典型工程机械液压液力系统分析ppt课件.ppt

1 第五章典型工程机械液压液力系统分析 2 液压系统定义由若干液压元件组成 包括 能源装置 控制元件 执行元件等 与管路组合起来 并能完成一定动作的整体 元件的综合 回路的组合 或能完成一定动作的各个液压基本回路的组合 液压系统分析目的进一步理解元件和回路的功用和原理 增强对各种元件和基本回路综合应用的理性认识 了解和掌握分析液压系统的方法 工作原理 3 液压系统表示方法一标准元件用图形符号表示二专用元件或不易用图形符号表示清楚的结构 一般用半结构式或结构式符号表示 液压系统阅读方法一若有说明书 则按说明书逐一看 较易 二若无说明书 只有一张图 就须依靠我们所具有的液压知识的符号 功用 工作原理 特点等逐一分析 搞清液压系统工作原理 4 液压系统阅读步骤1了解主机的功用 对液压系统的要求 以及液压系统应实现的运动和工作循环2分析各元件的功用与原理 弄清它们之间的相互连接关系 若有几个执行元件 应先分为子系统逐一分析 一般 先看两头 后看中间 3分析各工况工作原理及油流路线 一般 先看图示位置 后看其它位置 先看主油路 后看辅助油路 5 工程机械主要是为建筑 公路 铁路 水利 电力 矿山 国防和海空港口等建设施工机械化服务的 主要包括挖掘机械 铲土运输机械 起重运输机械 压实机械 桩工机械 路面机械 水泥混凝土机械 凿岩机械 风动工具等几大类机种 液压传动所具有的一系列优点 可以大幅度地提高工程机械的性能和自动化程度 因此不仅工程机械上的工作装置采用液压传动已非常普遍 而且许多工程机械的行走装置也采用液压传动而成为全液压式的工程机械 如全液压单斗挖掘机 稳定土拌和机 振动压路机 摊铺机等 本章比较详细地分析了应用范围广泛 液压系统比较复杂 并具有一定代表性的 与公路交通建设密切相关的几类工程机械 如推土机 轮式装载机 单斗挖掘机 振动压路机 汽车起重机 沥青摊铺机以及路面养护机械等的液压系统 6 7 推土机是一种多用途的自行式土方机械 它能铲挖并移运土壤 例如 在道路建设施工中 推土机可完成路基基底的处理 路侧取土横向填筑高度不大于1m的路堤 沿道路中心线向铲挖移运土壤的路基挖填工程 傍山取土修筑半堤半堑的路基 此外 推土机还可用于平整场地 堆集松散材料 清除作业地段内的障碍物等 适用于建筑工地 水利工程 公路工程 平整场地 露天剥离等工程的刮削 堆积等作业 在推挖重级土壤时 应预先松土 和其他铲土运输机构相比 由于工作装置即推土板的运动较为简单 故其液压系统也较为简单 8 第一节推土机液压系统分析和常见故障诊断 一 液压系统特点推土机工作装置液压系统可根据作业需要 迅速提升或下降工作装置 或使其缓慢就位 操纵液压系统还可以改变推土铲的作业方式 调整铲刀或松土器的切削角 其液压系统的特点 1 液压系统的设计符合总体性能要求 综合考虑各种因素的影响 2 工作可靠 回路简单 液压系统工作平稳 无冲击 过载时 不发生故障及损坏机件 3 实现系列化 标准化 通用化 采用标准元件 4 液压系统效率高 压力 流量损失小 发热率低 5 操作简单 维修方便 9 液压系统的形式 1 回路循环方式分为开式和闭式系统开式系统 油泵从油箱吸油后排出压力油 通过各种元件后流回油箱 结构简单 散热好 油液能在油箱内过滤 但油箱体积大 空气易渗入 引起振动 噪声等不良现象 运行平稳性差 能量损失较大 闭式系统 油泵的进油管道直接与油缸的排油管道相通 组成封闭循环油路 结构紧凑 工作平稳 但结构复杂 散热条件差 油液过滤要求高 推土机工作装置操作系统的执行元件以间歇式工作为主 对传动效率的要求不高 故普遍选用开式系统 回路连接方式即多路阀的连接方式 一般采用串联油路 铲刀升降操作阀在压力油的最上游 其次是松土器操作阀 最后是铲刀倾斜操作阀 串联油路只能在轻载和空载时同时动作 10 2 典型液压系统分析 1 TYl80推土机主要性能参数最大牵引力 184kN 最大顶推力 165kN 最大爬坡能力 30 在横向坡度工作能力 20 转向液压泵型号 CB F40C 操纵系统液压泵型号 CB F32C 推土板容量 4 37m3 推土板提升速度 0 56m s 推土板回转角 25 推土板最大提升高度 1300mm 推土板最大切土深度 530mm 11 TYl80推土机的液压系统包括工作装置和转向两个子系统 工作装置液压系统原理如图所示 所有的操纵阀 压力控制阀均置于工作油箱内 液压缸包括推土缸和松土缸 组成串联油路 液压系统压力为11MPa 由先导型溢流阀控制 操纵松土缸换向阀8为三位五通换向阀 操纵推土缸换向阀7为四位五通换向阀 多一个浮动位置 这是为了使推土机在平整场地时 推土板能随地面的起伏而作上下浮动 为了防止松土缸因外载荷过大而损坏液压元件 