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1、1,第8章,典型液压系统的分析与设计,2,8.1 典型液压系统分析,8.1.1 W20-100挖掘机液压系统分析 1工作原理 1）挖掘：硬土壤时，以斗杆缸2动作为主，用铲斗缸3调整切削角度，配合挖掘；松散土壤时，以铲斗缸3动作为主，必要时（如铲平基坑底面或修整斜坡等有特殊要求的挖掘动作），铲斗、斗杆、动臂三个液压缸须根据作业要求复合动作，以保证铲斗按特定轨迹运动。 2）满斗提升及回转：铲斗缸3推出，动臂缸1顶起，满斗提升。同时，回转液压马达，驱动回转平台4向卸载方向旋转。 3）卸载：当转台回转到卸载处时，回转停止。通过动臂缸1和铲斗缸3配合动作，使铲斗对准卸载位置。然后，铲斗缸3内缩，铲斗翻转
2、卸载。 4）返回： 卸载结束后，转台反转，配以动臂缸1、斗杆缸3及铲斗缸3的复合动作，将空斗返回到新的挖掘位置，开式第二个工作循环。为了调整挖掘点，还要借助行走机构驱动整机行走。,图8-1 履带式单斗液压挖掘机简图 1-动臂缸；2-斗杆缸；3-铲斗缸；4-回转平台；5-行走履带,3,2.液压系统工作原理,图8-2 1m3单斗液压挖掘机液压系统图 1、2-液压泵；3-回转马达；4-缓冲补油阀组；5、6-左、右履带行走马达；7-行走马达中的双速阀；8-补油单向阀；9-中心回转接头；10-限速阀；11、18-溢流阀；12-梭阀；13-合流阀；14-铲斗缸；15-斗杆缸 ；16-动臂缸；17-单向节流
3、阀；19-背压阀；20-节流阀；21-冷却器；22-滤油器；23-缓冲阀,4,1）一般操作回路 单一动作供油时，操作某一换向阀，即可控制相应执行机构工作；串联供油时，只须同时操作几个换向阀，切断卸载回路，泵的流量进入第一个执行机构，循环后又进入第二个执行机构。由于是串联回路，在轻载下可实现多机构的同时动作。各执行机构要短时锁紧或制动，可操作相应换向阀使其处于中位来实现。,5,2）合流回路 手控合流阀13在右位时起分流作用。当多路换向阀A控制的执行机构不工作时，操作此阀（使阀处于左位），则泵1输出的压力油经多路换向阀A进入多路换向阀B，使两泵合流，从而提高多路换向阀B控制的执行机构的工作速度。一
4、般是动臂、斗杆机构常需快速动作，以提高工作效率。,A,B,6,3）限速回路 1：多路换向阀A、B的回油都要经限速阀10流至回油总管。限速阀的作用是自动控制挖掘机下坡时的行走速度，防止超速溜坡。,7,2：行走马达中的双速阀7可使马达中的两排柱塞实现串、并联转换。当双速阀7处于图示位置时，高压油并联进入每个马达的两排油腔，行走马达处于低速大转矩工况，此工况常用于道路阻力大或上坡行驶工况。当双速阀7处于另一位时，可使每个马达的两排油腔处于串联工作状态，行走马达输出转矩小，但转速高，行走马达处于高速小转矩工况。因而，该挖掘机具有两种行驶速度，即3.4km/h和1.7km/h。,8,3：为限制动臂和斗杆
5、机构的下降速度和防止它们在自重下超速下降，在它们的支路上设置了单向节流阀17,9,4）调压、安全回路 各执行机构进油路与回油总管之间都设有安全阀18、11，以分别控制两回路的工作压力，其调定压力均为32MPa。,10,5）背压补油回路 进入液压马达内部（柱塞腔、配流轴内腔）和马达壳体内（渗漏低压油）的液压油温度不同，使马达各零件膨胀不一致，会造成密封滑动面卡死。为防止这种现象发生，通常在马达壳体内（渗漏腔）引出两个油口，一油口通过节流阀20与有背压的回油路相通，另一油口直接与油箱相通（无背压）。这样，背压回路中的低压热油（约）经节流阀20减压后进入液压马达壳体，使马达壳体内保持一定的循环油，从
