柳工挖掘机的液压系统及控制

挖掘机的液压系统及控制当前第1页\共有92页\编于星期三\3点帕斯卡原理——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×力当前第2页\共有92页\编于星期三\3点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。⑴圆点与交叉；⑵交叉与小圆弧；⑶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——油箱当前第3页\共有92页\编于星期三\3点差动原理差动阀杆差动油缸双作用油缸当前第4页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第5页\共有92页\编于星期三\3点液压泵——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。当前第6页\共有92页\编于星期三\3点液压泵——轴向柱塞泵当前第7页\共有92页\编于星期三\3点液压控制阀流量控制阀压力控制阀方向控制阀当前第8页\共有92页\编于星期三\3点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）当前第9页\共有92页\编于星期三\3点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后当前第10页\共有92页\编于星期三\3点压力控制阀安全阀——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。减压阀当前第11页\共有92页\编于星期三\3点直动式安全阀弹簧比较硬当前第12页\共有92页\编于星期三\3点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=P－P′弹簧很软弹簧比较硬当前第13页\共有92页\编于星期三\3点直动式减压阀液压油通过缝隙产生压力降△PPC

=PA－△P保持出口压力稳定的措施当前第14页\共有92页\编于星期三\3点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当前第15页\共有92页\编于星期三\3点单向阀当前第16页\共有92页\编于星期三\3点选择阀（梭阀）A1A2当前第17页\共有92页\编于星期三\3点液控换向阀先导泵来油先导泵来油回位弹簧当前第18页\共有92页\编于星期三\3点电磁阀当前第19页\共有92页\编于星期三\3点二通插装阀方向控制回路当前第20页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第21页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第22页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第23页\共有92页\编于星期三\3点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当前第24页\共有92页\编于星期三\3点挖掘机的液压系统当前第25页\共有92页\编于星期三\3点压力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当前第26页\共有92页\编于星期三\3点流量Q（单位L/min，升/分钟）单位时间内输出液压油的体积。Q=q×n（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=P×Q液压泵的基本性能参数当前第27页\共有92页\编于星期三\3点排量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×η其中△P为马达进出口压力差，η为马达的机械效率。输出转速n（单位rpm，转/分钟）n=Q×η/q其中η为马达的容积效率。液压马达的基本性能参数当前第28页\共有92页\编于星期三\3点液压柱塞泵和柱塞马达的变量变量泵变量马达当前第29页\共有92页\编于星期三\3点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当前第30页\共有92页\编于星期三\3点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。工作特点当前第31页\共有92页\编于星期三\3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。工作特点当前第32页\共有92页\编于星期三\3点液压伺服控制系统的应用示例PO阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合泵调节器当前第33页\共有92页\编于星期三\3点液压恒功率

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÷油压作用面积当前第34页\共有92页\编于星期三\3点液压恒功率控制（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。负反馈当前第35页\共有92页\编于星期三\3点

当泵的转速发生变化时，泵的恒功率曲线也发生变化。PQ泵的恒功率曲线功率大功率小液压恒功率控制（单台泵）当前第36页\共有92页\编于星期三\3点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当前第37页\共有92页\编于星期三\3点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，就是液压系统的恒功率控制的具体应用当前第38页\共有92页\编于星期三\3点液压全功率控制（两台泵液压交叉控制）P=P1＋P2液压交叉控制两个小活塞的面积相等当前第39页\共有92页\编于星期三\3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P1≠P2，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=P1＋P2来进行流量调节，只有当P=P1＋P2≥2×p0时进入全功率调节区域，才能充分利用发动机的功率。当前第40页\共有92页\编于星期三\3点泵的负流量控制全功率控制负流量控制当前第41页\共有92页\编于星期三\3点挖掘机液压系统的主要部件当前第42页\共有92页\编于星期三\3点全功率变量双联主泵当前第43页\共有92页\编于星期三\3点主控制阀当前第44页\共有92页\编于星期三\3点先导式主安全阀PT导阀调压弹簧主阀弹簧主阀节流孔当前第45页\共有92页\编于星期三\3点主安全阀开启状态PT导阀打开当前第46页\共有92页\编于星期三\3点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PABTT当前第47页\共有92页\编于星期三\3点单向过载阀AT导阀调压弹簧节流孔（可变阻尼）主阀阀套滑阀当前第48页\共有92页\编于星期三\3点过载阀开启状态可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼。AT当前第49页\共有92页\编于星期三\3点单向阀开启状态阀套TA当前第50页\共有92页\编于星期三\3点减压阀式

手控先导控制阀TAB先导泵来油当前第51页\共有92页\编于星期三\3点减压阀式

脚控先导控制阀带阻尼器阻尼器PABT当前第52页\共有92页\编于星期三\3点回转马达当前第53页\共有92页\编于星期三\3点回转减速机当前第54页\共有92页\编于星期三\3点两级行星减速太阳轮输入行星轮架输出当前第55页\共有92页\编于星期三\3点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＝1＋K速比＝（1＋K1）×（1＋K2）①②行星排特性参数K＝内齿圈齿数÷太阳轮齿数当前第56页\共有92页\编于星期三\3点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当前第57页\共有92页\编于星期三\3点行走减速机太阳轮输入，内齿圈输出KAYABA当前第58页\共有92页\编于星期三\3点双排行星减速

传动简图输入输出①②速比＝－（K1＋K2＋K1×K2）当前第59页\共有92页\编于星期三\3点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÷（Z2－Z1）当（Z2－Z1）＝1，称为一齿差Z1Z2输入输出演变当前第60页\共有92页\编于星期三\3点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当前第61页\共有92页\编于星期三\3点摆线针轮传动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当前第62页\共有92页\编于星期三\3点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当前第63页\共有92页\编于星期三\3点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（1.08～1.10）。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：发动机飞轮功率×88～92%。当前第64页\共有92页\编于星期三\3点发动机的

功率扭矩功率油耗扭矩和油耗转速当前第65页\共有92页\编于星期三\3点泵调节器结构原理（KAWASAKI）当前第66页\共有92页\编于星期三\3点当前第67页\共有92页\编于星期三\3点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当前第68页\共有92页\编于星期三\3点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当前第69页\共有92页\编于星期三\3点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当前第70页\共有92页\编于星期三\3点直线行走：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当前第71页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第72页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第73页\共有92页\编于星期三\3点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。当前第74页\共有92页\编于星期三\3点挖掘机液压系统基本控制回路当前第75页\共有92页\编于星期三\3点锁定回路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。当前第76页\共有92页\编于星期三\3点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）。当前第77页\共有92页\编于星期三\3点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0.1MPa0.4MPa当前第78页\共有92页\编于星期三\3点手先导控制回路减压阀式先导阀带梭阀控制多条油路当前第79页\共有92页\编于星期三\3点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。斗杆缸小腔当前第80页\共有92页\编于星