特设过载阀9 当压力超过规定值时过载阀开启使系统卸载 12 TY180型推土机工作装置液压系统1 油箱 2 粗滤油器 3 液压泵 4 溢流阀 5 精滤油器 6 安全阀 7 推土铲油缸换向阀 8 松土器油缸换向阀 9 过载阀 10 补油单向阀 11 松土器油缸 12 推土铲油缸 13 换向阀上设有进油单向阀和补油单向阀 其中的进油单向阀的作用是防止油液倒流 例如 提升推土铲时若发动机突然熄火 液压泵则停止供油 此时进油单向阀使液压缸锁止 使推土铲维持在已提升的位置上 而不致因重力作用突然落下造成事故 补油单向阀的作用是防止液压系统产生气穴现象 即推土铲下落时因重力作用会使缸进油腔产生真空 此时补油单向阀工作 油液自油箱进入液压缸 从而防止了气穴现象的产生 操纵推土铲的滑阀为四位五通阀 通过操纵手柄可以实现推土铲的上升 下降 中位 即液压缸封闭 和浮动等四种动作 其中液压缸浮动是为了推土机平整场地作业时 铲刀能随地面的起伏而作上下浮动 松土器液压缸通过三位五通阀的控制 可以实现松土器的上升 下降和中位等三种动作 14 换向阀通过阀芯在阀体内移动 改变不同的油路通断关系 分别控制松土器和推土铲的各种动作 换向阀的一端设有回位弹簧和弹簧座 回位弹簧有一定的预紧力 它欲使换向阀芯保持中位 为保持油液液清洁 该液压系统的所有控制阀均安装在封闭结构的油箱内 此外 液压泵的入口处和液压系统的回油路上设有滤油器 为了使回油滤清器堵塞时不影响液压系统正常工作 滤油器并联一安全阀 即滤油器堵塞时回油背压使安全阀打开 使液压系统正常回油 15 TYl80推土机采用液压转向 转向系统原理如图所示 系统压力为1MPa 液压油从后桥箱内经粗滤油器进入液压泵 再经精滤油器 内设安全阀 进入转向控制阀 转向时可以操纵转向控制阀使压力油进入左或右离合器油路 打开左边或右边的常闭式离合器进行转向 不转向时 油从旁路回油箱 在回油路上有0 15MPa的背压阀 以此压力对变速箱进行强制润滑 16 1 油箱 2一粗滤油器 3一液压泵 4一精滤油器 5 安全阀 6一右离合器 7 9 控制阀 8 调压阀 10一左离合器 11一背压阀 12 变速箱 17 TY320型推土机工作装置液压系统1 24 油箱 2 25 油泵 3 30 溢流阀 4 10 单向阀 5 推土铲升降控制阀 6 7 12 13 补油阀 8 快速阀 9 铲刀升降 22 倾斜油缸 16 松土器升降 19 倾斜油缸 31 拉销油缸 11 21 29 换向阀 14 过载阀 15 选择阀 23 滤油器 26 27 28 随动阀 18 国产TY320型履带式推土机工作装置液压系统如图1所示 它由推土铲升降 铲刀倾斜 松土器升降和倾斜等四个回路组成 可分为动力元件 PAL200型油泵2 25 控制元件 推土铲升降控制阀5 松土器控制阀11 铲刀倾斜控制阀21 选择阀15等 执行元件 推土铲升降油缸9 铲刀倾斜油缸22 松土器升降油缸16及倾斜油缸19等 和辅助元件 油箱1 24和滤清器 油管等四部分 19 油泵可分别向上述四个回路提供压力油 以分别驱动四种油缸 控制推土铲和松土器的升降与倾斜 为了避免油缸活塞的惯性冲击载荷 降低其噪声 油缸内均装有缓冲装置 推土铲和松土器油缸的控制阀均采用先导式操纵的随动换向控制阀 它们为滑阀式结构 能实现换向 卸荷 节流调节和工作装置的微动控制 先导式操纵换向控制阀具有伺服随动助力作用 可减轻驾驶员的劳动强度 并便于布置 减少液压系统功率损失 提高传动效率 这是TY320型推土机工作装置液压系统的特点之一 20 使用中松土器的升降与倾斜并非同时进行 其升降和倾斜油缸可共用一个先导式操纵换向控制阀 另设置一个选择阀15 作业时根据需要操纵手动先导阀来改变松土器换向阀的工作位置 再分别控制松土器的升降与倾斜 松土器换向阀的控制压力由液力变矩器 变速箱的齿轮泵提供 操纵推土铲的先导式换向控制阀 可使铲刀处于上升 下降 固定和浮动等四种不同状态 铲刀浮动状态时可仿形推土作业 也可让推土机倒行利用铲刀平整场地 21 大型推土机铲刀的升降高度达2m以上 加快铲刀的下降速度对缩短推土机作业循环时间 提高其生产率有着重要意义 为此 TY320型推土机在推土铲升降回路上铲刀快速下降阀8 用以降低铲刀升降油缸9的排油 有杆 腔的回油阻力 铲刀在快速下降过程中回油背压增大时速降阀在液控压差作用下自动开启 排油 有杆 腔的回油即通过速降 单向 阀直接向推土铲升降油缸的进油腔补充供油 从而加快了铲刀的下降速度 与此同时 推土铲的自重加快其下降速度 但是 若铲刀下降速度过快 有可能导致其升降油缸的进油 无杆 腔供油不足 形成一定真空度 产生气蚀现象 影响油缸的工作平稳性 为此 在推土铲升降油缸的进油道上均设有单向吸入阀 