液压课程设计挖掘机

1、挖掘机液压系统课程设计液压挖掘机课程设计渤海船舶职业学院辅导老师：郝春玲班级:12g412学号:28设计人：邹颜泽i挖掘机液压系统课程设计摘要液压技术是现代挖掘机的技术基础，其性能的优劣决定挖掘机腔 重要的组成部分，是挖掘机工作循环的动力系统。挖掘机的工作条 件恶劣，且动臂和地盘动作非常频道，因此要求液压系统工作稳定， 评论无故障时间长。因此，液压系统的性能优劣决定着挖掘机工作 性能高低，本文在介绍挖掘机及其液压传动技术的发展历史前提下, 首先论述设计了挖掘机液压系统的基本回路。系统传动的确定，主 要液压元件在系统中的作用，传动元件的设计计算，强度校核，泵 的流量计算，阀及其液压元件的选择。刖

2、百液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交 通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中。液压挖掘机利用液压 元件（液压泵、液压马达、液压缸等）带动各种构件动作，具有如 下点：功率密度大，结构紧凑，重量轻；无极调速，调速范围大； 启动性能好，能实现快速反转；布置灵活，基本不受总体结构的限 制；容易实现自动化，操作简便省力等。所以液压挖掘机对于减轻 工人繁重的体力劳动，提高施工机械化水平加快施工进度，促进各 项建设事业的发展，具有重要意义。挖掘机液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应 用为基础。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂， 于是它对液压系统的设计提出啦很

3、高的要求，其液压系统也是工程 机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计 已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。目 录摘要2前言21液压挖掘机的液压系统322国内外发展概况及展望 42 1国内发展概况及展望t42.2国外发展概况及展望u53液压系统的设计u63.1液压挖掘机的工况分析u63 2液压系统的主要参数确定u73.3 负载分析-73.4 机电一体化液压挖掘机工作原理.83.5 机电一体化液压挖掘机工作技术要求.94各液压元件的选择u.104.1液压泵的选择1.04 2柴油发动机的选择,1.04.3 液压阀的选择u1.04.4 其他液压元件的选择105 液压挖掘机的应用11

4、5.3 液压随系统在制动器上应用115.4 液压随动系统在挖掘机操作中的应用 115.5 液压随动系统在转向机构上的应用 116 液压挖掘机机构方案的创新设 116.3 液压挖掘机基本结构及其抽象化表示 116.4 再生运动链和创新运动链 126.5 创新机构名吉构方案 13157挖掘机液压系统概述7.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求 157.2 挖掘机液压系统的基本动作分析 177.3 挖掘机液压系统的基本回路分析 18设计总结26参考文献261液压挖掘机的液压系统小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置， 底架，转台，油箱，发动机安装等。我的课程设计主要

5、致力于分析和设计小型液压挖 掘机的液压系统。本课题选择了国内的质量和技术性能都接近设计要求的5t挖掘机作为基型。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓 物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。性能可靠，操作舒适，可广泛应用于矿山企业， 工地建筑，城市工程等等。液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工 程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速 度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液 压挖掘机具有多品种，多功 能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐 。液压挖掘机的 生 产制造业也日益

6、蓬勃发展。挖掘机液压传动紧密地联系在一起， 其发展主要以液压技术的应用为基础。 其结 构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成（如图所 示），由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设 计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动， 提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用， 因此，大力发展液压挖掘机，对于提高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意 义

7、。1.铲斗缸2.斗杆缸3.动臂缸4.回转马达5.冷却器6.滤油器7.磁滤器8.油箱9.液压泵10.背压阀11.后组合阀12.前组合阀13.中央回转接头14.回转制动阀15.限速阀16.行走马达图1.1液压挖掘机整体系统图2.2国内外发展及概况2.1 国内发展概况及展望早在1954年我国就已开始生产机械式挖掘机，当时的抚顺重型机器厂（抚顺挖掘 机厂前身）引进前苏联的机械式挖掘机 w10012和w5012等国际20世纪30-40 年代的产品。由于国家.经济.建设的需要，后又发展.10余家厂生产，到1966年12年全 国共生产了机械式挖掘机3000余台，后又延续生产到八十年代初。在80年代初引进27

