挖掘机液压系统课程设计.doc

挖掘机液压系统课程设计液压挖掘机课程设计 前言 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.2 1液压挖掘机的液压系统.3 TU222国内外发展概况及展望4TU22 1 国内发展概况及展望UT42.2 国外发展概况及展望UT5TU3 液压系统的设计UT6TU3.1 液压挖掘机的工况分析UT633 2 液压系统的主要参数确定UT7TU3.3 负载分析UT733.4机电一体化液压挖掘机工作原理UT8TU3.5机电一体化液压挖掘机工作技术要求UT954 各液压元件的选择UT10TU4.1 液压泵的选择UT10T44 2 柴油发动机的选择UT10TU4.3 液压阀的选择UT10TU4.4 其他液压元件的选择UT105 液压挖掘机的应用.115.1 液压随系统在制动器上应用.115.2 液压随动系统在挖掘机操作中的应用.115.3 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.116.1 液压挖掘机基本结构及其抽象化表示.116.2 再生运动链和创新运动链.126.3 创新机构结构方案.137 挖掘机液压系统概述.157.1 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。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3040年代的产品。由于国家H经济H建设的需要,后又H发展H10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20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型正铲超大型液压挖掘机，斗容量达8.2m3，工作重量175t。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50m³。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作的复合主要包括: (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，间以动臂动作。 (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）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，下端与回转平台铰接。常见的有两种具体布置方式。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，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。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动;而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前铰点转动。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、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 液压泵的选择主泵的压力为，最大流量为；齿轮泵的压力为，最大流量为。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=0.8，泵的总驱动功率为：= 23.74KW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，其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置。 如图2（a）所示，液压挖掘机反铲转置由动臂、斗杆、铲斗、以及动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸和连杆机构等组成。其结构特点是各部件之间的联系全部采用铰链，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。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、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=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。 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，机架可以是杆3或杆6，但是若杆3为机架，铰、为驱动副，得到反铲装置，其中油缸的支撑点铰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，铰、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，铰、为驱动副，斗杆油缸的支承点铰在挖掘过程中后移；编号为11、12的两个平面运动链，杆3为机架，铰、为驱动副，铲斗油缸的支承点铰在挖掘过程中后移。因此编号为9、10、11、12这四个平面运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。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80，或温升不超过45。（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，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，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。 1-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，高压油路的压力油经缓冲阀3泄回油箱，低压油路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。此外，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，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.