挖掘机液压系统概述讲解

1、 液体不可压缩液体不可压缩 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 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 差动阀杆差动油缸 双作用油缸 S1 S2 F弹簧弹簧 P P 液压泵：将机械能转换为液体压力能。

2、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 等。 辅助装置：油箱、过滤器、管路、接头、 密封、冷却器、蓄能器等等。 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。 1. 流量控制阀 2. 压力控制阀 3. 方向控制阀 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。 1. 节流阀（阻尼孔） 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

3、止状态 ，则根据连通器原理，前后的压力是相等的。 P前前P后后 安全阀限制系统最高压力，保护系统 元件不被高压损坏。 1.直动式：中低压系统 2.先导式：高压系统 过载阀：限制封闭管路最高压力。 减压阀一个泵同时供给两个以上压力 不同的回路。 1.直动式：中低压系统 2.先导式：高压系统 弹簧比较硬 液压油通过节流孔 时，在节流孔的前 后产生压力差P 弹簧很软 弹簧比较硬 液压油通过缝隙 产生压力降P 保持出口压力 稳定的措施 原理与先导式安全阀类 似，用于高压系统。 缝隙缝隙 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。 1.单向阀：只允许液压油单方向通过。 2.选择阀：根据

4、回路中压力的高低自动选择液 压油通过的方向。 3.截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过。 4.液压控制换向（液压先导控制） 5.电磁阀控制换向 6.二通插装阀 A1 A2 先导泵 来油 先导泵 回油 回位弹簧 A B 无无 控控 制制 油油 压压 a bcdefg A B A 有有 控控 制制 油油 压压 a bcde fg B A解锁：c口封闭， B a b 与g不通 g f e d 环槽i h油箱 hi 无控制油压无控制油压 A B 单向阀单向阀 A B，通；，通； B A单向锁定，不通。单向锁定，不通。 A 通道被阀杆遮断通道被阀杆遮断 有控制油压有控制油压 该腔内的油被引回油箱该腔内的

5、油被引回油箱 A B 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。 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。 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。 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

6、行元件供油以提 高该执行元件的运 动速度。 主控阀杆主控阀杆合流阀杆合流阀杆 泵泵1泵泵2 驱动控制油操纵 柴油机柴油机先导泵先导泵先导阀先导阀司司 机机 控制油 驱动工作油工作油 工作泵工作泵主控阀主控阀马马 达达 工作油 实现 实现 工作装置工作工作装置工作油缸油缸旋转、行走旋转、行走 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。 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

7、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 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=P q 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。 变量泵 变量马达 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）。 系统工作时阀杆必须

8、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。 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 减小以致消除是负反馈。 这个例子的反馈是机械连接、反 馈可以是机械、电气、液压、气动或它们的组合。 PO 阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合 泵调节器泵

9、调节器 系统压力与弹簧力成正系统压力与弹簧力成正 比，与系统流量成反比比，与系统流量成反比 。起调压力。起调压力p0弹簧预弹簧预 紧力紧力油压作用面积油压作用面积 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。 即随着泵转速的下 降，其流量和功率 也都下降。 P Q 当泵的起调压力 发生变化时，泵 的恒功率曲线也 发生变化。即随 着泵起调压力的 下降，其功率也 下降。 P Q 起调压力高起调压力高 泵的功率大泵的功率大 起调压力低起调压力低 泵的功率小泵的功率小 该点取决于第二根

10、该点取决于第二根 弹簧何时进入工作状态弹簧何时进入工作状态 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恒功率 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。 PO 液控

11、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 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 具有单泵恒功率调节的特点。 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。 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

12、调节区域，才能 充分利用发动机的功率。 换向阀中位 回油道上有 节流孔，油 通过这个节 流孔产生压 差。将节流 孔前的压力 引到泵变量 机构来控制 泵的排量。 负流量控制负流量控制 全功率控制全功率控制 泵输出压力在设定值以 上时，使泵的流量自动 减小，进行压力切断控 制，主要目的是进一步 减小高压溢流损失。 P Q 无压力切断控制 压力切断控制 Q大 Q小 顺序阀顺序阀 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 液压交叉和电控阀杆液压交叉和电控阀杆 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