8、德国系列液压挖掘机制造技术。浙江大学的冯培恩教授开始率先着手研究挖掘机机电 一体化技术，首先实现挖掘机器人作业过程的分级规划和局部自主控制。但是他们在任务规划层面上只停留在仿真阶段，还没有提出显著的实现方案。联合引进日本小松制作所的 pc系列挖掘机制造技术，由于中国建设事业的发 展，市场的扩大，随后不久在挖掘机生产领域出现了一个外资企业进入中国的浪潮。 从1994、1995年开始，世界各工业发达国家的著名挖掘机制造企业先后在中国建 立众多的中外合资或外商独资挖掘机制造企业， 生产世界一流水平的多种型号的挖掘 机产品。截止至2001年年底，包括国有企业在内，中国境内生产液压挖掘机的企业 总数达2

9、0个左右，共生产挖掘机整机质量从 1.3-45t, 100余个不同型号和规格的 产品。2000年全国生产各种型号、规格的液压挖掘机 8111台，共销售7926台， 其中包括出口 119台。2001年全生产12569台，销售12397台，其中包括出口 468 台。2.2 国外发展概况及展望国外大型液压挖掘机的开发大约从上世纪70年代开始。如日本日立建机公司在1972-1976年间开发的uh12型正铲大型液压挖掘机，其斗容量为 2.2m3工作重量 336t; uh20型斗容量3.2m3,工作重量50t; uh30型斗容量4.4m3,工作重量75t。 1979年，日立建机成功开发了 uh50型正铲超

10、大型液压挖掘机，斗容量达 8.2m3,工 作重量175%经过30多年的发展，目前超大型液压挖掘机的最大工作重量已直指 1000t 级，铲斗斗容达到了 50m。由于具有结构紧凑、操作方便、运动灵活及易于维 护保养等优点，超大型液压挖掘机已形成逐步代替钢索机械式或电动式挖掘机（俗称电铲）的趋势。超大型液压挖掘机主要用于各种大规模露天矿山的开采及大型基础建设，同时还被用于填海造地工程及港湾河道疏通工程， 其中正铲式挖掘机占大部分。目前生产超 大型挖掘机的厂商主要分布在美国、 日本、德国等工程机械制造强国，著名的生产企 业有利勃海尔、卡特彼勒、日立、小松、特雷克斯（ o&k）等公司。3液压系统的设计液

11、压系统设计作为机电一体化挖掘机设计的重要组成部分，设计时必须满足挖掘 机工作循环所需的全部技术要求，且静动态性能好、效率高、结构简单、工作安全可 靠、寿命长、经济性好、使用维护方便。其中液压系统的设计作为挖掘机总体设计的一部分，必须要满足整机工作要求，并要求进行相关参数的计算与分析验证，选取合适的各液压元件。3.1液压挖掘机的工况分析液压挖掘机的主要功能运动包括以下几个动作 (如图3.1所示)：动臂升降、斗杆 收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走以及其它辅助动作。除了辅助动作 (例如整机 转向等)不需全功率驱动以外，其它都是液压挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。液压挖掘机一个作业循环的组成和动

12、作的复合主要包括4:(1)挖掘：通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸进行挖掘，或者两者配合进行挖掘， 因此，在此过程中主要是铲斗和斗杆的复合动作，必要时，配以动臂动作。(2)满斗举升回转：挖掘结束，动臂液压缸将动臂顶起，满斗提升，同时回转液 压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。(3)卸载：转到卸土点时，转台制动，用斗杆液压缸调节卸载半径，然后铲斗液 压缸回缩，铲斗卸载。为了调整卸载位置，还要有动臂液压缸的配合，此时是斗杆和 铲斗的复合动作，问以动臂动作。(4)空斗返回：卸载结束，转台反向回转，动臂液压缸和斗杆液压缸配合，把空 斗放到新的挖掘点，此时是回转和动臂或斗杆的复合动作。(5

13、)整机移动工况：将整机移动至合适的工作位置。(6)姿态调整与保持工况：满足停放、运输、检修等需要。(7)其他辅助作业工况：辅助工作装置作业工况。图3. 1液压挖掘机的工作运动1 一动臂升降；2 一斗杆收放：3 一铲斗装卸；4 一转台回转：5 一整机行走3.2 液压系统的主要参数确定液压挖掘机的主要参数表明了液压挖掘机的规格和主要技术性能，液压挖掘机的主要参数分为发动机参数、液压系统参数、主要性能参数、尺寸参数四大类，发动机 参数包括发动机额定功率、转速等，液压系统参数包换主泵的流量、压力等，主要性 能参数包括整机工作质量、主要部件质量、铲斗容量范围或标称铲斗容量、挖掘力、 牵引力等，尺寸参数包