6、而使马达各零件内、外温度和液压油油温保持一致。壳体内油液的循环流动还可冲掉壳体内的磨损物。此外，在行走马达超速时，可通过补油单向阀8向马达补油，防止液压马达吸空。,11,3.液压系统特点,1）液压系统具有较高的生产率，并能充分利用发动机功率。由于该液压挖掘机采用了双泵双回路系统，泵1、2分别向多路阀A、B控制的执行机构供油，因而分属这两回路中的任意两机构，无论是在轻载还是在重载下，都可实现无干扰的复合动作，例如铲斗和动臂、铲斗和斗杆的复合动作；多路阀A、B所控制的执行机构在轻载时也可实现多机构的同时动作。因此，系统具有较高的生产率，能充分利用发动机的功率。 2）系统能保证在负载变化大以及急剧冲
7、击、振动的工作条件下，有足够的可靠性。单斗挖掘机各主要机构起动、制动频繁，工作负荷变化大、振动冲击大。由于系统具有较完善的安全装置（如防止动臂、斗杆因自重快速下降，防止整机超速溜坡的装置等），因而保证了系统在工作负载变化大且有急剧冲击和振动的作业条件下，仍具有可靠的工作性能。 3）系统液压元件的布置均采用集成化，安装及维修保养方便。如所用的压力调节均集中在多路换向阀阀体内，所有滤清元件集中在油箱上，双速阀同双速马达组成一体。这样，在几个单元总成之间，只需通过管路连接即可，便于安装及维修保养。 4）由于系统采用了轻便、耐振的油液冷却装置和排油回路，可保证系统在工作环境恶劣、温度变化大、连续作业条
8、件下，油温不超过80，从而保证了系统工作性能的稳定。,12,8.1.2 TY320推土机液压系统分析,1.推土机对液压系统的要求 推上机是一种自行式铲土运输机械，可进行铲挖、运、填、平、松土等作业，其工作装置-铲刀和松土器的运动较为简单，要求液压系统能实现铲刀升降和松土器升降作业。,13,2.推土机液压系统工作原理 TY320推土机液压系统工作原理图如图8-3所示。该系统由一个CBG2160型齿轮泵提供压力油，泵2输出的压力油直接进入四位五通手动换向阀12、三位五通换向阀13和14，其中阀12控制铲刀液压缸升降，阀14控制铲刀垂直液压缸倾斜；阀13控制松土器液压缸升降。采用手动换向阀是工程机械
9、中最普遍的控制方式，它能人工控制换向卸载及调速和微动，阀12、13、14中位串联，能保证其控制的机构单独和同时工作。系统的压力为14MPa，由溢流阀3调定。 过载阀8用于防止当松土齿于固定位置作业时突然过载，其调定压力为16MPa。安全阀11与精滤器10并联，当回油中杂质堵塞滤油器时，回油压力增高，阀11被打开，油液直接通过阀11流回油箱。 单向阀5和7用以保证任何工况下压力油不倒流，避免作业装置意外反向动作。 单向补油阀4和6用以防止当铲刀和松土齿下降时，由于自重作用下降速度过快可能引起供油不足形成液压缸进油腔局部真空。在压力差作用下阀4及6打开，从油箱补油至液压缸进油腔，避免真空，使液压缸
10、动作平稳。 以TY320推土机为例，其工作装置的液压系统如图8-3所示，包括铲刀升降液压缸工作回路、铲刀垂直倾斜液压缸工作回路和松土器液压缸工作回路，三者构成串联回路，保证几个液压缸可同时动作。 液压系统应完成下述工作循环：铲刀下降、铲刀浮动(或固定)推土，铲刀提升，铲刀固定。,图8-3 TY320 推土机工作装置液压系统图 1-柴油机；2-液压泵；3-溢流阀；4、6-补油单向阀；5、7-止回阀；8-过载阀；9-油箱；10-精滤油器；11-滤油器安全阀；12-铲刀升降操纵阀；13-松土器升降操纵阀；14-铲刀垂直倾斜操纵阀；15-铲刀升降液压缸；16-松土器升降液压缸；17-铲刀垂直倾斜液压缸
11、；18-粗滤油器,14,（1）铲刀下降 操纵换向阀12处于左位，压力油进入铲刀液压缸15无杆腔，推动活塞杆上铲刀下降。有杆腔油液经换向阀12左位、换向阀13中位和14中位，经过滤油器10回油箱。 （2）铲刀浮动（或固定）推土 当操纵换向阀12处于右位，这时铲刀液压缸大小腔油口通过换向阀12右位，换向阀13、14的中位与泵2及油箱9互通。铲刀液压缸活塞处于浮动状态，铲刀自由支地，随地形高低浮动推土作业。这对于仿形推土及推土机倒行平整地面作业是很需要的。 （3）铲刀提升与固定 操纵换向阀12处于中右位，压力油经换向阀12中右位进入铲刀液压缸15小腔，同时大腔油经阀12中右位到换向阀13、14中位回
