擋板型電液伺服閥；20 世紀六十年代末，電液比例閥應(yīng)運而生；70 年代后期，德美等國相繼研制成負載敏感泵及大功率電磁閥；近年來，為適應(yīng)機電一體化、控制柔性化和計算機集中控制的要求，液壓系統(tǒng)的研究已由手動控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制和信號控制。目前液壓技術(shù)的研究和發(fā)展動向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提高效率，降低能耗。（2）提高技術(shù)性能和控制性能。（3）發(fā)展集成、復(fù)合、小型化、輕量化元件。（4）開展液壓系統(tǒng)自動控制技術(shù)方面的研究與開發(fā)。（5）加強以提高安全性和環(huán)境保護為目的研究開發(fā)。（6）提高液壓元件和系統(tǒng)的工作可靠性。（7）標準化和多樣化。（8）開展液壓系統(tǒng)設(shè)計理論

14、和系統(tǒng)性能分析研究。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國挖掘機生產(chǎn)起步較晚，從 1954 年撫順挖掘機廠生產(chǎn)第一臺機械式單斗挖掘機至今，大體經(jīng)歷了測繪仿制、自主研發(fā)和發(fā)展提高三個階段。新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián) 20 世紀 3040 年代的機械式單斗挖掘機為主，開始了我國的挖掘機生產(chǎn)歷史，由于當時國家經(jīng)濟建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機生產(chǎn)廠，到 20 世紀 80 年代末，我國的中小型液壓挖掘機已形成系列，但總的說來，我國的挖掘機生產(chǎn)批量小，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，與國際先進水平相比，差距較大。改革開放以來，生產(chǎn)企業(yè)積極引進、消化、吸收國外先進技術(shù)，促進了我國挖掘機行業(yè)的發(fā)展，目前國產(chǎn)液壓挖掘機的產(chǎn)品性

15、能指標已達到 20 世紀 80 年代的國際水平，部分產(chǎn)品達到了 90 年代的水平。國外挖掘機生產(chǎn)歷史較長，液壓技術(shù)的不斷成熟使挖掘機得到全面發(fā)展。德國是世界上較早開發(fā)研制挖掘機的國家，1954 年和 1955 年德國的德馬克和利渤海爾兩家公司分別開發(fā)了全液壓挖掘機；美國是繼德國以后生產(chǎn)挖掘機歷史最長、數(shù)量最大、品種最多和技術(shù)水平處于領(lǐng)先地位的國家；日本挖掘機制造業(yè)是在二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的，其主要特點是在引進、消化先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過大膽創(chuàng)新發(fā)展起來的；韓國是液壓挖掘機生產(chǎn)的后起之秀，20 世紀 70 年代開始引進技術(shù)，由于產(chǎn)業(yè)政策支持，很快進入國際市場，并已擠入國際液壓挖掘機的主要生產(chǎn)國之一

16、。20 世紀 60 年代，挖掘機進入成熟期，各國挖掘機制造商紛紛采用液壓技術(shù)并與其它技術(shù)相結(jié)合，使產(chǎn)品的適應(yīng)性得到較快發(fā)展，產(chǎn)品壽命和質(zhì)量不斷提高操縱更加舒適，產(chǎn)品更加節(jié)能。例如美國卡特彼勒公司 1995 年以后推出的 300B系列液壓挖掘機，采用一種命名為 maestro 的系統(tǒng)，通過載荷傳感液壓裝置，控制發(fā)動機的輸出功率，實現(xiàn)與液壓泵的嚴格匹配。Maestro 控制面板在機型上安裝兩種功率模式和四種工況狀態(tài)，允許用戶自行決定功率工況模式。再如韓國現(xiàn)代公司生產(chǎn)的 ROBEX450-3 型液壓挖掘機，有四種功率模式，通過集成化的電子控制系統(tǒng)自動確定最佳的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和液壓泵的輸出參數(shù)，使得發(fā)動機