14、括工作尺寸、机体外形尺寸和工作装置尺寸等， 其中液压挖掘 机主要参数中最重要的参数有三个， 即斗容量、整机质量和发动机功率，因为通过这 三个参数可以从使用要求、机械本身的技术性能和技术经济指标、动力装置的配套、 国际上统一的标准以及传统习惯等方面反映液压挖掘机的级别，故有主参数之称。所以有时采用挖掘机的斗容量作为主参数。例如，机械式挖掘机一般就以斗容量作为挖 掘机的主参数并作为主要分级指标。但液压挖掘机可更换的工作装置多，而且同一机 型可以根据作业对象或工作尺寸的要求换装不同斗容的铲斗。由于不同厂家的挖掘机采用不同的液压系统，辅助设备能耗及功率储备也有所不同，而且同一型挖掘机在后 续改进时，也

15、会改变发动机功率，所以液压挖掘机以功率分级不十分合理。 整机质量 则直接反映了液压挖掘机本身的重量等级， 对其他技术参数影响较大，如挖掘能力的 发挥、发动机功率的充分利用、作业的稳定性等要以一定的整机质量来保证，因此整 机质量反映了挖掘机的实际工作能力，目前已被广泛用作液压挖掘机的分级指标。3.3 负载分析动臂油缸一般布置在动臂前下方，下端与回转平台较接。常见的有两种具体布置 方式。3、。声图3.3动臂机构油缸布置方案3.4 机电一体化液压挖掘机工作原理机电一体化液压挖掘机采用三组液压缸使工作装置具有三个自由度，铲斗可实现有限的平面转动，加上液压马达驱动回转运动，使铲斗运动扩大到有限的空间，

16、再通 过行走马达驱动行走（移位），使挖掘空间可沿水平方向得到间歇地扩大，从而满足挖 掘作业的要求。机电一体化液压挖掘机传动示意图， 如图3.7所示，利用各种传感器，柴油机驱 动液压泵，操纵分配阀，将高压油送给各液压执行元件 （液压缸或液压马达）驱动相应 的机构进行工作。机电一体化液压挖掘机的工作装置采用连杆机构原理，各部分的运 动通过液压缸的伸缩来实现。反铲工作装置由铲斗1、斗杆2、动臂3、连杆4及相应的三组液压缸5. 6. 7组成。动臂下钦点较接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动 臂连同整个工作装置绕动臂下钦点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上钦点转动；而铲斗较接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使

17、铲斗绕斗杆前较点转动。挖掘作业时， 接通回转马达，转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液 压缸回缩;动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进 油，使动臂抬起，随即接通回转马达，使工作装置转到卸载位置，再操纵铲斗缸或斗 杆缸回缩，使铲斗翻转进行卸土。卸完后，工作装置再转至挖掘位置进行第二次挖掘 循环。在实际挖掘作业中，由于土质情况、挖掘面条件以及挖掘机液压系统的不同， 反铲装置三种液压缸在挖掘循环中的动作配合可以是多样的、随机的。图3.4机电一体化液压挖掘机传动示意图1、铲斗2

18、、斗杆3、动臂4、连杆5、6、7、液压油缸3.5 机电一体化液压挖掘机工作技术要求采用了柴油机-液压泵复合控制。操作者根据工况，利用作业模式选择开关（功 率预选开关）选择合理的功率模式：重载高速、正常工作、轻载低速。通过电子调节 器调节发动机油门和液压泵的排量，使供给功率与负载需要功率相匹配。采用了电液比例控制技术，通过改变34b-r6/h6型带阀芯位移反馈的电液比例 方向阀的比例电磁铁的输入电流， 不但可以改变阀的工作液流方向， 而且可以改变阀 口大小实现流量控制，是一种较为理想的电、液转换和功率放大元件，与伺服控制相 比具有成本低、抗干扰性好、能量损失小、对油液清洁度无特殊要求等优点。工况