补油阀 6 7 油缸进油腔出现负压时吸入阀开启 进油腔可直接从油箱中补充吸油 22 同样 松土器液压回路也具有快速补油功能 即吸入阀12 13在松土器快速升降或倾斜时可迅速开启 松土器升降及倾斜油缸直接从油箱中补充供油 实现松土器快速 平稳动作 提高松土器作业效率 推土铲倾斜回路的进油道上设置的流量控制单向阀20可调节和控制铲刀倾斜油缸的工作速度 使铲刀能够以稳定速度倾斜 并保持油缸内的压力恒定 23 在松土器液压回路上装有安全过载阀14和控制单向阀 锁止阀 18 其中安全过载阀可在松土器突然过载时起保护作用 当松土器固定在某一工作位置作业时 其升降油缸锁闭 油缸活塞杆受拉 如遇突然载荷 过载 有杆 腔油压将瞬时骤增 当油压超过安全过载阀的调定压力时 阀即开启 卸荷 油缸闭锁失效 从而起到保护系统的作用 为了提高安全阀的过载敏感性 将该阀安装在靠近松土器升降油缸的位置上 通常 松土器安全过载阀的调定压力比系统主溢流阀3的高15 25 控制单向阀安装在松土器倾斜油缸无杆腔的进油道上 松土器作业时其倾斜油缸处于锁闭状态 油缸活塞杆受压 无杆腔承受载荷较大 该腔闭锁油压相应较大 此时控制单向阀可提高松土器控制阀11中位锁闭的可靠性 松土器可采用单齿作业时其齿杆高度的调整也可实现液压操纵 即用液压控制齿杆高度固定销 在系统中并联一个简单的拉销回路 执行元件为拉销油缸31 24 推土机液力补偿系统液力机械传动的液压控制系统 主要对动力换档变速箱进行液压换档 并对液力变矩器的循环用油和传动系统的润滑用油进行控制 液力油从油泵流出 经过滤器流入动力换档变速箱的操作阀组 然后分成两路 一路通往变速箱换档离合器的操纵油缸 另一路通过调压阀 变矩器进口压力阀 流入变矩器 从变矩器溢出的液力油 经变矩器出口压力阀和冷却器 与变矩器进口压力阀溢出的油合流 进入变速箱的润滑系统 背压阀除防止液力补偿系统产生气蚀外 还能控制润滑油油压 25 26 变速器的操作阀组主要由调压阀 快回阀 减压阀 变速阀 起动安全阀 换向阀等组成 调压阀和快回阀控制换档离合器的工作压力和转矩容量 压力达到一定值时 快回阀处于左位 二位二通液动阀处于下位 系统及变矩器均可工作 否则 当压力不够时 快回阀立即回到右位 系统及变矩器均回油 无油压可工作 减压阀控制5档离合器的油压 因5档离合器是旋转油缸 降低油压对保护旋转油封 延长使用寿命有利 变速阀是四位多路阀 通过与换向阀的配合操作 可使各换档离合器及换向离合器协调动作 从而得到推土机所需的行走速度和方向 起动安全阀是起动安全装置 可防止挂档起动发动机时 推土机自行起步 27 28 转向液压系统推土机采用液压转向 液压油从后桥箱内经粗滤器进入油泵 油泵排出的压力油经精滤器进入转向阀 转向时分别操纵转向阀使压力油进入左右离合器油路 打开左或右的常闭式转向离合器实现转向 不转向时油从旁路回油箱 背压阀用以调压 对变速箱强制润滑 29 30 换档操纵液压系统TY320的换档操纵与液力变矩器和转向离合器共用一个液压系统 操纵部分由调压阀 快速回位阀 减压阀 变速阀 起动安全阀和换向阀等组成 由三层阀体组成一个操纵阀 装在动力换档变速箱的壳体上 系统工作压力2MPa 油泵的压力油经精滤器流入操纵阀组 为了防止滤芯堵塞时油液受阻 粗滤器设有旁通溢流阀 进入操纵阀的压力油分成两路 一路通过阀组中调压阀流向变矩器与转向离合器的控制阀 另一路经操纵阀组中的所有控制阀 通往换档离合器的所有油缸 由变矩器流出的液压油经油冷却器冷却后去润滑变速箱 P T O 取力箱 和转向离合器的各个润滑点 液力变矩器的工作油压分别由进口压力阀 0 7kPa 和出口压力阀 0 45kPa 31 TY220推土机不能行走是最常见的故障 不能行走按液力机械传动油的温度高低可分为冷车和热车两种状态 冷车不能行走是指冷车启动发动机并中速运转 然后挂挡 推土机不能立即起步 热机不能行走是指在正常推土过程中 随着油温的升高 在正常油温范围内 推土机越来越无力 此时发动机工作正常 甚至在无负荷的情况下行走也困难 32 故障诊断方法推土机出现不能行走故障时 无论是在冷机还是在热机状态 首先应将发动机油门控制在中高速运转 然后拆开驾驶室内的左边脚踏板 观察变矩器输出轴是否转动 若转动 再看挂挡后输出轴是否仍然转动 同时应注意分辨挂挡前后发动机 变矩器 变速器的声音是否有变化 若挂挡后输出轴不转动 则说明故障来自变矩器 如变矩器缺油等 若挂挡前后输出轴均能转动 则证明变矩器无故障 故障可能出在变速器 转向离合器 制动器等 33 为了区分是油路系统故障还是机械部分故障 可以拧松变速细滤器上面的排气螺钉 看是否有空气 若有空气且排不尽 则证明低压油路即吸油口到变速泵之间有进空气的地方 