17、、液壓泵的速度及液壓系統(tǒng)壓力與實際工況相適應(yīng)，從而獲得最高的生產(chǎn)率和最佳的燃油消耗。此種技術(shù)在日本小松、日立建機、神鋼、韓國大宇重工、德國的利渤海爾、英國的 JCB等公司均得到普遍應(yīng)用，代表了當代液壓挖掘機的最高水平。1.4 挖掘機發(fā)展趨勢隨著液壓挖掘機的生產(chǎn)向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化方向發(fā)展，挖掘機對液壓技術(shù)的要求不斷提高并呈現(xiàn)如下特點：（1）迅速發(fā)展全液壓挖掘機并進一步改進液壓系統(tǒng)。中、小型液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)有向變量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢。因為變量系統(tǒng)在油泵工作過程中，壓力減小時用增大流量來補償，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經(jīng)常性地充分利用油泵的最大功率

18、；當外阻力增大時則減少流量（降低速度），使挖掘力成倍增加；采用三回路液壓系統(tǒng)，產(chǎn)生三個互不成影響的獨立工作運動，實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)機構(gòu)的功率匹配，將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速運動。液壓技術(shù)在挖掘機上的普遍使用，為電子技術(shù)、自動控制技術(shù)在挖掘機上的應(yīng)用與推廣創(chuàng)造了條件，液壓、電子和自動化技術(shù)日益結(jié)合，共同促進挖掘機的控制性能不斷提高。挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。在危險地區(qū)或水下作業(yè)采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導(dǎo)向相結(jié)合，實現(xiàn)了挖掘機作業(yè)操縱的完全自動化。20 世紀 70 年代，

19、為了節(jié)省能源消耗和減少對環(huán)境的污染，使挖掘機的操作更加輕便和安全作業(yè)，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，電子和自動控制技術(shù)逐步應(yīng)用在挖掘機上。隨著對挖掘機的工作效率、節(jié)能環(huán)保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，機電一體化技術(shù)在挖掘機上得以廣泛應(yīng)用，并使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。20 世紀 80 年代，以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應(yīng)用，推動了電子控制技術(shù)在挖掘機上應(yīng)用和推廣，并已成為挖掘機現(xiàn)代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘機上設(shè)有發(fā)動機自動怠速及油門控制系統(tǒng)、功率優(yōu)化系統(tǒng)、工作模式控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等電控系統(tǒng)。所有這一切，都是

20、挖掘機的全液壓化奠定的基礎(chǔ)并為挖掘機的全面發(fā)展創(chuàng)造了美好的前景。（2）重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標準化、系列化、通用化發(fā)展速度。例如美國林肯貝爾特公司新 C 系列 LS-5800 型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統(tǒng)，可自動調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動功率的浪費，還安裝了 CAPS（計算機輔助功率系統(tǒng)），提高了挖掘機的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的 FJ 系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動機功率和液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱（O&K）公司生產(chǎn)的挖掘機的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流

21、特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的 904、905、907、909 型液壓挖掘機上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無經(jīng)驗的駕駛員也能進行復(fù)雜的作業(yè)操作；德國利勃海爾公司開發(fā)了 ECO（電子控制作業(yè)）的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型 B系統(tǒng)挖掘機上采用最新的3114T 型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。韓國大宇公司在 DH280 型挖掘機上采用了 EPOS 即電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)

22、動機始終以全功率運轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動機的功率、提高挖掘機的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動機因過載而熄火。2 挖掘機液壓系統(tǒng)概述2.1 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本組成及其基本要求按照挖掘機工作裝置和各個機構(gòu)的傳動要求，把各種液壓元件用管路有機地連接起來就組成一個挖掘機液壓系統(tǒng)。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵將發(fā)元件將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，進而實現(xiàn)挖掘機的各種動作。按照不同的功能可將挖掘機液壓系統(tǒng)分為三個基本部分：工作裝置系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)。挖掘機的工作裝置主要由動臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的液壓缸組成，它包括動臂、斗桿、鏟斗三個液壓回路?；剞D(zhuǎn)裝置的功能是將工作裝置和上部轉(zhuǎn)臺向左或向右回轉(zhuǎn)，以便進行挖掘和