19、在线监测系统包括单片主处理器模块、面板控制系统、模拟信号调理模块、 a/d转换及光电隔离模块、电源模块及传感器等部分。其中单片主处理器模块是系 统的核心部分，主要功能有面板的控制管理，a/d转换部分的控制管理、模拟量、开关量和转换信号的输入、处理和存储。面板控制模块是整个系统的入机接口， 它包 括键盘、声光报警电路和点阵式液晶显示器。 模拟信号调理电路的任务是实现各路模 拟量信号的输入和调整，将传感器和敏感元件的输出电信号转变为满足a/d转换输入要求的标准电平信号。a/d转换及光电隔离模块的功能是将所有的被检测转变成 为单片机所接受的数字量，具体包括开关量、转换信号的整形、模拟量的a/d转换和

20、输入输出信号的光电隔离等。电源模块将液压挖掘机上的蓄电池或发电机输出的 +24v直流电转换成系统各模块以及系统配备的传感器所需的各种类型的电平电压。 传感器处于液压挖掘机与监测系统的接口位置， 是一个能量变换器，它直接从液压挖 掘机中提取被除数检测的工况特征参数，感受状态的变化并转换成便于测量的物理 量。计算机控制系统将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有 目的的运行。如利用压力传感器可实现过载情况下的路径自主校正；利用超阶级声波测距传感器能实现 回转过程中的自动避障。4选择各执行元件4.1 液压泵的选

21、择主泵的压力为pp1 =24.5mpa ,最大流量为qvi = 45.82l/min ；齿轮泵的压 力为pp2 =21mpa ,最大流量为口2 =37l/min。根据机械设计手册，可查阅得： 此液压泵可采用nb3-g20f双联柱塞泵，主泵由2个柱塞式串联变量柱塞泵组成。4.2 柴油发动机的选择取泵的总效率p =0.8,泵的总驱动功率为：pppe pp2qv2w =23.74kwp考虑安全系数，故取25kw;查机械设计手册发动机参数表得：发动机机型号yanmar功率27.1kw 转速2200r/min4.3 液压阀的选择择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。液压阀的作用是控制液压系统 的油

22、流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统。系统的工作压力，执行机构的动 作顺序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输选出力和力矩等。4.4 其他液压元件的选择其他原件的选择包括蓄能器的选择，非橡胶管道的选择，胶管的选择等。5液压挖掘机系统的应用5.1 液压随动系统在制动器上的应用滑阀式制动器液压随动系统的作用是， 踩下制踏板时经过弹簧来操纵杠杆， 使其 左端向上压弹簧，将活塞向上移动并推开锥形阀，使进油口与油腔相通。此时高压油 经进油缸 而实施制动。当高压油作用于活塞上的压力相对于销轴产生的力矩大于由弹簧的压缩力对销轴产生的力矩时，活塞则向下移动，锥形阀即关闭。如果前者力矩仍高于后者，则

23、活 塞将再下移动，锥形阀便与阀座脱开，油腔与回油口相通。此时制动系统内的部分油液流回油箱， 活塞回升到将锥形阀关闭时为止。 松开制 动踏板时活塞便下降，油液从油腔经油道、油孔流向回油口，由此再流回油箱中，这 时制动器开。5.2 液压随动系统在挖掘机操纵系统中的应用液压随动系统俗称液压放大器，这一方面执行机构能自动地以一定的准确度重复输入信号的变化规律，另一方面又起着功率的放大作用。液压随动系统有滑阀式和旋转式之分，其中滑阀式液压随动系统又分为外部型式 内部型式两种。5.3 液压随动系统在转向机构上的应用液压随动系统滑阀在向右移动时油液流入转向油缸的大腔，推动活塞向右移动， 使转向轮偏转。此时转

24、向油缸小腔的油液流入反馈油缸的小腔， 实现反馈联系；反之, 滑阀向左移动时压力油流入反馈油缸的小腔，具活塞把大腔的油液排向油缸的小腔， 使转向轮向相反的方向偏转。每侧转向油缸活塞行程终了时差单向阀向转向油缸和反馈油缸的小腔油，以避免吸空现象发生6液压挖掘机机构方案创新设计6.1 液压挖掘机基本结构及其抽象化表示液压挖掘机是一种采用液压传动并以一个铲斗进行挖掘作业的机械，它由工作装置上部转台和行走转置五大部分组成。因用途不同，种类繁多，其中主要有反铲装置、 正铲装置、挖掘机装载装置、起重装置和抓斗装置等这里只研究应用最广泛的反铲装如图2 (a)所示，液压挖掘机反铲转置由动臂、斗杆、铲斗、以及动臂