为了进一步准确判断进气部位 应继续拧松转向细滤器上面的排气螺钉 若有空气 则证明进气部位在吸油口到粗滤器之间 因这一段油路为变速与转向共用 若无空气 则证明进气的地方应在粗滤器后到变速泵之间 若变速细滤器 转向细滤器上排气螺钉均无空气 则证明故障不在变速转向油路系统 应在变速器 转向离合器或制动器等处 34 冷车不能行走有一台推土机冷车启动发动机后 挂挡不能立即行走 起步时间由最初的5min逐渐增加到30min左右 拧松变速细滤器上的排气螺钉检查 发现虽无气泡但有油溢出 从变矩器输出轴可以转动 热机后一切正常可知 不能起步的原因应在变速操纵阀 拆下变速器盖上的压板 此压板下面有一个测压油堵螺钉 接上0 5MPa压力表 启动发动机并将转速提到高速以后 将变速操纵杆分别挂在前进1 11 Ill挡 测得压力分别为0 23MPa 0 5MPa 0 55MPa 压力明显不够 规定压力分别为1 25MPa 2 5MPa 2 5MPa 10min以后 再次测得压力分别为1 1MPa 2 2MPa 2 3MPa 这时推土机才能起步 由此可以断定变速操纵阀有泄漏的地方 35 拆下变速操纵阀总成 检查后发现操纵阀上的O形密封圈己被压扁变形 且己失去弹性 特别是缸体上五个进油孔处的两个黑色O形圈老化更为严重 阀体上的5个进油口处的密封圈严重老化 导致液压油泄漏 换档离合器操纵油压上升缓慢 为了进一步判明故障 用打气泵高压气管分别向五个进油孔通气 除1挡外 因无行星架 全封闭 主从动摩擦片不外露 其余前进 倒退 11 Ill挡均能看到活塞推动主从动摩擦片移动 断气时能听到活塞在弹簧作用下回位的响声 1挡回位采用波状弹簧 弹性较小 活塞回位时响声较弱 从而可以推断变速器各密封圈密封良好 更换操纵阀上各O形圈后 冷车不能起步的故障消除 36 热车不能行走有两台推土机 工作5000h左右 冷车起步 推土均正常 但在工作45min以后 随着油温的逐渐升高推土机越来越无力 甚至在无负荷状态下 连行走都困难 此时 发动机油门并未减小 转速也未降低 说明推土机无力 与发动机无关 若此时停机休息2h左右 待油温降低后 再次启动发动机 起步 推土又恢复正常 当油温升高 推土机出现无力状况时 拆开驾驶室边的脚踏板 发现此时变矩器输出轴仍然转动 拧松变速细滤器上的排气螺钉 发现排出的油中有气泡 且长时间排不尽 37 若有进空气的地方 可以肯定无论是冷车还是热车都应进空气 冷车状态同样应出现不能行走的现象 而事实上冷车工作正常 故可以肯定低压油路密封状况良好 热车高压油路进空气 不能行走 是因为低压油路真空度过大引起的 检查发现 吸油口与粗滤器之间橡胶管吸瘪 发动机转速越高 吸瘪的程度越大 造成进油不畅 原因是 橡胶管内层随使用时间的增长而老化起泡 随着油温的升高 鼓泡更大 从而堵塞了进油通道 造成真空度过大 更换橡胶管后 故障排除 38 故障现象一台T220型推土机 经过大修后 在厂内试机时 性能良好 运到工地使用100h后 空车出现跑偏现象 推土作业时跑偏现象更为严重 39 故障诊断与分析 1 外观检查四轮一带工作良好 不啃轨 履带松紧度合适 后桥箱及终传动箱没有异常声响 放油检查没有发现杂质 重新调整操纵杆和踏板行程 故障没有被排除 2 测量油压转向离合器是弹簧紧湿式离合器 制动器是液控制式制动器 见图1 如单侧转向阀内漏 阀以后油道或堵塞会造成跑偏 转向离合器回路的测压口A B在转向阀体的两侧 转向制动回路的测压口C D在两个安全阀的螺母上 测定A B C D口油压 结果满足设定值要求 表明跑偏现象不是油压不足造成的 根据检查和测量结果 推测故障可能的转向离合器或测压点以后的诱导堵塞 40 3 解体检查打开离合器室罩盖 解体检查转向离合器和制动器 没有发现油道堵塞现象 各部分的连接螺栓亦无松动 易损件都是大修时换用的新件 没有发现损坏或严重磨损 内外弹簧的自由长度符合设定值的要求 再仔细检查 发现导向套4的外圆柱面上有轻微的卡痕 4 分析沿圆周8个连接螺栓7的拧紧力矩不均匀 造成内 外弹簧3安装力不平衡 在弹簧压缩回弹过程中 个别导向套4倾斜 与内彀5发生干涉 前100h内 由于导向套外圆柱面是光滑的不至于卡死在内彀上 从而干涉弹簧3不能正确回位 并导致摩擦片6的压紧力不足 造成摩擦副不能可靠传递设定扭矩而出现滑转 最终引起跑偏 41 找到故障原因后 按技术要求调整离合器内各零件到正确的装配位置 并用扭力板手按一定扭矩均匀地拧紧连接螺栓7 说明书上要求外弹簧安装力2 37kN 小弹簧安装力1 35kN 在没有专用检测仪的修理场所 很难掌握 按150N M的扭矩拧紧连接螺栓7来保证内 外弹簧的安装力 这样处理后装机试验 故障现象排除 42 油温过高的故障一台D85A 18推土机 