13、杆负流量控制阀杆 液压交叉和电控阀杆液压交叉和电控阀杆 与壳体固定铰接点与壳体固定铰接点 液压交叉和电控液压交叉和电控 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 摇杆摇杆 导杆导杆 滑块滑块 支点支点 伺服油缸的移动而带动伺服油缸的移动而带动 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150 200rpm。 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：

14、发动机飞轮功率 88 92%。 扭矩 功率 油耗 转速 先先 导导 来来 油油 先导回油先导回油 P 主泵来油主泵来油 主阀杆主阀杆 回回 位位 弹弹 簧簧 单向阀单向阀 P P T 导阀 调压弹簧 主阀弹簧 主阀 节流孔节流孔 P T 导阀打开 主阀弹簧主阀 节流孔节流孔 A T 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 可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼。 A T 阀套 T A 节流孔节流孔 T AB先导泵来油先导泵来油 先导泵来油先导泵来油 封闭封闭 开口开口 阀杆阀杆 开口开口 封闭封闭 回位弹簧回位弹簧 调压弹簧调压弹簧 T 弹簧座弹簧座 传力杆传力杆 弹

15、簧弹簧 推杆推杆 压盘压盘 节流孔节流孔 面积面积b小小 面积面积a大大 阀杆受力平衡方程为 PA（a b ) 调压弹簧力 因为阀在工作过程中的开口量变化很小，所以调压弹 簧力的变化也很小，根据阀杆受力平衡方程知道， PA 的变化也很小。 从阀的工作过程看，出口压力PA升高时阀杆向上移动， 减小开口量，使出口压力PA降低，保持PA不变。反之 出口压力PA降低时弹簧力使阀杆向下移动，增大开口 量，使出口压力PA升高，保持PA不变。 节流孔的作用是改善阀的操作性能，使阀的工作更加 稳定。例如，可以减小外界振动对阀操作的影响。 先导来油先导来油 A B T 钢球钢球 弹簧腔弹簧腔 弹簧弹簧 弹簧弹簧

16、 推杆推杆 阻尼器阻尼器 太阳轮输入 行星轮架输出 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太阳轮齿 数数 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 Z1 Z2 输入输入 输出输出 演变演变 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 4，5构成插销式偏心输出机构构成插销式偏心输出机构

17、 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 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；二 级安全阀b的调定压 力为41.2MPa。 3. 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 节节 流流 孔孔 节节 流流 孔孔 a a b b c 接缓冲活塞接缓冲活塞 ab，开启压力，开启压力10.2MPa C 马达马达B口来油口来油泄到马达泄到马达A口口 直径大直径大直径小直径小 阀杆阀杆 a a b b c 接缓冲活塞接缓冲活塞 直径大直径大 直径小直径小 ba，开启压力，开启压力41.2MPa C 马达马达B

18、口来油口来油 泄到马达泄到马达A口口 节流孔节流孔 节流孔节流孔 孔孔 缓冲活塞缓冲活塞 阀体阀体弹簧弹簧 阀杆阀杆 节流孔节流孔滑阀滑阀 回油回油 压压 力力 油油 中位制动 延时阀 回转 防反转阀 过载保护 回转制动 补油阀 T 节流孔节流孔 面积面积A1 面积面积A2 差动阀杆差动阀杆 缓冲阀缓冲阀 面积面积A3 面积面积A4 弹簧力弹簧力F P1 T P1 升升 高高 P2 时间时间 压力压力 T 节流孔节流孔 面积面积A1 面积面积A2 差动阀杆差动阀杆 缓冲阀缓冲阀 面积面积A3 面积面积A4 弹簧力弹簧力F P1 A TT 节流孔节流孔 缓冲阀缓冲阀 可变环形缝隙可变环形缝隙 面

