挖掘机液压系统分析

《挖掘机液压系统分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挖掘机液压系统分析（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、全液压挖掘机液压系统分析全液压挖掘机液压系统分析 冀 宏 兰州理工大学 2013年8月 主要内容主要内容 液压系统特点液压系统特点 双泵双回路定量泵系统双泵双回路定量泵系统 双泵双回路全功率调节变量泵系统双泵双回路全功率调节变量泵系统 负载敏感系统负载敏感系统 负流量系统负流量系统 正流量系统正流量系统 节流控制系统节流控制系统 一一 、液压系统特点、液压系统特点 （一）液压系统的类型（一）液压系统的类型 多采用开式系统。 有些回转机构专用一个液压泵单独供油与回转液压马达组成闭式回路。 挖掘机液压系统常按液压泵和回路的数量、变量和功率调节方式来分类。 双泵双回路： 要求铲斗缸与斗杆杠同时动作；

2、动臂缸与回转马达同时动作； 一个泵供铲斗缸、动臂缸和左行走马达；另一个泵供斗杆杠、回转马达和 右行走马达。 双泵合流：动臂或斗杆单独动作 （二）变量和功率调节方式（二）变量和功率调节方式 液压挖掘机常采用恒功率变量泵、负载敏感变量泵等。 （三）回路组合和合流方式（三）回路组合和合流方式 1. 串联油路 多路阀内第一联阀的回油为第二联阀的进油，依次直到最后一联。 可以实现多个执行机构的复合动作；系统压力高。 2. 并联油路 多路阀内各换向阀进油口与总的压力油相连，各回油口与总回油路相连。 几个执行机构可以同时动作；同时换向时，负载小的先动作。 3. 顺序单动油路 进油路串联，回油路并联。只能按顺

3、序动作。 4. 复合油路 合流方式： 1）设置专用的合流阀 2）换向阀同步动作 二、双泵双回路定量泵系统二、双泵双回路定量泵系统 1m3的WY-100型液压挖掘机液压系统。 双泵双回路定量泵系统 串联油路 手控合流。 boom arm bucket 大臂油缸 斗杆油缸 铲斗油缸 动作特点：动作特点： 复合动作：铲斗缸与斗杆杠同时动作；动臂缸与回转马达同时动作复合动作：铲斗缸与斗杆杠同时动作；动臂缸与回转马达同时动作 优先动作：回转优先、铲斗优先优先动作：回转优先、铲斗优先 双泵合流（实现快速运动）：斗杆、动臂缸上行、铲斗缸外伸双泵合流（实现快速运动）：斗杆、动臂缸上行、铲斗缸外伸 两泵分别向各

4、自的多 路阀供油 行走马达可 双速调节 单向节流阀调节动 臂等下落速度，防 止超速下落 串联式手动多路阀：四联，前联动作优先 电磁合流阀: 可加快动臂缸、斗杆 缸等速度 铲斗缸 调幅辅助缸 动臂缸斗杆杠 推土板 升降缸 右行走马达 左行走马达 回转马达 限速阀： 挖掘机下坡时可自动 控制行走速度，防止 超速溜坡 梭阀： 当回路压力高于 0.81.5MPa时，限速 阀不起作用，即挖掘 作业时不起节流限速 作用多路阀进口有主安全阀； 每个连接执行元件的油口均设置安全阀； 三、双泵双回路全功率调节变量系统三、双泵双回路全功率调节变量系统 双泵双回路全功率调节变量系统。 双联轴向柱塞泵； 双向对流油路

5、的三位六通液控多路阀； 注：液动换向阀中对中弹簧未画出 主泵为恒功率变量控制，带有 压力切断功能（恒压控制）。 当两泵工作压力之和低于设定 压力时，变量泵按全功率调节； 当任一泵超载时，高压油打开 顺序阀，进入恒压控制调节缸， 使液压泵按恒压调节。 辅助泵：1.43 MPa 用于先导控制、冷却回路的风扇马达 p1 p2 q1,q2 过载补油阀 多路阀液动换向，串并联复合油路； 中位机能有O型、Y型。 多路阀中位：双泵合流回油，泵卸荷 挖掘机液压系统执行元件复合动作控制原理简图 过载补油 压力补偿器（定差 减压阀） 梭阀组将各执行元件中最高负载压力 选出，送入定差减压阀，使得各主阀 进油阀口的压