在正常使用中突然液压系统温度急剧升高 在检查过程中仅运转0 5h油温就高达124 远远超过了正常工作温度 50 70 C 故障原因可能是 液压泵被拉伤 液压缸密封失效 滑阀磨损 密封件老化以及油管破损等 其中各种阀 油封和油管等的泄漏 可能是产生高温的直接原因 43 44 首先测工作压力 该机的标准工作压力为14 15MPa 实际值为14 2MPa 说明液压泵的工作基本正常 第二 检查液压缸 主要检查推土铲提升缸14和耕土机缸10的工作情况 即提起推土铲和耕土机 使两液压缸的活塞杆自然伸出 伸出速度分别为64mm 15min和52mm 15min 再用推土铲和耕土机支起机体 使发动机熄火 在机体重量作用下观察两液压缸活塞杆的收回情况 结果推土铲缸的速度为84mm 15min 耕土机缸的速度为82mm 15min 均在标准范围内 说明密封效果良好 第三 检查滤油器 发现有细小的铜粉末 初步判定泵配流盘有拉伤现象 拆检后果然发现有一面配流盘有轻微拉伤 经研磨 调整间隙后装机试验 温度虽有降低 但使用0 5h后仍超过100 状况无根本好转 45 第四 拆检液压阀 拆检了推土铲提升阀4 推土铲倾斜阀6和耕土机阀9中的滑阀配合间隙 结果滑阀与阀体的间隙均在0 03 0 06mm范围内 而且没有明显的划伤和拉伤 因而可排除此3个滑阀泄漏的可能性 检查安全阀和流动止回阀5 止回阀互1 互6等 也无拉伤现象 说明无泄漏 检查各处的密封情况 也未发现损坏 最后 检查油管 即液压油箱中一根从推土铲倾斜阀6到耕土机阀9之间的金属接管 两端为O形圈密封 另外 有一根从耕土机阀9 到滤油器2的金属连接管 其与阀9间的密封为平面密封 另一端为橡胶圈卡紧密封 仔细检查了这两根金属油管 未见有砂眼和裂缝 状况良好 回油管与滑阀9之间有一平板 仔细检查后发现 此平板平面局部有发蓝现象 但做平面检查时并没有明显的平面变形 可以基本断定是由于这两个平面处油液泄漏造成了液压油温过高 46 针对上述故障原因 制做了两个密封垫装在平板与阀及油管的接合处 装机试验表明 机器完全恢复正常 此故障说明 由于长期使用 紧固此平板的螺栓松紧不一 当遇到高温时平板或油管的连接平面变形 使原来平面不能很好地起到密封作用而导致油液泄漏 47 推土机无转向故障推土机在使用过程中突然出现两侧不能转向故障 可拆检方向操纵阀总成进油口处的溢流阀 原因是油液过脏 油液中的杂质磨伤或拉伤溢流阀芯和阀体的内腔表面 使阀芯卡死在开启接通回油的位置上 失去了对油压的调节作用 使系统压力达不到标准值 48 49 50 装载机液压液力系统分析和常用故障诊断一 轮式装载机的工作特点及其对液压系统的要求装载机是一种作业效率高 机动灵活 用途广泛的工程机械 它不仅对松散的堆积物料可进行装 运 卸作业 还可对岩石 硬土进行轻度铲掘作业 并能进行清理 刮平场地及牵引作业 如果换装相应的工作装置后 还可以完成推土 挖土 松土 起重以及装载棒料等工作 在道路 特别是在高等级公路施工中 装载机用于路基工程的填挖 沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业 由于装载机具有作业速度快 效率高 机动性好 操作轻便等优点 因此被广泛用于建筑 矿山 道路 水电和国防建设等国民经济的各个部门 成为工程机械的主要机种之一 51 一般轮式装载机的工作装置及转向系统采用液压传动 而行走系统则采用机械传动 但目前有些用于矿井 坑道作业的 特殊的小型轮式装载机采用液压行走装置 称为全液压装载机 轮式装载机的基本动作是 将铲斗插入物料 向后翻转铲斗 将铲斗装满 保持载荷并提升到一定高度 将载荷运送到指定地点倾卸 再回到装料处 如此循环作业 铲斗翻转和起升是由铲斗液压缸和动臂液压缸通过四杆机构的配合完成的 52 由上述基本动作可见 铲斗缸与动臂缸不需要复合动作 但要保证铲斗缸优先动作 且铲斗缸动作时动臂缸不能动作 这就保证了铲装及举升到一定高度时才可以卸料 由于铲斗缸与动臂缸之间是通过四杆机构联系在一起的 当动臂缸运动时 会使铲斗缸活塞受牵连而运动 因而应在铲斗缸的大小腔油路上设置过载补油回路 53 装载机的工作特点是作业周期短 动作灵活 因而转向频繁 特别是随着装载机的日趋大型化 人力转向几乎是无法实现的 提高转向系统的操纵性能便成为提高装载机生产率的重要问题之一 目前轮式装载机全都采用液压转向 在液压转向系统中 应考虑如下几个问题 1 必须保证转向油路有稳定的流量 不受发动机转速变化的影响 2 转向的控制必须是位置伺服系统 其输入量是转向器的转角 输出量是车体的摆角 是一个机械一液压位置伺服系统 其反馈机构由机械反馈系统构成 54 二 液压系统特点装载机在作业过程中 动臂升降 转动铲斗 