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1、挖掘机的液压系统及控制柳工国内营销事业部培训中心帕斯卡原理帕斯卡原理 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。重物充满油面积小面积大力压力力压力 面积面积 速度流量速度流量 面积面积 功率速度功率速度 力力液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号 粗实线：主管路和主油道。 虚线：控制管路和控制油道。 双点划线：部件组成，它一般是封闭的。 油路接通与否：有3种方式表达。圆点与交叉 ；交叉与小圆弧；圆点与小圆弧 符号：P泵压力油A、B油缸
2、或马达的工作油口O、T、Dr油箱液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号由液压元
3、件组合而成的特种阀 由液压元件组合而成的特种阀液压系统的基本组成液压系统的基本组成动力元件：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 。 控制元件：各种阀。大致有压力控制阀、流量控制阀、方向控压力控制阀、流量控制阀、方向控 制阀制阀等。 辅助元件：油箱、过滤器、管路、接头、密封、冷却器、蓄能 器等等。液压泵液压泵齿轮泵齿轮泵吸油：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。液压泵液压泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵压力P（单位Mpa，兆帕）泵的输出压力由负载决定。负载压力，负载 压
4、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。液压泵的基本性能参数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=qn（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=PQ液压泵的基本性能参数液压泵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 其中P为马达进出口压力差， 为马达的机械 效率。
5、输出转速n（单位rpm，转/分钟）n=Q /q 其中为马达的容积效率。液压马达的基本性能参数液压马达的基本性能参数差动原理差动原理差动阀杆差动油缸双作用油缸S1S2F弹簧PP阀杆受力平衡方程：阀杆受力平衡方程： PS1PS1P S2 P S2 F F弹簧弹簧 PP（ S1 S1 S2 S2 ） F F弹簧弹簧液压控制阀液压控制阀流量控制阀 压力控制阀 方向控制阀流量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。 节流阀（阻尼孔）节流阀节流阀P前使液压油通过小孔、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
6、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。P后P=PP=P前前P P后后压力控制阀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。 直动式：中低压系统 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。 直动式：中低压系统 先导式：高压系统直动式安全阀直动式安全阀弹簧比较硬先导式安全阀先导式安全阀液压油通过节流孔时 ，在节流孔的前后产 生压力差P P=PP=PP P 弹簧很软弹簧比较硬直动式减压阀直动式减压阀液压油通过缝隙产 生压力降P P PC C=P=PA A P P保持出口压力 稳定的
7、措施方向控制方向控制阀阀主要控制方向，还可以利用阀的开度适度控制回路 的流量和压力。 单向阀：只允许液压油单方向通过。 选择阀：根据回路中压力的高低自动选择液压油通过的 方向。 截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过。 液压控制换向（液压先导控制） 电磁阀控制换向 二通插装阀单向阀单向阀选择阀（梭阀）选择阀（梭阀）A1A2换向阀换向阀PATPAT液控换向阀液控换向阀先导泵 来油先导泵 回油回位弹簧电磁阀电磁阀二通插装阀二通插装阀方向控制回路方向控制回路液压蓄能器液压蓄能器膜片充满氮气原理：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。液压系统的伺服控制液压系统
8、的伺服控制液压泵液压泵控制阀控制阀液压缸液压缸输入输入输出输出误差误差反馈反馈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。工作特点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