6、差相等。 实现单泵、多执行器复合动作。 挖掘机复合动作控制系统：负载敏感泵、带压力补偿阀的多路阀构成。 可使操作者用最短时间完成挖掘机各种复杂的动作组合，提高作业效率。 LINDE 负载敏感，阀后补偿，单泵多执行器复合动作。 行走马达液压回路行走马达液压回路 常闭式马达制动器 斗杆缸油路：两联同时换向，实现双泵合流 1）回转马达油路：优先动作 2）回转马达：缓冲阀，防止启 动和制动开始时的液压冲击 动臂缸油路： 动臂提升时，两联同时换向、上位工作，实现双泵合流 动臂下落时，单独回油，平衡回路 平衡阀 铲斗缸油路： 通过合流导阀，实现大腔合流 合流导阀 四、负载敏感液压系统四、负载敏感液压系统

7、具体系统：FR65型液压挖掘机液压系统 。 单个负载敏感泵：A10VO轴向柱塞泵（恒定驱动力矩） 负载敏感多路阀（LUDV） 注：先导控制回路未画出 负载敏感系统原理图负载敏感系统原理图 流量控制阀 压力控制阀 功率控制阀 单向节流阀 调节动态响 应速度。 A10VO轴向柱塞泵：轴向柱塞泵：A10VO63LA8DS/53R In order to achieve a constant drive torque with varying operating pressures, the swivel angle and with it the output flow from the axial

8、 piston pump is varied so that the product of flow and pressure remains constant. sin 1 FF 设活塞到斜盘转 动中心的距离为 L 则斜盘绕其中心 转动时的力矩 LFT 1 当流量达到一定 值时，斜盘转矩 几乎不变。 222014/11/17222014/11/17222014/11/17 LUDV系统控制原理系统控制原理 compensator LS腔仅由此联阀的压力补偿器供油，低负载对应的换向阀中补偿器阀口开度较 小，不向LS供油。 各压力补偿器的进口压力相等且取决于执行元件中的最高负载压力（仅比变量 泵

9、出口压力低一个进油测量阀口的压差）。 各执行元件速度仅取决于各联换向阀的进油测量阀口面积。 独立操纵或最高负载执行机构独立操纵或最高负载执行机构 以动臂下降为例以动臂下降为例 在饱和系统的操作中，经由测 流节流口需求的流量小于或等 于泵的 流量，p基本上与泵的流量控 制器上设定值相一致 带有更高负载压力执行机构的同步动作带有更高负载压力执行机构的同步动作 以动臂上升和铲斗卸料为例以动臂上升和铲斗卸料为例, 动臂上升负载压力相对铲斗动臂上升负载压力相对铲斗 卸料负载压力较大时卸料负载压力较大时 当系统是非饱和状态时,负载 压力最高的执行机构的压力补 偿阀完全打开，并且LS的压 力为此压力，因此系

10、统压力、 p和流量也随着非饱和状态 程度的增加而下降 。 回转马达回路回转马达回路 过载补油阀溢流阀防止油路压力在开始回转和停止回转时超过设定压力。 延迟阀由一个两位三通的控制阀和节流口组成；当马达制动时，油液通过 节流口，使得制动器需要一段时间才开始制动；当马达解除制动时，压力油通 过PG向制动器进油，克服弹簧力而制动解除。 回转马达工作原理图 1回转停车制动器2延迟阀 3缓冲阀4补油阀 LUDV系统 （from WDH） 五、负流量系统五、负流量系统 FR200型挖掘机液压系统 双泵双回路恒功率变量泵系统 具有负流量控制功能 多路阀：开式中位 （Negative Flow Control

11、） 负流量控制系统起源于日本，20世纪80年 代出现在挖掘机上，其目的是为了消除开 式中位六通多路阀工作时产生的旁路节流 损失。与传统的恒功率变量控制相比，负 流量控制克服了泵总在最大流量、最大功 率、最大压力下工作的极端状态，节能效 果明显。 工作原理 按主操纵阀回油量的大小即主操纵阀阀后节流孔 前建立相应的控制压力调节主油泵的排量。主油 泵的排量与该控制压力成反比。 图1 负流量控制原理图 图2 主控制阀处于中位 当主控制阀处于中位时，泵输 出的液压油直接通油箱，通过 节流阀口R的流量最大。则R前 的压力升高，即FR口的压力升 高，此时活塞1将阀4的阀芯推 向左边，阀4的工作口换到右端，