25、油缸、斗 杆油缸、铲斗油缸和连杆机构等组成。具结构特点是各部件之间的联系全部采用较链， 通过油缸的伸缩来实现挖掘机过程中的各种动作。 挖掘机作业时，将反铲转置转到挖 掘地点，操纵斗杆油缸5和铲斗油缸6使铲斗进行挖掘机工作。由于油缸可以简化为 两个串联在一起的二副杆，这两个二副杆的中间较为驱动福，因此图2 (a)中的反铲转置可以转化为图2 (b)所示的平面运动链型式。(a)(h)图2反护装置的基本结构6.2 再生运动链和创新运动链反铲装置的工作要求为了下面讨论方便，先定义几个概念：定义1分离杆：如果自由度为f的平面运动链中存在某个杆，把此杆“切”为 两块，该平面运动链则被分解成自由度分别为 f1

26、、f2的两个子平面运动链，并且f=f1 f2,则称此杆为分离杆。定义2分离自由度：如果自由度为f的平面运动链中至少存在一个杆，把此杆“切”为两块，该平面运动链则被分解成自由度分别为f1、f2的两个子平面运动 并且f=f1 f2,那么该平面运动链的自由度类型为分离自由度定义3驱动副：作动力源的运动副称为驱动副。分析图2(b)中所示的反铲装置的平面运动链，可以发现，该装置是一个自由度为 3的12杆机构，其自由度类型为分离自由度，并且具有二个分离杆，即动臂 1和斗 杆2。反铲装置的工作要求是，能够控制挖掘高度、卸载高度、挖掘深度和挖掘半径。 为了保证最大的挖掘范围，反铲装置必须具有两个分离杆。具有两

27、个分离杆的机构， 其自由度一定大于或等于3。所以反铲装置机构结构的最基本要求是：自由度大于或 等于3,并且具有两个分离杆。随着自由度和杆数的增加，机构的复杂程度将大大增 加，因此作者只研究能满足基本要求的自由度等于3、杆数不大于12的反铲装置。满足要求的连杆组合由于分离杆的副数应大于或等于 4,因此反铲装置至少应有两个副数大于或等于 4的多副杆。自由度等于3、杆数不大于12,并至少应有两个4副以上杆的连杆组合 有下列几种。(1)n=10, n2=8, n3=0, n4=2, n5=0, n6=0(2)n=12, n2=10, n3=0, n4=1, n5=0, n6=1(3)n=12, n2=

28、10, n3=0, n4=0, n5=2, n6=0(4)n=12, n2=9, n3=1, n4=2, n5=0, n6=0(5)n=12, n2=9, n3=0, n4=3, n5=0, n6=0(6)n=12, n2=8, n3=2, n4=2, n5=0, n6=0其中：n为杆数ni为具有i个运动副的杆数满足要求的运动链对于以上六种连杆组合，具有分离自由度的平面运动链数目分别是2、5、2、42、12和103共166种，经计算，其中只有25个平面运动链具有两个分离杆。又自 由度为3的反铲装置被两个分离杆分解成三个子平面运动链，每个子平面运动链都含 有一个驱动副，也就是说，每个子平面运动链

29、中都得有一个油缸。又因为在平面运动链中油缸可用两个串联的二副杆来代替，因此反铲装置的每个子平面运动链至少应有 一串联的二副杆。如图3所示的12种运动链为满足上述要求的运动链。(u)图3满足要求的运动捱(tn运动链评价与筛选根据挖掘机的用途，为了尽量增大挖掘作业范围，其机架杆必须在平面运动链的 一端，而不应位于平面运动链的中间。另外，反铲装置的底座得承受较大的载荷，要 求由机架、动臂及动臂油缸组成一个四杆的子平面运动链。编号为1、2、3、9、10的五个平面运动链中，可以作为机架的四个杆1、3、4、6,它们互为同位杆，因此可用任一杆作机架，假设杆3是机架，编号为4、5、6的三个平面运动链中，机架可

