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1、挖掘机的液压系统及挖掘机的液压系统及控制控制帕斯卡原理帕斯卡原理 液体不可压缩液体不可压缩液体不可压缩液体不可压缩n n处于密闭容器内的液体对施处于密闭容器内的液体对施加于它表面的压力向各个方加于它表面的压力向各个方向等值传递。向等值传递。n n速度的传递按速度的传递按“ “容积变化相容积变化相等等” ”的原则。的原则。n n液体的压力由外载荷建立。液体的压力由外载荷建立。认为泵一出油就有压力是错认为泵一出油就有压力是错误的。误的。n n能量守恒。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
2、符号1.粗实线：主管路和主油道。2.虚线：控制管路和控制油道。3.双点划线：部件组成，它一般是封闭的。4.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5.符号： P泵压力油 A、B油缸或马达的工作油口 O、T、Dr油箱差动原理差动原理差动阀杆差动油缸双作用油缸液压系统的基本组成液压系统的基本组成n n液压泵：将机械能转换为液体压力能。n n执行元件：将液体压力能转换为机械能。例如油缸、油马达等。n n控制调节装置：各种阀。大致有压力控制压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀阀、流量控制阀、方向控制阀等。n n辅助装置：油箱、过滤器、管路、接头、密封、冷却器、蓄能器等等。液压
3、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液压控制阀液压控制阀流量控制阀流量控制阀压力控制阀压力控制阀方向控制阀方向控制阀流量控制阀流量控制阀n n主要控制流过管路的流量，通过对流量的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。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。注意节流会产生损失。节流阀（阻尼孔）节流阀（阻尼孔）节流阀节流阀使液压油通过小孔、缝隙、窄槽等结构元素后流量减小并产生压力降P（阻尼） 。注意流动的液压油
4、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前前PP=PP=P前前前前P P后后后后压力控制阀压力控制阀n n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n n过载阀：限制封闭管路最高压力。n n减压阀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 PC =PA P保持出口压力稳定的措施方向控制阀方向控制阀n n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。主要控制方向，还可
5、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。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。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。液压控制换向（液压先导控制）液压控制换向（液压先导控制）电磁阀控制换向电磁阀控制换向二通插装阀二通插装阀单向阀单向阀选择阀（梭阀）选择阀（梭阀）A1A2液控换向阀液控换向阀先导泵来油先导泵来油回位弹簧电磁阀电磁阀二二通通插插装装阀阀方方向向控控制制回回路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。液压回路的串联液压回路
6、的串联n n串联：多路换向阀中上一串联：多路换向阀中上一个阀的回油为下一个阀的个阀的回油为下一个阀的进油。液压泵的工作压力进油。液压泵的工作压力是同时工作的执行元件的是同时工作的执行元件的总和，这种油路可以做复总和，这种油路可以做复合动作，但是克服外载荷合动作，但是克服外载荷的能力比较差。的能力比较差。液压回路的并联液压回路的并联n n并联：多路换向阀中各换向并联：多路换向阀中各换向阀的进油口都与泵的出油路阀的进油口都与泵的出油路相连，各回油口都与油箱相相连，各回油口都与油箱相连。这种油路克服外载荷的连。这种油路克服外载荷的能力比较强，但是几个执行能力比较强，但是几个执行元件同时工作时负载小的
7、先元件同时工作时负载小的先动，负载大的后动，复合动动，负载大的后动，复合动作不协调。作不协调。液压回路的合流液压回路的合流n n合流：一般用于双泵和多合流：一般用于双泵和多泵系统中。用合流阀或者泵系统中。用合流阀或者使两个回路中相应的换向使两个回路中相应的换向阀同时动作，让两个泵同阀同时动作，让两个泵同时向一个执行元件供油以时向一个执行元件供油以提高该执行元件的运动速提高该执行元件的运动速度。度。主控阀杆主控阀杆合流阀杆合流阀杆泵泵1泵泵2挖掘机的液压系统挖掘机的液压系统n n压力P（单位Mpa，兆帕）n n 泵的输出压力由负载决定。负载压力，负载压力。安全阀限制最高压力。n n排量q （单位