23、卸料，完成該動作的液壓元件是回轉(zhuǎn)馬達?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)工作時必須滿足如下條件：回轉(zhuǎn)迅速、起動和制動無沖擊、振動和搖擺，與其它機構(gòu)同時動作時，能合理地分配去各機構(gòu)的流量。行走裝置的作用是支撐挖掘機的整機質(zhì)量并完成行走任務(wù)，多采用履帶式和輪胎式機構(gòu)，所用的液壓元件主要是行走馬達。行走系統(tǒng)的設(shè)計要考慮直線行駛問題，即在挖掘機行走過程中，如果某一工作裝置動作，不至于造成挖掘機發(fā)生行走偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。挖掘機的動作復(fù)雜，主要機構(gòu)經(jīng)常啟動、制動、換向，負載變化大，沖擊和振動頻繁，而且野外作業(yè)，溫度和地理位置變化大，因此挖掘機的液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求（1）要保證挖掘機動臂、斗桿和鏟斗可以各自單獨動作，也可以相互配合實現(xiàn)復(fù)合

24、動作。（2）工作裝置的動作和轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)既能單獨進行，又能復(fù)合動作，以提高挖掘機的生產(chǎn)率。（3）履帶式挖掘機的左、右履帶分別驅(qū)動，使挖掘機行走方便、轉(zhuǎn)向靈活，并且可就地轉(zhuǎn)向，以提高挖掘機的靈活性。（4）保證挖掘機的一切動作可逆，且無級變速。（5）保證挖掘機工作安全可靠，且各執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達等）有良好的過載保護；回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走裝置有可靠的制動和限速；防止動臂因自重而快速下降和整機超速溜坡。為此，液壓系統(tǒng)應(yīng)做到：（1）有高的傳動效率，以充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃料使用經(jīng)濟性。（2）液壓系統(tǒng)和液壓元件在變化大的負載、急劇的振動作用下，具有足夠的可靠性。（3）設(shè)置輕便耐振的冷卻器，減少系統(tǒng)總發(fā)

25、熱量，使主機持續(xù)工作時的液壓油溫不超過 80，或溫升不超過 45。（4）由于挖掘機作業(yè)現(xiàn)場塵土多，液壓油容易被污染，因此液壓系統(tǒng)的密封性能要好，液壓元件對油液污染的敏感性要低，整個液壓系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置。（5）采用液壓或電液伺服操縱裝置，以便挖掘機設(shè)置自動控制系統(tǒng)，進而提高挖掘機技術(shù)性能和減輕駕駛員的勞動強度。2.2 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本動作分析（1）挖掘。通常以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進行單獨挖掘，或者兩者配合進行挖掘。在挖掘過程中主要是鏟斗和斗桿有復(fù)合動作，必要時配以動臂動作。（2）滿斗舉升回轉(zhuǎn)。挖掘結(jié)束后，動臂缸將動臂頂起、滿斗提升，同時回轉(zhuǎn)液壓馬達使轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處，此時主要是

26、動臂和回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作。動臂舉升和臂和鏟斗自動舉升到正確的卸載高度。由于卸載所需回轉(zhuǎn)角度不同，隨挖掘機相對自卸車的位置而變，因此動臂舉升速度和回轉(zhuǎn)速度相對關(guān)系應(yīng)該是可調(diào)整的，若卸載回轉(zhuǎn)角度大，則要求回轉(zhuǎn)速度快些，而動臂舉升速度慢些。（3）卸載。回轉(zhuǎn)至卸土位置時，轉(zhuǎn)臺制動，用斗桿調(diào)節(jié)卸載半徑和卸載高度，用鏟斗缸卸載。為了調(diào)整卸載位置，還需動臂配合動作。卸載時，主要是斗桿和鏟斗復(fù)合作用，兼以動臂動作。（4）空斗返回。卸載結(jié)束后，轉(zhuǎn)臺反向回轉(zhuǎn)，同時動臂缸和斗桿缸相互配合動作，把空斗放到新的挖掘點，此工況是回轉(zhuǎn)、動臂、和斗桿復(fù)合動作。由于動臂下降有重力作用、壓力低、泵的流量大、下降快，要求回轉(zhuǎn)速度快，因

27、此該工況的供油情況通常是一個泵全部流量供回轉(zhuǎn)，另一泵大部分油供動臂，少部分油經(jīng)節(jié)流供斗桿。2.3 挖掘機液壓系統(tǒng)的基本回路分析基本回路是由一個或幾個液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元。液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中基本回路有限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流回路、行走回路、合流回路、再生回路、閉鎖回路、操縱回路等。2.3.1 限壓回路限壓回路用來限制壓力，使其不超過某一調(diào)定值。限壓的目的有兩個：一是限制系統(tǒng)的最大壓力，使系統(tǒng)和元件不因過載而損壞，通常用安全閥來實現(xiàn)，安全閥設(shè)置在主油泵出油口附近；二是根據(jù)工作需要，使系統(tǒng)中某部分壓力保持定值或不超過某值，通常用溢流閥實現(xiàn)