整机转向和转向变速等动作需协同配合 频繁变换 驾驶员操作的劳动强度相当大 一般均采用液压系统来实现 液压系统性能的优劣对装载机的生产率 经济性和使用寿命有很大影响 因而有下述要求 1 工作性能好 能合理利用效率 保证装载机具有较高的生产率 作业过程平稳 有力 准确 各项动作相互协调 系统效率高 应力求减少系统发热量 保证系统正常工作温度不超过80 55 2 可靠性高 寿命长 装载机作业载荷变化大 伴随冲击和振动 因而要求系统有比较完善的安全装置 并能经受较大的冲击 要特别注意防尘和密封 3 操作性能好 操作动作简单 轻便 装载机每一作业循环机构动作很好 都需要驾驶员操作 应能降低驾驶员操作疲劳程度 4 系统要简单可靠 易于安装 维修和保养 56 三 装载机的分类与总体构造 一 分类1 按行走系统结构分类轮胎式装载机 以轮胎式专用底盘作为行走机构 并配置工作装置及其操纵系统而构成的装载机 履带式装载机 以履带式专用底盘或工业拖拉机作为行走机构 并配置工作装置及其操纵系统而构成的装载机 早期多采用履带式 后曾一度改为轮胎式 以增加其机动性 但由于轮胎磨损太快 成本高和寿命短等原因 又改为履带式 随着橡胶工业的发展 轮胎的耐磨性能有了很大的提高 轮胎式装载机才得到很快的发展 轮胎式的特点 机动灵活 效率高 成本低 维护方便 较好的缓冲 减振功能 减轻操作者的疲劳提高舒适性 其保有量占90 以上 履带式的特点 接地比压小 牵引力大 工作稳定性好 57 2 按发动机位置分类发动机前置式 发动机置于操作者的前方发动机后置式 发动机置于操作者的后方目前国产大中型装载机普遍采用发动机后置的结构形式 可扩大司机的视野 发动机可起到配重的作用减轻设备的整体质量 3 按转向方式分类偏转车轮式 以轮式底盘的车轮作为转向的装载机一般采用整体式车架 机动灵活性差 极少数小型的采用这种形式 有分为前轮 后轮和全轮转向三种形式 铰接式 依靠轮式底盘的前轮 前车架及工作装置 绕与主机铰接的中心销作水平摆动进行转向的装载机 转弯半径小 机动灵活 可在狭小场地工作 是最常见的机型 滑移式 依靠轮式底盘两侧的行走轮的速度差实现转向 左右两侧车轮上分别装有独立的传动装置 靠左右车轮的牵引力不同来实现转向 优点是 整机体积小 可原地转向 工作时有很好机动灵活性 可在更为狭窄的场地作业 58 4 按驱动方式分类前轮驱动 以行走结构的前轮作为驱动轮的装载机 后轮驱动 以行走结构的后轮作为驱动轮的装载机 全轮驱动式 行走结构的前 后轮都作为驱动轮的装载机 现代的装载机多采用全轮驱动式 为了适应装载机在平直的道路上运行及进行作业场地间迁移的需要 有些装载机上装有脱桥机构 装载机在平直的道路上高速行驶时 通过装在变速箱的脱桥机构将其中的一根驱动桥 通常是后桥 脱离 靠另一根桥 前桥 驱动车轮行驶 59 装载机的总体结构 变矩器 柴油机 拉杆 动臂 转斗油缸 铰蹬钥 工作系 驱动桥 动臂油缸 车架 铲斗 后传动轴 变速箱 转向油缸 前传动轴 配重 驱动桥 60 二 轮式装载机的总体构造 轮式装载机主要由动力系统 传动系统 车架 转向系统 制动系统 行走装置 工作装置 工作液压系统 电气系统 和操纵系统等组成 动力系统传来的动力 一部分经过变矩器传给变速箱 再由变速箱把动力经前后传动轴分别传给前后驱动桥 以驱动车轮前进 另一部分经过设在变速箱或变矩器上的取力接口 传递给液压泵 为传动系统 转向系统和工作液压系统等提供动力 工作装置由动臂 铲斗 摇臂和拉杆等零部件组成 动臂的后端通过动臂销与前车架连接 前端安装有铲斗 中部与动臂油缸连接 当动臂油缸伸缩时 动臂绕其后端销转动 实现铲斗的提升或下降 摇臂的中部和动臂相连接 两端分别与拉杆和转斗油缸相连 当转斗油缸伸缩时 摇臂绕其中间支撑点转动 通过拉杆使铲斗实现上转和下翻 61 车架由前后车架组成 二者用铰接销连接 依靠转向油缸的伸缩作用 使前后车架绕铰接销相对转动 实现转向 后车架上安装有副车架或摆动车桥支架 可使后桥绕后车架在一定范围 10 15 内上下摆动 装载机的车轮上装有制动器 司机踩下制动踏板 通过制动系统使制动器产生制动作用 以降低装载机的行驶速度或使其停止 62 装载机的型号编制 按照标准规定 轮式装载机的产品型号由产品的组 型 特性代号与主参数代号组成 如需增添变型 更新代号时 其变型 更新代号置于产品型号的尾部 组代号 Z 装载机型代号 L 轮胎式特性代号中Q 全液压 LD 轮胎式井下装载机 LM 轮胎式木材装载机主参数为装载机额定载重量t 10 如 ZL50E型装载机 表示额定载重量为5吨 第五次变型的轮胎式液力机械装载机 63 我国生产的装载机一般具有以下特点 铰接式车架 转弯半径小 机动灵活 便于在狭窄场所工作液力变矩器传递动力 