8、ml/r，毫升/转）n n 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n n流量Q（单位L/min，升/分钟）n n 单位时间内输出液压油的体积。n n Q=qn（不考虑单位转换系数，下同）n n 其中n是泵的转速，单位rpm，转/分钟n n泵的功率N（单位Kw，千瓦）n n N=PQ液压泵的基本性能参数液压泵的基本性能参数n n排量排量q q（单位（单位ml/rml/r，毫升，毫升/ /转）转）n n 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
9、可变的叫变量马达。达，排量可变的叫变量马达。n n输出扭矩输出扭矩MM（单位（单位NMNM，牛米），牛米）n n M=M=P q P q n n 其中其中P P为马达进出口压力差，为马达进出口压力差， 为马达的机械效率。为马达的机械效率。n n输出转速输出转速n n（单位（单位rpmrpm，转，转/ /分钟）分钟）n n n=Q /q n=Q /q 其中其中 为马达的容积效率。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液压柱塞泵和柱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系统的伺服控制液压系统的伺服控制液压泵液压泵液压泵液压泵控制阀控制阀控制阀控制阀液压缸液
10、压缸液压缸液压缸输入输入输入输入输出输出输出输出误差误差误差误差反馈反馈反馈反馈n n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。统又叫随动系统、跟踪系统。n n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。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）。必须有外部能源（液压泵）。n n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
11、称为系统的误差。没有误差就没有动作，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。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n n阀杆不仅起到控制液压缸的流量、压力和方向的作用，而且还起到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
12、与输出的误差增大是正反馈；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使负反馈。使输入与输出的误差减小以致消除使负反馈。反馈是伺服控制系统反馈是伺服控制系统反馈是伺服控制系统反馈是伺服控制系统的根本特征。的根本特征。的根本特征。的根本特征。这个例子的反馈是机械连接、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。闭式负反馈系统。闭式负反馈系统。反馈反馈可以是机械、电气、液压、气动或它们的组合。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
13、们的组合泵调节器泵调节器液压恒功率液压恒功率控制（单台泵）控制（单台泵）泵调节器泵调节器系统压力与弹簧力成正比，与系系统压力与弹簧力成正比，与系统流量成反比。起调压力统流量成反比。起调压力p0弹弹簧预紧力簧预紧力油压作用面积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n n 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）n n泵调节器是一种液压伺服控制机构，它至少要有两根弹簧，构成两条直泵调
14、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，在压力线段，在压力- -流量图上形成近似的恒功率曲线。流量图上形成近似的恒功率曲线。n n调节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压力调节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压力p p0 0（简称起调压力）（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，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。压力低，泵的功率小。因此恒功率变量又叫做压力补偿变量。n n只有当系统压力大于泵的起调压力时才能进入全功率调节区段，发动机只有当系统