30、 以是杆3或杆6,但是若杆3为机架，钱、为驱动副，得到反铲装置，其中 油缸的支撑点钱在挖掘过程中很可能后移， 从而影响反铲装置的工作性能，因此机 架只能是杆6。编号为7、8、11、12的四个平面运动链中，机架是杆 3。编号为1、2的平面运动链，杆3为机架，钱、为驱动副，可以看出， 这两个平面运动链中铲斗6的工作情况完全一样，因此可以抛弃编号为2的平面运动 链。编号为9、10的两个平面运动链，杆3为机架，钱、为驱动副，斗杆油 缸的支承点钱在挖掘过程中后移；编号为 11、12的两个平面运动链，杆3为机架, 钱、为驱动副，铲斗油缸的支承点钱在挖掘过程中后移。因此编号为9、10、11、12这四个平面运

31、动链得到的反铲装置，其工作性能不佳。6.3 创新机构结构方案通过以上分析，只有编号为1、3、4、5、6、7、8的平面运动链可作为反铲 装置的结构型式，这七种反铲装置见表 1。其中，编号7是现有反铲装置，其余六种 是新型反铲装置。与现有反铲装置进行比较，编号 1最简单，能增大挖掘力，但其铲 斗摆角较小；编号3、4、5、6能增大斗杆摆角；编号8的铲斗油缸直接驱动铲斗， 因此挖掘力较大。表1杆歙不大于12的反等装置序平面运动链号w 号机架杆号动臂杆号斗杆铲斗 杆号杆号动臂油 缸校号斗杆油 缸校号铲斗油 缸校号1110623.3- 11263412113456121135661211367j11127

32、|78311129将编号1、3、4、5、6、8的平面运动链分别画成驱动机构形式，如图 4所示。在图4中，1是动臂、2是斗杆、3是铲斗、4是动臂油缸、5是斗杆油缸、6是铲斗油缸。7挖掘机液压系统概述7.1 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接 起来就组成一个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质、利用液压泵将发元件将液 压能转变为机械能，进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系 统分为三个基本部分：工作装置系统，回转系统、行走系统。挖掘机的工作装置主要 由动臂、斗杆、铲斗及相应的液压缸组成，它包括动臂、斗杆、铲斗

33、三个液压回路。回转装置的功能是将工作装置和上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料，完成该动作的液压元件是回转马达。回转系统工作时必须满足如下条件：回转迅速、起 动和制动无冲击、振动和摇摆，与其它机构同时动作时，能合理地分配去各机构的流 量。行走装置的作用是支撑挖掘机的整机质量并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式机构，所用的液压元件主要是行走马达。 行走系统的设计要考虑直线行驶问题， 即 在挖掘机行走过程中，如果某一工作装置动作，不至于造成挖掘机发生行走偏转现 象。挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁， 而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此挖掘机的液

34、压系统应满足如下要求(1)要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合 动作。(2)工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高挖掘机的 生产率。(3)履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可 就地转向，以提高挖掘机的灵活性。(4)保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。(5)保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件(液压缸、液压马达等)有良好的过 载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快速下降和整 机超速溜坡。为此，液压系统应做到：(1)有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。(2)液压系

35、统和液压元件在变化大的负载、急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。(3)设置轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不超过 80c,或温升不超过 45co(4)由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要 好，液压元件对油液污染的敏感性要低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。(5)采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘 机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。7.2 挖掘机液压系统的基本动作分析(1)挖掘。通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别进行单独挖掘，或者两者配合进行 挖掘。在挖掘过程中主要是铲斗和斗杆有复合动作，必要时配以

36、动臂动作。(2)满斗举升回转。挖掘结束后，动臂缸将动臂顶起、满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。 动臂举升和臂和铲斗自动 举升到正确的卸载高度。由于卸载所需回转角度不同，随挖掘机相对自卸车的位置而 变，因此动臂举升速度和回转速度相对关系应该是可调整的，若卸载回转角度大，则要求回转速度快些，而动臂举升速度慢些。(3)卸载。回转至卸土位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲 斗缸卸载。为了调整卸载位置，还需动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合 作用，兼以动臂动作。(4)空斗返回。卸载结束后，转台反向回转，同时动臂缸和斗杆缸相互配合动作， 把