28、，溢流閥可使系統(tǒng)根據(jù)調(diào)定壓力工作，多余的流量通過此閥流回油箱，因此溢流閥是常開的。液壓挖掘機執(zhí)行元件的進油和回油路上常成對地并聯(lián)有限壓閥，限制液壓缸、液壓馬達在閉鎖狀態(tài)下的最大閉鎖壓力，超過此壓力時限壓閥打開、卸載保護了液壓元件和管路免受損壞，這種限壓閥（圖 2-1）實際上起了卸荷閥的作用。維持正常工作，動臂液壓缸雖然處于“不工作狀態(tài)”，但必須具有足夠的閉鎖力來防止活塞桿的伸出或縮回，因此須在動臂液壓缸的進出油路上各裝有限壓閥，當閉鎖壓力大于限壓閥調(diào)定值時，限壓閥打開，使油液流回油箱。限壓閥的調(diào)定壓力與液壓系統(tǒng)的壓力無關(guān)，且調(diào)定壓力愈高，閉鎖壓力愈大，對挖掘機作業(yè)愈有利，但過高的調(diào)定壓力會影響

29、液壓元件的強度和液壓管路的安全。通常高壓系統(tǒng)限壓閥的壓力調(diào)定不超過系統(tǒng)壓力的 25%，中高壓系統(tǒng)可以調(diào)至 25%以上。 1- 換向閥 2- 限壓閥 3- 油缸圖2-1 限壓回路Fig. 2-1 limited pressure circuit2.3.2 緩沖回路液壓挖掘機滿斗回轉(zhuǎn)時由于上車轉(zhuǎn)動慣量很大，在啟動、制動和突然換向時會引起很大的液壓沖擊，尤其是回轉(zhuǎn)過程中遇到障礙突然停車。液壓沖擊會使整個液壓系統(tǒng)和元件產(chǎn)生振動和噪音，甚至破壞。挖掘機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的緩沖回路就是利用緩沖閥等使液壓馬達高壓腔的油液超過一定壓力時獲得出路。圖 2-2 為液壓挖掘機中比較普遍采用的幾種緩沖回路。圖 2-2 (A中回

30、轉(zhuǎn)馬達兩個油路上各裝有動作靈敏的小型直動式緩沖（限壓）閥 2、3，正常情況下兩閥關(guān)閉。當回轉(zhuǎn)馬達突然停止轉(zhuǎn)動或反向轉(zhuǎn)動時，高壓油路的壓力油經(jīng)緩沖閥 3 泄回油箱，低壓油路則由補油回路經(jīng)單向閥 4 進行補油，從而消除了液壓沖擊。緩沖（限壓）閥的調(diào)定壓力取決于所需要的制動力矩，通常低于系統(tǒng)最高工作壓力。該緩沖回路的特點是溢油和補油分別進行，保持了較低的液壓油溫度，工作可靠，但補油量較大。圖 2-2（B ）是高、低壓油路之間并聯(lián)有緩沖閥，每一緩沖閥的高壓油口與另一緩沖閥的低壓油口相通。當回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動、停止或反轉(zhuǎn)時，高壓腔的油經(jīng)過緩沖閥直接進入低壓腔，減小了液壓沖擊。這種緩沖回路的補油量很少，背壓低，

31、工作效率高。圖 2-2（C ）是回轉(zhuǎn)馬達油路之間并聯(lián)有成對單向閥 4、5 和 6、7，回轉(zhuǎn)馬達制動或換向時高壓腔的油經(jīng)過單向閥 5、緩沖（限壓）閥 2 流回油箱，低壓腔從油箱經(jīng)單向閥 6獲得補油。 1- 換向閥 2.3- 緩沖閥 4.5.6.7- 單向閥圖2-2 緩沖回路 Fig. 2 -2 buffer circuit上述各回轉(zhuǎn)回路中的緩沖（限壓）閥實際上起了制動作用，換向閥 1 中位時回轉(zhuǎn)馬達兩腔油路截斷，只要油路壓力低于限壓閥的調(diào)定壓力，回轉(zhuǎn)馬達即被制動，其最大制動力矩由限壓閥決定。當回轉(zhuǎn)操縱閥回中位產(chǎn)生液壓制動作用時，挖掘機上部回轉(zhuǎn)體的慣性動能將轉(zhuǎn)換成液壓位能，接著位能又轉(zhuǎn)換為動能，使