四轮驱动 能充分利用发动机的功率 增大转矩 使整机具有较大的牵引力 同时还能自动适应外界阻力的变化 在一定范围内实现无级变速 并对传动部件和发动机起保护作用 3 动力换档 液压助力 全液压或流量放大转向 操纵轻便 灵活 4 气顶油 钳盘式 或免维护湿式 四轮制动的制动系统 使制动更加可靠 有效 现在新设计的部分装载机还具有紧急制动系统 增加了行驶的安全性 5 低压宽基越野轮胎 加上后桥可绕中心上下摆动 具有良好的越野性能和通过性能 以适应装载机在松软或崎岖不平的场地行驶或作业 64 装载机动力传递路 1变速箱 2液力变矩器 8后驱动桥 6中央驱动轴 7后驱动轴 5前驱动轴 4前驱动桥 3发动机 发动机动力 3 变速箱 1 后驱动轴 7 中央驱动轴 6 后驱动桥 8 前驱动轴 5 前驱动桥 4 液力变矩器 2 65 动力传递路径 来自发动机 去变速箱 涡轮 动力传递路径 液力变矩器安装在发动机和变速箱之间 来自发动机的原动力从飞轮进入驱动装置箱 驱动装置箱 泵轮 以及齿轮装置 驱动 均用螺栓固定 并且直接靠发动机的转动而转动 泵轮的原动力使用油作为介质使涡轮转动 并把原动力传送到变速箱的输入轴 11 驱动装置箱 泵轮 变速箱的输入轴 齿轮装置 66 变矩器功用 25 1轴 2齿轮 3轴承 4泵轮 6涡轮 7驱动壳 8轴承 9端盖 5导轮 10驱动齿轮 功能 a 可以利用流体的功能 平稳而没有冲击地传递动力 b 机器受到很大振动与冲击时 冲击不会附加到传动系的齿轮和轴上 离合器也不易被损坏 c 可以随着负载大小的变化而自动改变它的输出扭矩 67 二 液压系统型式1 装载机转斗油缸滑阀和动臂油缸滑阀之间的油路连接方式有并联 串联和串并联3种 现代轮式装载机的换向阀多采用串并联连接 即各阀的进油是串连的 回油是并联的 2 工作装置液压系统常与动力转向液压系统组成结合式回路 按系统中油泵数目可分为单泵和多泵系统两种 1 单泵系统 由一个液压泵供给动力转向和工作装置 2 多泵系统 由工作装置液压泵 转向泵和辅助泵组成两个液压回路 工作装置液压回路和转向液压回路 而这两个回路是通过辅助泵联系起来的 它通过流量控制阀把油流分配给转向或工作回路 大中型装载机为了更合理利用功率 缩短作业循环时间 提高生产率 目前多采用多泵系统 68 1 液压系统主要元件的作用在系统中 动力元件为两个并联的CB G型齿轮泵 齿轮泵是工作主泵 辅助泵 转向泵 执行元件是一对动臂液压缸 一对转斗液压缸 一对转向液压缸 控制调解元件有换向阀和压力控制阀 换向阀 四位六通换向阀 三位六通换向阀 四位六通换向阀控制动臂动作 三位六通换向阀控制斗杆动作 流量转换阀的作用是从辅助泵补充转向泵所减少的流量供给转向油路 以保证转向油路的流量稳定 随动阀用来控制转向液压缸动作 压力控制阀 安全阀控制工作装置系统的工作压力 防止过载 其调节压力为15MPa 双作用安全阀 防止转斗液压缸过载或产生真空 起到缓冲补油作用 其调定过载压力为8MPa 安全阀 控制转向系统工作压力 调定压力为10MPa 69 根据装载机作业要求 液压系统应完成下面工作循环 铲斗翻转收起 铲装 动臂提升锁紧 运转 铲斗前倾 卸载 动臂下降 1 铲斗收起与前倾铲斗的收起与前倾由转斗液压缸工作回路 操纵换向阀处于右位 油液流动路线是 进油路 泵 换向阀右位 转斗液压缸大腔回油路 转斗液压缸小腔 换向阀右路 精滤器 油箱此时 转斗液压缸活塞杆伸出 通过摇臂斗杆带动铲斗翻转收起铲装 操纵换向阀处于左位 泵来油经换向阀左位进入转斗液压缸小腔 活塞杆缩回 通过摇臂斗杆推动铲斗前倾卸载 操纵换向阀处于中位 转斗液压缸进 出油口被封闭 依靠换向阀的锁紧作用铲斗停留固定在某一位置 70 在转斗液压缸的小腔油路中还设有双作用安全阀 在动臂升降过程中 转斗的连杆机构由于动作不协调而受到某种程度的干涉 即在提升动臂使转斗液压缸的活塞杆有被拉出的趋势 而在动臂下降时活塞杆又被抢制顶回 这是换向阀处于中位 油路不通 为了防止液压缸过载或产生真空 双作用安全阀可起到缓冲补油作用 当小腔受到干涉压力超过调定压力8MPa时 便可从过载阀释放部分压力回油箱 使液压缸得到缓冲 当产生真空时 可由单向阀从油箱吸油补空 应当指出 铲斗液压缸的大腔也应该设置双作用安全阀 使液压缸大小腔的缓冲和补油彼此协调的更为合理 如在活塞被向外拉出小腔受压释放部分压力油时 活塞向前移动 大腔就要产生真空 若在大腔油路上也设有双作用安全阀就可以及时补油 71 2 动臂升降动臂的升降由动臂液压缸工作回路实现 操纵换向阀处于d位时油液流动路线是 进油路 泵 换向阀中位 换向阀d位 动臂液压缸大腔回油路 动臂液压缸小腔 换向阀d位 精滤器 油箱此时动臂液压缸的活塞伸出 推动动臂上升 