12、到油箱。这时铲刀液压缸15的活塞杆缩回，铲刀提升。 铲刀固定时操纵换向阀15处于中位。这时铲刀液压缸进、出油口被封闭，铲刀依靠换向阀的锁紧作用停留固定在某一位置。,15,8.1.3 ZL50装载机液压系统分析,图8-4 ZL50型装载机液压系统图 1-转向泵；2-辅助泵；3-主泵；4-流量转换阀；5、6-换向阀；7、8-电磁阀；9-贮气筒；10、11-安全阀；12-双作用安全阀；13-随动阀；14-锁紧阀；15-单向节,16,（1）铲斗收起与前倾 铲斗的收起与前倾由转斗液压缸工作回路实现。操纵换向阀5处于右位，泵2、3输出的压力油经换向阀5右位进入转斗液压缸大腔，其小腔油液经换向阀5右位回油箱
13、17。 此时，转斗液压缸活塞杆伸出，通过摇臂斗杆带动铲斗翻转收起铲装。 操纵换向阀5处于左位，泵2、3来油经换向阀5左位进入转斗液压缸小腔，活塞杆缩回，通过摇臂斗杆推动铲斗前倾卸载。 操纵换向阀5处于中位，转斗液压缸进、出油口被封闭，依靠换向阀的锁紧作用铲斗停留固定在某一位置。,17,（2）动臂升降 动臂的升降由动臂液压缸工作回路实现。操纵换向阀6处于右位，泵2、3提供压力油经换向阀5中位到换向阀6右位进入动臂液压缸大腔，其小腔油液经换向阀5、6回油箱。此时动臂液压缸的活塞伸出，推动动臂上升。动臂提升到转运位置时操纵换向阀6处于中位，动臂液压缸的进、出油口被封闭，依靠换向阀的锁紧作用使动臂固定
14、以便转运。 铲斗前倾卸载后，操纵换向阀6处于中左位，压力油进入动臂液压缸小腔，其大腔油液回油箱，此时动臂液压缸的活塞杆缩回，带动动臂下降。 操纵换向阀6处于左位，动臂液压缸处于浮动状态，以便在坚硬地面上铲取物料或进行铲推作业。此时动臂能随地面状态自由浮动，提高作业效能。此外，还能实现空斗迅速下降，并且在发动机熄火的情况下亦能降下铲斗。 装载机动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能。液压缸的进油由主泵3和辅助泵2并联供油。流量总和最大可达320L/min。动臂处于升和降状态时可控制换向阀6阀口开度的大小进行节流调速，并通过加速踏板的配合，达到低速微调。,18,（3）装载机铰接车架折腰转向
15、 装载机铰接车架折腰转向由转向液压缸工作回路实现。转向液压缸的油液主要来自转向泵1，在发动机额定转速()下流量为。当发动机受到其他负荷的影响转速下降时，就会影响转向速度的稳定性。这时需要从辅助泵2通过流量转换阀4补入转向泵l所减少的流量，以保证转向油路的流量稳定；当流量转换阀4在相应位置时也可将辅助泵剩余的压力油供给工作装置油路，以加快动臂液压缸和转斗液压缸的动作速度，缩短作业循环时间和提高生产率。,19,2.装载机液压系统特点 1)在系统中，动力元件2、3为两个并联的CB-G型齿轮泵，I为CB-46型齿轮泵(三泵以6135Q型柴油机为动力驱动)。齿轮泵3是工作主泵，2是辅助泵，1是转向泵；
16、2)流量转换阀4可从辅助泵补充转向泵所减少的流量供给转向油路，起到保证转向油路流量稳定的作用； 3）双作用安全阀12具有控制工作装置系统的工作压力、防止过载和缓冲补油等作用； 4）为了提高生产率和避免液压缸活塞杆伸缩到极限位置造成安全阀频繁启闭，在工作装置和换向阀上装有自动回位装量，以实现工作中铲斗自动放平。在动臂后饺点和转斗液压缸处装有自动限位行程开关。当动臂举升到最高位置或铲斗随动臂下降到与停机面正好水平的位置时，行程开关碰到触点，电磁阀7或8通电动作。气压系统接通气路，贮气筒内的压缩空气进入换向阀6或5的端部松开弹跳定位钢球。阀杆便在弹簧作用下回至中位，液压缸停止工作。当行程开关脱开触点时电磁阀断电而回位关闭进气通道，阀体内的压缩空气从放气孔排出。,20,8.1.4 汽车起重机液压系统,汽车起重机是将起重机安装在汽车底盘上的一种起重运输设备。它主要由起升、回转、变幅、伸缩和支腿等工作机构组成，这些动作的完成由液压系统来实现。对于汽车起重机的液压系统，一般要求输出力大、动作要平稳、耐冲击、操作要灵活、方便、可靠、安全。,21,22,(1)支腿回路,起吊时，须由支腿液压缸来承受负载,