32、上部回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生反彈運動來回振動，使回轉(zhuǎn)齒圈和油馬達小齒輪之間產(chǎn)生沖擊、振動和噪聲，同時鏟斗來回晃動，致使鏟斗中的土灑落，因此挖掘機的回轉(zhuǎn)油路中一般裝設(shè)防反彈閥。2.3.3 節(jié)流回路節(jié)流調(diào)速是利用節(jié)流閥的可變通流截面改變流量而實現(xiàn)調(diào)速的目的，通常用于定量系統(tǒng)中改變執(zhí)行元件的流量。這種調(diào)速方式結(jié)構(gòu)簡單，能夠獲得穩(wěn)定的低速，缺點是功率損失大，效率低，溫升大，系統(tǒng)易發(fā)熱，作業(yè)速度受負載變化的影響較大。根據(jù)節(jié)流閥的安裝位置，節(jié)流調(diào)速有進油節(jié)流調(diào)速和回油節(jié)流調(diào)速兩種 1- 齒輪泵 2- 溢流閥 3- 節(jié)流閥 4- 換向閥 5- 油缸圖2-3 節(jié)流回路Fig. 2 -3 throttle circuit圖

33、2-3 (A為進油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥 3 安裝在高壓油路上，液壓泵 1 與節(jié)流閥串聯(lián)，節(jié)流閥之前裝有溢流閥 2，壓力油經(jīng)節(jié)流閥和換向閥 4 進入液壓缸 5 的大腔使活塞右移。負載增大時液壓缸大腔壓力增大，節(jié)流閥前后的壓力差減小，因此通過節(jié)流閥的流量減少，活塞移動速度降低，一部分油液通過液流閥流回油箱。反之，隨著負載減小，通過節(jié)流閥進入液壓缸的流量增大，加快了活塞移動速度，液流量相應(yīng)地減少。這種節(jié)流方式由于節(jié)流后進入執(zhí)行元件的油溫較高，增大滲漏的可能性，加以回油無阻尼，速度平穩(wěn)性較差，發(fā)熱量大，效率較低。圖 2-3 (B為回油節(jié)流調(diào)速，節(jié)流閥安裝在低壓回路上，限制回油流量?；赜凸?jié)流后的油液雖然發(fā)熱

34、，但進入油箱，不會影響執(zhí)行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比較穩(wěn)定。液壓挖掘機的工作裝置為了作業(yè)安全，常在液壓缸的回油回路上安裝單向節(jié)流閥，形成節(jié)流限速回路。如圖 2-3（C ）所示，為了防止動臂因自重降落速度太快而發(fā)生危險，其液壓缸大腔的油路上安裝由單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥。此外，斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸在相應(yīng)油路上也裝有單向節(jié)流閥。2.3.4 行走限速回路履帶式液壓挖掘機下坡行駛時因自重加速，可能導(dǎo)致超速溜坡事故，且行走馬達易發(fā)生吸空現(xiàn)象甚至損壞。因此應(yīng)對行走馬達限速和補油，使行走馬達轉(zhuǎn)速控制在允許范圍內(nèi)。 1- 換向閥 2.3- 壓力閥 4.5.6- 單向閥 8.9- 安全閥 1

35、0- 行走馬達圖2-4 行走限速回路Fig. 2 -4 walking limit speed circuit行走限速回路是利用限速閥控制通道大小，以限制行走馬達速度。比較簡單的限速方法是使回油通過限速節(jié)流閥，挖掘機一旦行走超速，進油供應(yīng)不及，壓力降低，控制油壓力也隨之降低，限速節(jié)流閥的通道減小，回油節(jié)流，從而防止了挖掘機超速溜坡事故的發(fā)生。履帶式液壓挖掘機行走馬達常用的限速補油回路如圖 2-4 所示，它由壓力閥2、3，單向閥 4、5、6、7 和安全閥 8、9 等組成。正常工作時換向閥 1 處于右位，壓力油經(jīng)單向閥 4 進入行走馬達 10，同時沿控制油路推動壓力閥2，使其處于接通位置，行走馬達