15、压力大于泵的起调压力时才能进入全功率调节区段，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；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：流量压力降低，流量增大。维持：流量 压力压力= =功率不变。功率不变。n n当泵的转速发生变化时，泵的流量（功率）也变化。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液控阀杆如果这里设置双弹簧，就是液压如果这里设置双弹簧，就是液压系统的恒功率控制的具体应用系统的恒功率控制的具体应用液压全功率控制液压
16、全功率控制（两台泵液压交叉控制）（两台泵液压交叉控制）（两台泵液压交叉控制）（两台泵液压交叉控制） P= P1P2液压交叉控制两个小活塞两个小活塞的面积相等的面积相等液压全功率控制要点液压全功率控制要点两台泵相同，泵调节器也完全一样，两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。具有单泵恒功率调节的特点。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
17、，才能充分利用发动机的功率。泵的负流量控制泵的负流量控制全功率控制全功率控制负流量控制挖掘机液压系统的主要部件挖掘机液压系统的主要部件全全功功率率变变量量双双联联主主泵泵主控制阀主控制阀先导式主安全阀先导式主安全阀PT导阀调压弹簧主阀弹簧主阀节流孔节流孔主安全阀开启状态主安全阀开启状态PT导阀打开液控换向液控换向单向过载阀单向过载阀单向过载阀单向过载阀单向过载阀单向过载阀单向过载阀单向过载阀先先导导泵泵来来油油先导泵来油先导泵来油P主泵来油主泵来油PABTT单向过载阀单向过载阀AT导阀调压弹簧节流孔（可变阻尼）节流孔（可变阻尼）主阀阀套滑阀过载阀开启状态过载阀开启状态可以向右滑动，抵住导阀锥部
18、，变阻尼。AT单向阀开启状态单向阀开启状态阀套TA减压阀式减压阀式减压阀式减压阀式手控先导控制阀手控先导控制阀手控先导控制阀手控先导控制阀TAB先导泵来油先导泵来油减压阀式减压阀式减压阀式减压阀式脚控先导控制阀脚控先导控制阀脚控先导控制阀脚控先导控制阀带阻尼器阻尼器PABT回转马达回转马达回回转转减减速速机机两级两级行星减速行星减速太阳轮输入行星轮架输出传动简图传动简图单排行星传动单排行星传动双排行星传动双排行星传动输入输入输出输出输入输入输出输出速比速比1K速比（速比（1K1）（ 1K2）行星排特性参数行星排特性参数K 内齿圈齿数内齿圈齿数太阳轮齿数太阳轮齿数行走马达行走马达变量油缸变量油缸
19、变量油缸变量油缸制动器制动器解除制动解除制动来油来油输出输出轴轴主泵来油主泵来油行行走走减减速速机机太阳轮输入，内齿圈输出KAYABA双排行星减速双排行星减速传动简图传动简图输入输入输出输出速比（速比（K1K2 K1K2）摆线针轮传动简图摆线针轮传动简图行星传动行星传动少齿差行星齿轮传动少齿差行星齿轮传动（摆线齿廓）（摆线齿廓） 速比速比Z1（Z2 Z1） 当（当（Z2 Z1） 1，称为一齿差，称为一齿差Z1Z2输入输入输出输出演变演变摆摆线线针针轮轮传传动动原原理理摆线轮中心摆线轮中心针针轮轮中中心心输出输出固定不动固定不动输入输入摆线针轮传动摆线针轮传动4，5构成插销式偏心输出机构构成插销
20、式偏心输出机构TEIJINSEIKI一级直齿轮加摆线针轮减速机一级直齿轮加摆线针轮减速机挖掘机的操纵挖掘机的操纵动臂下降、提升动臂下降、提升铲斗挖掘、卸料铲斗挖掘、卸料转台顺、逆时针回转转台顺、逆时针回转斗杆放出，挖掘斗杆放出，挖掘辅助功能按钮辅助功能按钮辅助功能按钮辅助功能按钮喇叭喇叭喇叭喇叭液压系统全功率控制液压系统全功率控制发动机与泵的功率匹配发动机与泵的功率匹配n n发动机最高空转转速：额定转速发动机最高空转转速：额定转速 调速率（调速率（1.081.081.101.10）。）。n n一般情况下带动较大载荷后转速降低一般情况下带动较大载荷后转速降低150 150 200rpm200rp
21、m。n n发动机的飞轮功率：扣除发动机各种附件后飞轮净输出功率。发动机的飞轮功率：扣除发动机各种附件后飞轮净输出功率。n n预留发动机的功率储备：避免发动机遇到大的载荷时严重降速甚预留发动机的功率储备：避免发动机遇到大的载荷时严重降速甚至熄火。至熄火。n n泵的功率设定：发动机飞轮功率泵的功率设定：发动机飞轮功率 88 88 92%92%。发发动动机机的的功功率率扭矩功率油耗扭扭矩矩和和油油耗耗转速泵调节器泵调节器结构原理结构原理（KAWASAKI）调节器杠杆机构原理图调节器杠杆机构原理图与壳体固定铰接点与壳体固定铰接点全功率控制全功率控制压力阀杆压力阀杆伺服阀杆伺服阀杆大圆孔大圆孔圆柱销圆柱
22、销负反馈负反馈阀杆到位后固定不动阀杆到位后固定不动连接伺服油缸连接伺服油缸伺服阀杆伺服阀杆伺服油缸伺服油缸反馈连杆反馈连杆驱动连杆驱动连杆负流量控制阀杆负流量控制阀杆全功率控制阀杆全功率控制阀杆伺服阀杆伺服阀杆伺服油缸伺服油缸反馈连杆反馈连杆驱动连杆驱动连杆负流量控制阀杆负流量控制阀杆全功率控制阀杆全功率控制阀杆n n直线行走：直线行走：n n 挖掘机在直线行走过程中，无论司机操纵回转和工作装置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