12、此时泵出口的一部分油液通过 阀4的右端进入变量活塞2的右 腔内，推动活塞向左移动使泵 的排量减小，即泵的输出流量 减小。 即FR口压力升高，泵的排量减 小。 R FR R 1 2 3 4 Pi i1 1 图3 主控制阀动作 当主控制阀工作时，通向负载 的流量增大，使得FR口压力降 低，泵的排量增大，即泵的输 出流量增大。 即FR口的压力减小时，泵的排 量变大。 由于FR口的压力信号位于主阀 旁路出口，只有在主控制阀有 动作时该压力信号才会发生变 化，从而使泵的排量发生。 FR R R 4 2 1 Pi i1 1 3 Qp Qa Qr 图4 Qp、 Qa 、 Qr与先导压力Pi的关系 变量泵输出

13、的流量通过主阀去工作，主阀中 位的剩余流量回来对液压泵的排量进行调节， 这种结构对系统流量构成了闭环控制，其控 制系统结构如图4。 操作手柄 液压阀执行元件液压泵 液阻 变量机构 图5 负流量系统的控制结构图 优点 集中体现在流量损失控制上，由于旁路流量引起集中体现在流量损失控制上，由于旁路流量引起 的压力对主泵排量的调节的压力对主泵排量的调节, 使负流量系统成为闭环使负流量系统成为闭环 控制系统控制系统, 当下游的流量需求发生变化时当下游的流量需求发生变化时, 流量变流量变 化信息及时反馈到流量供给元件化信息及时反馈到流量供给元件, 并使系统的流量并使系统的流量 重新达到平衡。重新达到平衡。

14、 缺点 1.负流量系统的响应速度较低。 负流量系统对流量的控制是闭环的流量偏差控制，只有当液压泵和液压阀的 流量供需之间出现不匹配时，对流量才有纠正作用，这在本质上是一种事后 补偿机制。由于反馈通道和前向通道都存在延时，当操作人员对液压阀进行 操作时，流量需求信息要经过反馈通道控制液压泵排量，执行机构的速度并 不能及时跟随液压阀开度的变化，使得操作人员感觉到系统的操控性较差。 2. 负流量系统的动态流量稳定性较差。 由于闭环控制系统的特性，负流量系统在稳态和准静态过程下的流量控制精 度较高。但是，挖掘机工作时的流量需求是一个动态过程，动臂、斗杆、铲 斗和回转等执行机构要求又快又准的速度控制和位

15、置控制，有时候流量需求 的变化频率会较高，这就要求负流量系统在具有快速性的同时具有较高的稳 定性。实际上，由于反馈通道存在较大的延时，对于某些频段的流量需求， 反馈环节与控制信号的相位差可能持续增大，直至超出负反馈的边界而出现 短时的正反馈，从而导致系统流量出现不稳定甚至震荡。 3. 对液压泵变量机构持续的微调。 为了得到较高的流量精度，反馈环节需要持续不断的对液压泵的变量机构进 行微调，加剧了液压泵变量机构的磨损，降低了液压泵的寿命。 典型应用 2.变量泵 2. 变量泵 3.铲斗阀 4. 动臂阀1 5. 动臂阀2 6、7.负流量控制阻尼孔 8. 动臂油缸 9.铲斗油缸 K3V系列主液压泵及K

16、MX系列主阀所组成的系统是典型的负流 量控制系统，已得到广泛的应用。 单动作：单动作：动臂提升动臂提升、直线行走、回转、斗杆伸出与收进、直线行走、回转、斗杆伸出与收进、 铲斗外摆与内收铲斗外摆与内收 复合两个动作：回转复合两个动作：回转+直线行走、回转直线行走、回转+动臂提升、回转动臂提升、回转+铲斗、铲斗、 收斗杆收斗杆+收铲斗、收铲斗收铲斗、收铲斗+提升动臂、提升动臂、 回转回转+斗杆伸出与收进、斗杆伸出与收进、直线行走直线行走+提升动臂、提升动臂、 直线行走直线行走+收铲斗、直线行走收铲斗、直线行走+收斗杆收斗杆 复合三个动作：复合三个动作： 直线行走直线行走+收铲斗收铲斗+ 动臂提升、动臂提升、 直线行走直线行走+收斗杆收斗杆+提动臂、提动臂、 直线行走直线行走+斗杆斗杆+铲斗、铲斗、 回转回转+提动臂提动臂+收斗杆、收斗杆、 回转回转+动臂下降动臂下降+收斗杆收斗杆 动作类型动作类型 负流量控制系统负流量控制系统 主泵工作原理：主