37、空斗放到新的挖掘点，此工况是回转、动臂、和斗杆复合动作。由于动臂下降有重 力作用、压力低、泵的流量大、下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况通 常是一个泵全部流量供回转，另一泵大部分油供动臂，少部分油经节流供斗杆。7.3 挖掘机液压系统的基本回路分析基本回路是由一个或几个液压元件组成、能够完成特定的单一功能的典型回路， 它是液压系统的组成单元。液压挖掘机液压系统中基本回路有限压回路、卸荷回路、 缓冲回路、节流回路、行走回路、合流回路、再生回路、闭锁回路、操纵回路等。1限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的有两个：一是限制 系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏

38、，通常用安全阀来实现，安全阀设置 在主油泵出油口附近；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不超过某 值，通常用溢流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流 回油箱，因此溢流阀是常开的。液压挖掘机执行元件的进油和回油路上常成对地并联有限压阀，限制液压缸、液压马达在闭锁状态下的最大闭锁压力， 超过此压力时限压阀打开、卸载保护了液压元件 和管路免受损坏，这种限压阀（图 2-1）实际上起了卸荷阀的作用。维持正常工作， 动臂液压缸虽然处于“不工作状态”，但必须具有足够的闭锁力来防止活塞杆的伸出 或缩回，因此须在动臂液压缸的进出油路上各装有限压阀，当闭锁压力大于限压阀调定值时

39、，限压阀打开，使油液流回油箱。限压阀的调定压力与液压系统的压力无关， 且调定压力愈高，闭锁压力愈大，对挖掘机作业愈有利，但过高的调定压力会影响液 压元件的强度和液压管路的安全。通常高压系统限压阀的压力调定不超过系统压力 的 25%,中高压系统可以调至 25%以上。t1-换向阀2-限压阀3-油缸图2-1限压回路2缓冲回路液压挖掘机满斗回转时由于上车转动惯量很大，在启动、制动和突然换向时会引 起很大的液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车。 液压冲击会使整个液压系 统和元件产生振动和噪音，甚至破坏。挖掘机回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀等 使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路。图2-2

40、为液压挖掘机中比较普遍采用的几种缓冲回路。 图2-2 (a)中回转马达 两个油路上各装有动作灵敏的小型直动式缓冲(限压)阀2、3,正常情况下两阀关闭。当回转马达突然停止转动或反向转动时，高压油路r的压力油经缓冲阀3泄回油箱，低压油路i则由补油回路经单向阀4进行补油，从而消除了液压冲击。缓冲(限压)阀的调定压力取决于所需要的制动力矩，通常低于系统最高工作压力。 该缓冲回路的特点是溢油和补油分别进行， 保持了较低的液压油温度，工作可靠，但 补油量较大。图2-2 (b)是高、低压油路之间并联有缓冲阀，每一缓冲阀的高压油口与另一缓 冲阀的低压油口相通。当回转机构制动、停止或反转时，高压腔的油经过缓冲阀

41、直接 进入低压腔，减小了液压冲击。这种缓冲回路的补油量很少，背压低，工作效率高。图2-2 (c)是回转马达油路之间并联有成对单向阀 4、5和 6、7,回转马达 制动或换向时高压腔的油经过单向阀 5、缓冲(限压)阀 2流回油箱，低压腔从 油箱经单向阀 6获得补油。1-换向阀2.3- 缓冲阀4.5.6.7-单向阀图2-2缓冲回路上述各回转回路中的缓冲（限压）阀实际上起了制动作用，换向阀 1中位时回 转马达两腔油路截断，只要油路压力低于限压阀的调定压力， 回转马达即被制动，其 最大制动力矩由限压阀决定。当回转操纵阀回中位产生液压制动作用时， 挖掘机上部回转体的惯性动能将转换成 液压位能，接着位能又转

42、换为动能，使上部回转体产生反弹运动来回振动， 使回转齿 圈和油马达小齿轮之间产生冲击、 振动和噪声，同时铲斗来回晃动，致使铲斗中的土 洒落，因此挖掘机的回转油路中一般装设防反弹阀。3节流回路节流调速是利用节流阀的可变通流截面改变流量而实现调速的目的，通常用于定量系统中改变执行元件的流量。这种调速方式结构简单，能够获得稳定的低速，缺点是 功率损失大，效率低，温升大，系统易发热，作业速度受负载变化的影响较大。根据 节流阀的安装位置，节流调速有进油节流调速和回油节流调速两种。1-齿轮泵2-溢流阀3-节流阀4-换向阀5-油缸图2-3节流回路图2-3 (a)为进油节流调速，节流阀 3安装在高压油路上，液