19、积大面积大面积小面积小 差动阀杆差动阀杆 KAWASAKI A TT 阀杆阀杆 缓冲阀缓冲阀 可变环形缝隙节流可变环形缝隙节流 时间时间 压力压力 随着缓冲阀的右移，节流作用使该腔压力逐渐升高随着缓冲阀的右移，节流作用使该腔压力逐渐升高 。 中位中位 上阀上阀 下阀下阀 滑阀滑阀 弹簧弹簧 节流孔节流孔 油道油道 油道油道 油道油道 上下阀接触上下阀接触 的距离很短的距离很短 上上 阀阀 作作 用用 面面 积积 小小 下阀作用面积大下阀作用面积大 马达马达 初始初始 启动启动 旋转旋转 下阀向上顶起下阀向上顶起 初始启动时初始启动时 压力比较高压力比较高 马达马达 正常正常 旋转旋转 滑阀底部

20、有油压作用向上推滑阀底部有油压作用向上推 钢钢 球球 被被 顶顶 上上 去去 这腔有这腔有 油压油压 系统低于系统低于 最高启动最高启动 压力后，压力后， 上下阀被上下阀被 弹簧一起弹簧一起 推下来推下来 节流的原因节流的原因 使下阀下降使下阀下降 快，上阀下快，上阀下 降慢。从初降慢。从初 始启动到正始启动到正 常运转会有常运转会有 少量泄漏。少量泄漏。 大量的进油大量的进油 使这个过程使这个过程 很短，人感很短，人感 觉不到。觉不到。 制动制动 惯性惯性 这腔有这腔有 油压油压 滑阀底部有油压作用向上推滑阀底部有油压作用向上推 钢球被顶上去钢球被顶上去 高压时下阀高压时下阀 被顶上去被顶上

21、去 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 阀杆移动与阀杆移动与 左面同样道理左面同样道理 钢球一直被钢球一直被 油压顶在上面油压顶在上面 卸压互通卸压互通 惯性反转惯性反转 油压将钢球油压将钢球 顶到上端顶到上端油压将钢球油压将钢球 压到下端压到下端 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 计算机全功率控制 智能化挖掘机 主要体现：司机单（电控）手柄操作与 工作装置行为轨迹控制。例如，平整场 地和开挖边坡。 运用信号处理

22、技术、模糊控制技术、神 经网络技术在线辩识驾驶员作业意图的 方法，建立功率匹配决策的智能化 计算机控制器计算机控制器 先导泵先导泵 主泵主泵1 主泵主泵2 柴油机速度传感器柴油机速度传感器 油门执行器油门执行器 反馈传感器反馈传感器 监视器监视器 柴油机速度旋钮柴油机速度旋钮 电比例减压阀电比例减压阀 泵压力传感器泵压力传感器 泵压力传感器泵压力传感器 电子控制液压系统简称电控系统，它监测发 动机转速。随着外载荷增大，泵的功率增加， 发动机的负荷也随之增大。当外载荷增大致 使发动机转速降低时，电控系统起作用，它 自动调小泵的起调压力，减小泵的功率，也 就减小了发动机的负荷，使发动机转速恢复 正

23、常。 随着使用工况的不同，可以任意人为设定泵 的功率，最大限度地发挥机器的使用范围。 电子电子 放大器放大器 比例比例 电磁铁电磁铁 执行执行 元件元件 负载负载 反馈测量元件反馈测量元件 电液比例阀组成：比例电磁铁（电-机械比例转换装置） 液压控制阀本体 电-机械比例转换装置：将输入的电信号按比例地连续地 转换为机械力和位移输出。 液压阀本体：接受这种机械力和位移的输出按比例地连 续地输出压力或者流量。 电液比例阀电液比例阀 液压液压 控制阀控制阀 正正 负负 差值差值 的组成为： 将开关或定值型控制阀的手控部分改为 比例电磁铁（电-机械比例转换装置）。 按用途分为四类： 电液比例压力阀电液比例流量阀 电液比例换向阀电液比例复合阀 由电子放大器驱动并且一起配套供应。它的 作用是：把输入的电信号转换成一定的位移， 此位移通过液压阀可以压紧或放松一个弹簧， 或者可以移动一个阀杆。 与一般的通断型电磁铁的主要区别在于普通 电磁铁是变气隙的，比例电磁铁的气隙在一 定范围内