36、的回油經(jīng)壓力閥 2 流回油箱。當行走馬達超速運轉(zhuǎn)時，進油供應(yīng)不足，控制油路壓力降低，壓力閥 2 在彈簧的彈力作用下右移，回油通道關(guān)小或關(guān)閉，行走馬達減速或制動，這樣便保證了挖掘機下坡運行時的安全。這種限速補油回路的回油管路上裝有 510bar 的背壓閥，行走馬達超速運轉(zhuǎn)時若主油路壓力低于此值，回油路上的油液推開單向閥 5 或 7 對行走馬達進油腔補油，以消除吸空現(xiàn)象。當高壓油路中壓力超過安全閥 8 或 9 的調(diào)定壓力時，壓力油經(jīng)安全閥返回油箱。 1- 行走 2- 動臂. 鏟斗 3- 前泵 4- 行走 5- 后泵 6- 回轉(zhuǎn). 斗桿 7- 先導(dǎo)油壓圖2-5 直走閥油路Fig. 2 -5 turn

37、 right valve circuit此外為了實現(xiàn)工作裝置、行走同時動作時的直線行駛，一般采用直行閥，圖2-5 為直行閥工作原理圖。在行駛過程中，當任一作業(yè)裝置動作時，作業(yè)裝置先導(dǎo)操縱油壓就會作用在直行閥上，克服彈簧力，使直行閥處于上位。圖中前泵并聯(lián)供左右行走，后泵并聯(lián)供回轉(zhuǎn)、斗桿、鏟斗和動臂動作，后泵還可通過單向閥和節(jié)流孔與前泵合流供給行走。2.3.5 合流回路為了提高挖掘機生產(chǎn)效率、縮短作業(yè)循環(huán)時間，要求動臂提升、斗桿收放和鏟斗轉(zhuǎn)動有較快的作業(yè)速度，要求能雙（多）泵合流供油，一般中小型挖掘機動臂液壓缸和斗桿液壓缸均能合流，大型挖掘機的鏟斗液壓缸也要求合流。目前采用的合流方式有閥外合流、閥

38、內(nèi)合流及采用合流閥供油幾種合流方式。閥外合流的液壓執(zhí)行元件由兩個閥桿供油，操縱油路聯(lián)動打開兩閥桿，壓力油通過閥外管道連接合流供給液壓作用元件，閥外合流操縱閥數(shù)量多，閥外管道和接頭的數(shù)量也多，使用上不方便。閥內(nèi)合流的油道在內(nèi)部溝通，外面管路連接簡單，但內(nèi)部通道較復(fù)雜，閥桿直徑的設(shè)計要綜合平衡考慮各種分合流供油情況下通過的流量。合流閥合流是通過操縱合流閥實現(xiàn)油泵的合流，合流閥的結(jié)構(gòu)簡單，操縱也很方便。2.3.6 閉鎖回路圖2-6 閉鎖回路 圖2-7 再生回路Fig.2 -6 closed loop Fig. 2 -7 renewable loop動臂操縱閥在中位時油缸口閉鎖，由于滑閥的密封性不好會

39、產(chǎn)生泄露，動臂在重力作用下會產(chǎn)生下沉，特別是挖掘機在進行起重作業(yè)時要求停留在一定的位置上保持不下降，因此設(shè)置了動臂支持閥組。如圖 2-6 所示，二位二通閥在彈簧力的作用下處于關(guān)閉位置，此時動臂油缸下腔壓力油通過閥芯內(nèi)鉆孔通向插裝閥上端，將插裝閥壓緊在閥座上，阻止油缸下腔的油從 B 至 A，起閉鎖支撐作用。當操縱動臂下降時，在先導(dǎo)操縱油壓 P 作用下二位二通閥處于相通位置，動臂油缸下腔壓力油通過閥芯鉆孔油道經(jīng)二位二通閥回油，由于閥芯內(nèi)鉆孔油道節(jié)流孔的節(jié)流作用，使插裝閥上下腔產(chǎn)生壓差，在壓差作用下克服彈簧力，將插裝閥打開，壓力油從 B 至 A。2.3.7 再生回路動臂下降時，由于重力作用會使降落速