9、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。反反 馈是伺服控制系统的根本特征。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。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。工作特点工作特点液压伺服控制系统的应用示例液压伺服控制系统的应用示例PO阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合泵调节器挖掘机液压系统的主要部件挖掘机液压系统的主要部件挖掘机的液压系统挖掘机的液压系统轴向柱塞变量双泵轴向柱塞变量双泵轴向柱塞变量双泵液压柱塞泵和柱
10、塞马达的变量液压柱塞泵和柱塞马达的变量变量泵变量马达液压恒功率液压恒功率 控制（单台泵）泵调节器控制（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）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。负反馈当泵的转速 发生变化时，泵 的恒功率曲线也 发生变化。PQ 泵的恒功率曲线功率大功率小液压恒功率控制（单台泵）液压恒功率控制（单台泵）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
11、节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压 力p0（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。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 。液压恒功率控制要点液压恒功率控制要点 P= P1P2液压交叉控制两个小活塞 的面积相等液压全功率控制 （两台泵液压交叉控制） 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
12、台泵输出的流量 相等，即Q1=Q2；但是压力可以不同，即P1P2，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= P1P2来进行流量调节，只有当 P= P1P2 2 p0时进入全功率调节区域，才能充分 利用发动机的功率。液压全功率控制液压全功率控制泵的负流量控制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。泵的负流量控制P1泵调节器结构原理负流量控制
13、 总功率控制（液压交叉控制）泵调节器结构原理泵调节器结构原理（KAWASAKIKAWASAKI）液压交叉 压力阀杆负反馈连接伺服油缸导杆摇杆大圆孔与壳体固定铰接点伺服阀杆圆柱销支点滑块阀杆到位 后固定不 动伺服油缸 的移动而 带动导杆调节器杠杆机构原理图调节器杠杆机构原理图伺服阀杆伺服油缸反馈连杆驱动连杆负流量控制阀杆液压交叉阀杆驱动连杆伺服阀杆液压交叉控阀杆负流量控制阀杆反馈连杆伺服油缸主控阀液控多路阀换向回路液控多路阀换向回路斗杆缸大腔斗杆缸小腔功能： 并联回路； 单方向限制 通过阀杆的 流量，形成 优先功能； 回油再生。控制泵来油主泵来油液控换向液控换向控制 泵来 油B BT TP 主泵
14、来油主阀杆先导回油回 位 弹 簧A A单向阀主控制阀主控制阀直线行走：挖掘机在直线行走过程中，无论司机操纵 回转和工作装置的任何一个动作，直线行走阀 杆都会保持挖掘机的直线行走，或者说保持进 入两个行走马达的相对流量不改变。 基本原理：扣除其他动作需要的流量后，将两个泵的 出油经过直线行走阀杆汇合再重新分配给两个 行走马达。主控阀的独特功能主控阀的独特功能直线行走控制回路直线行走控制回路主控阀的独特功能主控阀的独特功能优先（相对于斗杆）回转优先：当同时操作回转和斗杆时，回转马达进油 多一些，斗杆缸进油少一些；动臂优先：当同时操作动臂和斗杆时，动臂缸进油多 一些，斗杆缸进油少一些；为什么要用优先
15、功能？是为了使挖掘机的组合动作更 加协调，作业效率更高。为什么一般相对于斗杆优先？因为斗杆缸是两泵合流 ，进入斗杆缸的流量很大，也就是说斗杆缸的运动速 度相对其他部件来比较快。主控阀的独特功能主控阀的独特功能中位锁定：当需要挖掘机很长时间定位不动（例如吊装 焊接管道时），因为圆柱形阀杆总会有少量泄漏 ，单靠主阀中位闭锁（当油缸无内泄时）是不可 靠的。所以必须在主阀与油缸之间再设置一个液 压锁定阀，依靠这个阀来保证动臂缸和斗杆缸长 时间定位。无控制油压AB单向阀A B，通； B A单向锁定，不通。二通插装阀单向锁定二通插装阀单向锁定锁定回路锁定回路二通插装阀二通插装阀控 制 泵 来 油BA作用：
16、 1.避免换向时发生 的点头现象； 2.保持长时间油缸 不泄露。 应用位置： 1.动臂大腔； 2.斗杆小腔。B A解锁 通道被阀杆遮断有控制油压该腔内的油被引回油箱AB主控阀的独特功能主控阀的独特功能回油再生（简称再生）：分动臂缸回油再生、斗杆缸回油再生和铲斗缸回 油再生。 再生的作用：加快这些油缸的运动速度，提高生产率。 再生的原理：在这些油缸的大腔进油时，如果大腔进油过快造 成泵供油不及，小腔的油可以通过单向阀直接补 给大腔。主安全阀（先导式）主安全阀（先导式）PT导阀 调压弹簧主阀弹簧主阀节流孔主安全阀开启状态主安全阀开启状态PT导阀打开主阀弹簧主阀节流孔油口溢流阀油口溢流阀作用： 1. 油缸或马达的中位保护； 2. 泵供油来不及的时候补油。 应用位置： 所有油缸（马达有自己特殊的 过载保护回路）。油口溢流阀油
