柳工挖掘机的液压系统及控制

.,挖掘机的液压系统及控制,.,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,力压力面积速度流量面积功率速度力,.,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油缸或马达的工作油口O、T、Dr油箱,.,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,液压泵：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。控制调节装置：各种阀。大致有压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。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。,.,液压泵轴向柱塞泵,.,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,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,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,P,P=P前P后,.,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,.,直动式安全阀,弹簧比较硬,.,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PP=PP,弹簧很软,弹簧比较硬,.,直动式减压阀,液压油通过缝隙产生压力降PPC=PAP,保持出口压力稳定的措施,.,方向控制阀,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。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,.,选择阀（梭阀）,A1,A2,.,液控换向阀,先导泵来油,先导泵来油,回位弹簧,.,电磁阀,.,二通插装阀,方向控制回路,.,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,串联：多路换向阀中上一个阀的回油为下一个阀的进油。液压泵的工作压力是同时工作的执行元件的总和，这种油路可以做复合动作，但是克服外载荷的能力比较差。,.,液压回路的并联,并联：多路换向阀中各换向阀的进油口都与泵的出油路相连，各回油口都与油箱相连。这种油路克服外载荷的能力比较强，但是几个执行元件同时工作时负载小的先动，负载大的后动，复合动作不协调。,.,液压回路的合流,合流：一般用于双泵和多泵系统中。用合流阀或者使两个回路中相应的换向阀同时动作，让两个泵同时向一个执行元件供油以提高该执行元件的运动速度。,主控阀杆,合流阀杆,泵1,泵2,.,挖掘机的液压系统,.,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,.,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,.,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=Pq其中P为马达进出口压力差，为马达的机械效率。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,液压泵,控制阀,液压缸,输入,输出,误差,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）。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,.,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。反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。反馈可以是机械、电气、液压、气动或它们的组合。,工作特点,.,液压伺服控制系统的应用示例,P,O,阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合,泵调节器,.,液压恒功率控制（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）,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。,P,Q,泵的恒功率曲线,功率大,功率小,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；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,.,液压伺服控制系统的应用示例,P,O,液控阀杆,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,.,液压全功率控制（两台泵液压交叉控制）,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=P1P22p0时进入全功率调节区域，才能充分利用发动机的功率。,.,泵的负流量控制,全功率控制,负流量控制,.,挖掘机液压系统的主要部件,.,全功率变量双联主泵,.,主控制阀,.,先导式主安全阀,P,T,导阀,调压弹簧,主阀弹簧,主阀,节流孔,.,主安全阀开启状态,P,T,导阀打开,.,液控换向,单向过载阀,单向过载阀,先导泵来油,先导泵来油,P主泵来油,P,A,B,T,T,.,单向过载阀,A,T,导阀,调压弹簧,节流孔（可变阻尼）,主阀,阀套,滑阀,.,过载阀开启状态,可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼。,A,T,.,单向阀开启状态,阀套,T,A,.,减压阀式手控先导控制阀,T,A,B,先导泵来油,.,减压阀式脚控先导控制阀,带阻尼器,阻尼器,P,A,B,T,.,回转马达,.,回转减速机,.,两级行星减速,太阳轮输入行星轮架输出,.,传动简图,单排行星传动,双排行星传动,输入,输出,输入,输出,速比1K,速比（1K1）（1K2）,行星排特性参数K内齿圈齿数太阳轮齿数,.,行走马达,变量油缸,变量油缸,制动器,解除制动来油,输出轴,主泵来油,.,行走减速机,太阳轮输入，内齿圈输出,KAYABA,.,双排行星减速传动简图,输入,输出,速比（K1K2K1K2）,.,摆线针轮传动简图,行星传动,少齿差行星齿轮传动（摆线齿廓）,速比Z1（Z2Z1）当（Z2Z1）1，称为一齿差,Z1,Z2,输入,输出,演变,.,摆线针轮传动原理,摆线轮中心,针轮中心,输出,固定不动,输入,.,摆线针轮传动,4，5构成插销式偏心输出机构,TEIJINSEIKI,一级直齿轮加摆线针轮减速机,.,挖掘机的操纵,动臂下降、提升,铲斗挖掘、卸料,转台顺、逆时针回转,斗杆放出，挖掘,辅助功能按钮,喇叭,.,液压系统全功率控制发动机与泵的功率匹配,发动机最高空转转速：额定转速调速率（1.081.10）。一般情况下带动较大载荷后转速降低150200rpm。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。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。泵的功率设定：发动机飞轮功率8892%。,.,发动机的功率,扭矩,功率,油耗,扭矩和油耗,转速,.,泵调节器结构原理,（KAWASAKI）,.,.,调节器杠杆机构原理图,与壳体固定铰接点,全功率控制压力阀杆,伺服阀杆,大圆孔,圆柱销,负反馈,阀杆到位后固定不动,连接伺服油缸,.,伺服阀杆,伺服油缸,反馈连杆,驱动连杆,负流量控制阀杆,全功率控制阀杆,.,伺服阀杆,伺服油缸,反馈连杆,驱动连杆,负流量控制阀杆,全功率控制阀杆,.,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。,液压系统的几个独特功能,.,液压系统的几个独特功能,斗杆中位锁定。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，依靠这个阀来油缸长时间定位。,.,液压系统的几个独特功能,斗杆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。回转刹车功能：回转刹车与操纵杆联动，全部工作装置操纵杆处于中立位置时，延迟8秒钟左右自动启动回转刹车。,.,液压系统的几个独特功能,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，导通马达的两个工作口使其压力相等。因此回转反转（来回摇晃）只有一次。,.,挖掘机液压系统基本控制回路,.,锁定回路,A,B,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,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,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。,背压阀,安全阀,安全阀的作用是保护油散一般情况下两个阀全开,0.1MPa,0.4MPa,.,手先导控制回路,减压阀式先导阀带梭阀控制多条油路,.,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：并联回路；回油再生。,斗杆缸小腔,.,行走马达,设制动后左边产生高压，先A后B：一级安全阀a的调定压力为10.2MPa；二级安全阀b的调定压力为41.2MPa。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。,a,b,.,行走马达控制阀,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，从而限制马达的转速。,节流孔,.,行走马达安全阀,a,a,b,b,c,c,直径大,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