40、度太快而發(fā)生危險，動臂缸上腔可能產(chǎn)生吸空，有的挖掘機在動臂油缸下腔回路上裝有單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥，使動臂下降速度受節(jié)流限制，但這將引起動臂下降慢，影響作業(yè)效率。目前挖掘機采用再生回路，如圖 2-7 所示，動臂下降時，油泵的油經(jīng)單向閥通過動臂操縱閥進入動臂油缸上腔，從動臂油缸下腔排除的油需經(jīng)節(jié)流孔回油箱，提高了回油壓力，使得液壓油能通過補油單向閥供給動臂缸上腔。這樣當發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速和泵的流量較低時，能防止動臂因重力作用下迅速下降而使動臂缸上腔產(chǎn)生吸空。3 挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1 挖掘機的功用和對液壓系統(tǒng)的要求挖掘機主要用來開挖塹壕，基坑，河道與溝渠以及用來進行剝土和挖掘礦石。他在筑路

41、，建筑，水利施工，露天開采礦作業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用1。液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)是由動力元件(各種液壓泵, 執(zhí)行元件(液壓缸. 液壓馬達, 控制元件(各種閥 以及輔助裝置(冷卻器. 過濾器 用油管按一定方式連接起來組合而成。它將發(fā)動機的機械能, 以油液作為介質(zhì), 經(jīng)動力元件轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗? 進行傳遞, 然后再經(jīng)過執(zhí)行元件轉(zhuǎn)返為機械能, 實現(xiàn)主機的各種動作。由于液壓系統(tǒng)的功能是傳遞, 分配和控制機械動力, 因此是液壓挖掘機的關(guān)鍵部分。,液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，它們包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路、支腿順序回路、支腿鎖止回路和先導(dǎo)閥操縱回路

42、等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。液壓挖掘機的工作過程, 包括作業(yè)循環(huán)和整機移動兩項主要動作。液壓挖掘機的的一個作業(yè)循環(huán)的組成包括:挖掘一般以斗桿缸動作為主, 用鏟斗缸調(diào)整切削角度, 配合挖掘。有特殊要求的挖掘動作, 則根據(jù)作業(yè)要求, 進行鏟斗, 斗桿和動臂三個缸的復(fù)合動作, 以保證鏟斗按某一特定軌跡運動。滿斗提升及回轉(zhuǎn)挖掘結(jié)束, 鏟斗缸推出, 動臂缸頂起, 滿斗提升, 同時回轉(zhuǎn)電動機啟動, 轉(zhuǎn)臺向卸土方向回轉(zhuǎn)。卸載回轉(zhuǎn)到卸載地點, 轉(zhuǎn)臺制動。斗桿缸調(diào)整卸載半徑, 鏟斗缸收回, 轉(zhuǎn)斗卸載。當對卸載位置和卸載高度有嚴格的要求時, 還需要動臂配合動作。返回卸載結(jié)束, 轉(zhuǎn)臺向反方向回轉(zhuǎn)。同時,

43、動臂缸與斗桿缸配合動作, 使空斗下放到新的挖掘位置。挖掘機一般工作在施工場合, 因此工作環(huán)境惡劣, 這就要求挖掘機的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件要有足夠的強度和非常好的密封性能。由于挖掘機的動作頻繁, 因此, 液壓元件和管路要能夠承受頻繁的液壓沖擊, 以保證挖掘機能夠長時間安全穩(wěn)定的工作。設(shè)計出便于操作，更加人性化，工作效率高，耗能少的挖掘機，才會在工程領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。3.2 挖掘機液壓系統(tǒng)分析3.2.1 挖掘機的液壓系統(tǒng)原理圖挖掘機的液壓系統(tǒng)原理圖如下 3.2.2 系統(tǒng)工作循環(huán)分析 根據(jù)挖掘機的作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)應(yīng)完成挖掘，滿斗提升回轉(zhuǎn)，卸載和返回工作循環(huán)。 上述工作循環(huán)由系統(tǒng)中的一般工作回路實現(xiàn)