43、压泵1与节 流阀串联，节流阀之前装有溢流阀2,压力油经节流阀和换向阀4进入液压缸5的大腔使活塞右移。负载增大时液压缸大腔压力增大，节流阀前后的压力差 减小，因此通过节流阀的流量减少，活塞移动速度降低，一部分油液通过液流阀流回 油箱。反之，随着负载减小，通过节流阀进入液压缸的流量增大，加快了活塞移动速 度，液流量相应地减少。这种节流方式由于节流后进入执行元件的油温较高，增大渗漏的可能性，加以回油无阻尼，速度平稳性较差，发热量大，效率较低。图2-3 (b)为回油节流调速，节流阀安装在低压回路上，限制回油流量。回油节 流后的油液虽然发热，但进入油箱，不会影响执行元件的密封效果，而且回油有阻尼， 速度

44、比较稳定。液压挖掘机的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上安装单向节流阀， 形成节流限速回路。如图 2-3 (c)所示，为了防止动臂因自重降落速度太快而发生 危险，其液压缸大腔的油路上安装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀。止匕外，斗杆 液压缸、铲斗液压缸在相应油路上也装有单向节流阀。4行走限速回路履带式液压挖掘机下坡行驶时因自重加速， 可能导致超速溜坡事故，且行走马达易 发生吸空现象甚至损坏。因此应对行走马达限速和补油，使行走马达转速控制在允许 范围内。1-换向阀 2.3-压力阀 4.5.6-单向阀 8.9-安全阀10-行走马达图2-4行走限速回路行走限速回路是利用限速阀控制通道大小，

45、以限制行走马达速度。比较简单的限 速方法是使回油通过限速节流阀，挖掘机一旦行走超速，进油供应不及，压力降低， 控制油压力也随之降低，限速节流阀的通道减小，回油节流，从而防止了挖掘机超速 溜坡事故的发生。履带式液压挖掘机行走马达常用的限速补油回路如图2-4所示，它由压力阀2、3,单向阀 4、5、6、7和安全阀 8、9等组成。正常工作时换向阀 1处于右 位，压力油经单向阀 4进入行走马达 10,同时沿控制油路推动压力阀 2,使其 处于接通位置，行走马达的回油经压力阀 2流回油箱。当行走马达超速运转时，进油供应不足，控制油路压力降低，压力阀2在弹簧的弹力作用下右移，回油通道关小或关闭，行走马达减速或

46、制动，这样便保证了挖掘机下坡运行时的安全。这种限速补油回路的回油管路上装有 510bar的背压阀，行走马达超速运转 时若主油路压力低于此值，回油路上的油液推开单向阀 5或7对行走马达进油 腔补油，以消除吸空现象。当高压油路中压力超过安全阀 8或9的调定压力时, 压力油经安全阀返回油箱。1-行走2-动臂.铲斗3-前泵4-行走5-后泵6-回转.斗杆 7-先导油压此外为了实现工作装置、行走同时动作时的直线行驶，一般采用直行阀，图2-5为 直行阀工作原理图。在行驶过程中，当任一作业装置动作时，作业装置先导操纵油压 就会作用在直行阀上，克服弹簧力，使直行阀处于上位。图中前泵并联供左右行走， 后泵并联供回转、斗杆、铲斗和动臂动作，后泵还可通过单向阀和节流孔与前泵合流 供给行走。5 合流回路为了提高挖掘机生产效率、缩短作业循环时间，要求动臂提升、斗杆收放和铲斗 转动有较快的作业速度，要求能双（多）泵合流供油，一般中小型挖掘机动臂液压缸 和斗杆液压缸均能合流，大型挖掘机的铲斗液压缸也要求合流。 目前采用的合流方式 有阀外合流、阀内合流及采用合流阀供油几种合流方式。阀外合流的液压执行元件由两个阀杆供油，操纵油路联动打开两阀杆，压力油通 过阀外管道连接合流供给液压作用元件