23、。者说保持进入两个行走马达的相对流量不改变。n n 基本原理：扣除其他动作需要的流量后，将两个泵的出油基本原理：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。经过直线行走阀杆汇合再重新分配给两个行走马达。液压系统的几个独特功能液压系统的几个独特功能液压系统的几个独特功能液压系统的几个独特功能n n斗杆中位锁定。斗杆中位锁定。n n 当当需需要要挖挖掘掘机机很很长长时时间间定定位位不不动动（例例如如吊吊装装焊焊接接管管道道时时），因因为为圆圆柱柱形形阀阀杆杆总总会会有有少少量量泄泄漏漏，单单靠靠主主阀阀中中位位闭闭锁锁（当当油油缸缸无无内内泄泄时时）是是不
24、不可可靠靠的的。所所以以必必须须在在主主阀阀与与油油缸缸之之间间再再设设置置一一个个液液压压锁锁定定阀阀，依依靠这个阀来油缸长时间定位。靠这个阀来油缸长时间定位。液压系统的几个独特功能液压系统的几个独特功能n n斗杆缸回油再生斗杆缸回油再生n n 再生的作用：加快这些油缸的运动速度，提高生产率。再生的作用：加快这些油缸的运动速度，提高生产率。n n 再再生生的的原原理理：在在这这些些油油缸缸的的大大腔腔进进油油时时，如如果果大大腔腔进进油油过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。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。n n回回转转刹刹车车功功能能：回回转转刹刹
25、车车与与操操纵纵杆杆联联动动，全全部部工工作作装装置置操操纵纵杆杆处处于中立位置时，延迟于中立位置时，延迟8 8秒钟左右自动启动回转刹车。秒钟左右自动启动回转刹车。液压系统的几个独特功能液压系统的几个独特功能n n回转防反转回转防反转回转制动是靠液压制动，制动力矩的大小与回转马达的过载阀调定回转制动是靠液压制动，制动力矩的大小与回转马达的过载阀调定压力成正比。压力成正比。没有安装防反转阀时，负载力矩大于制动力矩时，只能靠两个过载没有安装防反转阀时，负载力矩大于制动力矩时，只能靠两个过载阀反复溢流。阀反复溢流。安装防反转阀后，利用该阀内部的小孔节流作用，导通马达的两个安装防反转阀后，利用该阀内部
26、的小孔节流作用，导通马达的两个工作口使其压力相等。工作口使其压力相等。因此回转反转（来回摇晃）只有一次。因此回转反转（来回摇晃）只有一次。挖掘机液压系统挖掘机液压系统基本控制回路基本控制回路锁定回路锁定回路AB控制泵来油作用：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。过载保护和补油回路过载保护和补油回路A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）。背压回路背压回路当马达或者油缸泵供油来不及的时候会造成吸空，必须补油。这时回油箱的油路必须有一定的压力，这个压力称为背压。背压
27、阀背压阀安全阀安全阀1.安全阀的作用是保护油散2.一般情况下两个阀全开0.1MPa0.4MPa手先导控制回路手先导控制回路1.减压阀式先导阀2.带梭阀3.控制多条油路液控多路阀换向回路液控多路阀换向回路斗杆缸大腔主泵来油控制泵来油功能：1.并联回路；2.回油再生。斗杆缸小腔行走马达行走马达1.设制动后左边产生高压，先A后B：2.一级安全阀a的调定压力为10.2MPa；3.二级安全阀b的调定压力为41.2MPa。4.如果制动后右边产生高压，则一级安全阀为b；二级安全阀为a。ab行走马达行走马达控制阀控制阀如果下坡时马达超速，泵供油不及使A口压力降低，阀杆329向右移动，关小马达的回油通道，从而限
28、制马达的转速。节节流流孔孔行走马达安全阀行走马达安全阀aabbcc直径大直径大直径小直径小一级压力作用在小直径的整个圆面积上。二级压力作用在大直径减小直径的环行面积上。ab，开启压力，开启压力10.2MPaba，开启压力，开启压力41.2MPa回回转转马马达达控控制制回回路路中位制动延时阀回转防反转阀过载保护回转制动补油阀安全阀安全阀n n制动和启动过程平稳、制动和启动过程平稳、制动和启动过程平稳、制动和启动过程平稳、柔和柔和柔和柔和n n过载保护过载保护过载保护过载保护两级升压两级升压PA防防反反转转阀阀中位中位防防反反转转阀阀正常正常进油进油防防反反转转阀阀制动制动防反转防反转防防反反转转阀阀卸压卸压互通互通回转将停止回转将停止时压力降低时压力降低无阻尼下降无阻尼下降回位的快回位的快有阻尼下降有阻尼下降回位的慢回位的慢阻尼孔阻尼孔两阀杆分开两阀杆分开而导通油道而导通油道防反转阀使用效果防反转阀使用效果时间压力没有防反转阀有防反转阀挖掘机液压系统原理图挖掘机液压系统原理图详细解读详细解读谢谢各位！谢谢各位！希望大家对挖掘机希望大家对挖掘机有一个初步的了解和认识有一个初步的了解和认识