44、。（1） 通常以鏟斗缸或兩者配合進行挖掘；必要時配以動臂動作。操縱多路閥組14中的換向閥2處于右位，此時鏟斗缸活塞伸出，推動鏟斗挖掘?；蛘咄瑫r操縱換向閥14-7使兩者配合進行挖掘。必要時操作換向閥14-1，使處于右位或左位，則來油進入動臂缸，使動臂上升或下降以配合鏟斗缸和斗桿缸動作，提高挖掘效率。（2） 動臂上升：操縱換向閥14-1處于右位，動臂上升。（3） 回轉(zhuǎn)：操縱換向閥14-3處于左位或右位，則來油進入回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動馬達帶轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)向卸土處。（4） 卸載：操縱換向閥14-6控制斗桿缸，調(diào)節(jié)卸載半徑；然后操縱換向閥14-2處于左位，使鏟斗缸活塞回縮，鏟斗卸載。為了調(diào)整卸載位置還要有動臂缸的配合。

45、此時是斗桿缸和鏟斗復(fù)合動作，兼以動臂動作。（5）動臂下降：操縱換向閥14-1處于左位，使動臂缸完成上升動作。3.2.3 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用換向閥4控制的輔助液壓缸20供抓斗作業(yè)時使用。為了限制動臂. 斗桿. 鏟斗因自重而快速下降，在其回路上均設(shè)置了單向節(jié)流閥整機行走由行走馬達驅(qū)動。左右馬達分別屬于兩條獨立的油路。如同時操縱換向閥8和2使處于左位和右位，左右馬達即正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速相同（在兩條油路的容積效率相等的情況下）。因此挖掘機可保持直線行駛。若使用單泵系統(tǒng)，則難以做到這一（在左右馬達行駛阻力不等的情況下）。在左. 右行走馬達內(nèi)設(shè)有液壓雙速閥，可獲得兩檔行走速度。一般情況下，行走馬達

46、內(nèi)部兩排柱塞缸并聯(lián)供油，為低速檔；系統(tǒng)回油路上的限速閥10在挖掘機下坡時用來自動控制行走速度，防止超速滑坡。在平路上正常行駛或進行挖掘作業(yè)時，因液壓泵出口油壓力較高，高壓油將通過梭閥11使限速閥10處于左位，從而取消回油節(jié)流。如在下坡行駛時一旦出現(xiàn)超速現(xiàn)象，液壓泵輸出的油壓力降低，限速閥在其彈簧力的作用下又會回到圖示節(jié)流位置，從而防止超速滑坡。該機在挖掘作業(yè)時，常需動臂缸與斗桿缸快速動作以提高生產(chǎn)效率。為此在系統(tǒng)中增加了合流閥5。合流閥在圖示位置時，泵A ，B 不合流。當操縱合流處于左位時A 泵輸出的壓力油經(jīng)合流閥5的左位進入多路閥組II. 與B 泵一起向動臂缸和斗桿缸供油，以加快動臂和斗桿的

47、動作速度。在兩組多路閥的進油路上設(shè)有安全閥以限制系統(tǒng)的最大工作壓力。在各液壓缸和液壓馬達的分支油路上均設(shè)有過載閥以吸收工作裝置的沖擊能量。3.2.4 液壓系統(tǒng)中幾種低壓回路的作用（1） 背壓油路：由系統(tǒng)回路上的背閥所產(chǎn)生的低壓油（0.81MPa）在制動或出現(xiàn)超速吸空時通過雙向補油閥26向液壓馬達的低油腔補油，以保證滾輪始終貼緊導(dǎo)軌表面，使馬達工作平穩(wěn)并有可靠的制動性能。（2） 排灌油路：將低壓油經(jīng)節(jié)流閥減壓后引入液壓馬達殼體，使馬達即使在不運轉(zhuǎn)的情況下客體內(nèi)仍保持一定的循環(huán)油量。其目的，一是使馬達殼體內(nèi)的磨損物經(jīng)常得到?jīng)_洗；二是對馬達進行預(yù)熱，防止當外界溫度過低時由主油路通入溫度較高的工作油液以后引起配油軸及柱塞副等精密配合局部不均勻的熱膨脹，使馬達卡住或咬