动臂提升到运转位置时操纵换向阀处于c位 动臂液压缸的进 出油口被封闭 依靠换向阀的锁紧作用时动臂固定以便运转 铲斗前倾卸载后 操纵换向阀处于b位 此时油的流动路线是 进油口 泵 换向阀中位 换向阀b位 动臂液压缸小腔回油路 动臂液压缸大腔 换向阀b位 精滤器 油箱此时动臂液压缸的活塞杆缩回 带动动臂下降 72 操纵换向阀处于a位 动臂液压缸处于浮动状态 以便在坚硬地面上铲取物料或进行铲推作业 此时动臂能随地面状态自由浮动 提高作业效能 此外 还能实现空斗迅速下降 并且在发动机熄火的情况下亦能降下铲斗 装载机动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能 液压缸的进油由主泵和辅助泵并联供油 流量总和最大可达320L min 动臂处于升和降状态时可控制换向阀阀口开度的大小进行节流调速 并通过加速踏板的配合 达到低速微调 73 3 自动限位装置为了提高生产率和避免液压缸活塞杆伸缩到极限位置造成安全阀频繁启闭 在工作装置和换向阀上装有自动回位装置 以实现工作中铲斗自动放平 在动臂后绞点和转斗液压缸处装有自动限位行程开关 当动臂举升到最高位置或铲斗随动臂下降到随机面正好水平的位置时 行程开关碰到触点 电磁阀通电 气压系统接通气路 贮气筒内的压缩空气进入换向阀的端部松开弹跳定位钢球 阀杆便在弹簧作用下回至中位 液压缸停止动作 当行程开关脱开触点时电磁阀断电而回位 关闭进气通道 阀体内的压缩空气从放气孔排出 74 三 典型液压系统分析ZL50型装载机ZL50装载机的发动机功率为150kW 工作装置液压系统的调定压力为15MPa 过载阀调定压力为18MPa 转向系统的调定压力为10MPa 该机液压系统如图所示 75 z150装载机液压系统原理图 由液压油源回路 工作装置回路及转向回路3部分构成 1 液压油源回路该系统的液压油源由3台定量液压泵和1个流量控制阀构成 其中A泵为驱动工作装置的主泵 c泵为转向泵 B泵为辅助泵 B泵既可以向工作装置供油 也可以向转向回路供油 当发动机转速比较低时 转向泵c的流量降低 则节流孔D E的压差较小 不足以克服流量控制阀主阀芯右侧的弹簧力 因而主阀芯处于右位工作 此时由c泵和B泵共同向转向回路供油 保证转向回路有足够的流量 当发动机转速提高到某一设计转速时 D E两节流孔的压差足以克服流量控制阀主阀芯右侧的弹簧预紧力 则主阀芯处于中位工作 这时辅助泵B同时向转向回路和工作装置回路供油 既保证一定的转向速度 但不使转向速度加快 X能提高工作装置的速度 以提高生产率 76 当发动机转速进一步提高 达到某一设定的高转速时 节流孔D E所造成的压差完全克服流量控制阀主阀芯右侧的弹簧力 将主阀芯推至左位工作 此时 转向回路仅由转向泵c供油 辅助泵B和主泵A合流向工作装置供油 以提高工作装置的生产率 发动机转速超过此设定转速时 转向油路所需流量仅由转向泵c提供 但氍蒂发动机转速的提高 c泵流量增大 转向速度加快 但此工况较少出现 因为发动机高转速时转向很危险 由于该系统的液压油源回路中采用了流量控制阀 使转向系统的流量受发动机转速变化的影响不大 保证了转向灵活 平稳的要求 该流量控制阀也被称为双泵单路稳流阀 77 2 工作装置回路ZL50装载机工作装置回路采用顺序单动回路 铲斗液压缸在前 动臂液压缸在后 构成顺序互锁 即铲斗液压缸动作完成后 动臂液压缸才能动作 这就保证了铲装及举升都有足够大的推力 铲斗液压缸由手动三位六通换向阀控制 具有上转 锁紧 下转3个动作 并设有限位机构 当铲斗在高处倾翻卸料完毕后 操纵换向阀使铲斗上转到一定位置时 气动系统的二位三通电磁气阀动作 接通气路 压缩空气进入三位六通手动换向阀顶开弹跳定位钢球 阀芯在弹簧力作用下回到中位 使铲斗自动限位 这个位置能使铲斗随动臂下降到停机面时刚好处于水平位置 无须再调平 78 由于铲斗液压缸与动臂液压缸是通过四杆机构配合动作的 所以在动臂液压缸升降过程中 铲斗液压缸的连杆机构由于动作的不协调而受到某种程度的牵连 铲斗液压缸的活塞杆有被拉出 或压进 的可能 此时铲斗液压缸的三位六通换向阀处于中位 为了防止铲斗液压缸的过载或吸空 本系统在铲斗液压缸的小腔设置了过载补油阀 应该指出 小腔过载 受压 则大腔被吸空 因此 应当在大小腔均设过载补油阀 该过载补油阀的另一作用是可使铲斗液压缸实现 撞斗 动作 如图3 2所示 79 卸料时压力油进入铲斗液压缸的小腔 通过摇臂和推杆使铲斗翻转 当铲斗的重心越过铰支点后 便在重力作用下加速翻转 铲斗液压缸的运动速度会逐渐超过供油量控制的速度 由于补油阀能及时向铲斗液压缸的小腔补油 使铲斗可以快速下翻撞击限位挡块 以便将斗内的剩料振落 80 动臂液压缸由手动四位六通换向阀控制 实现提升 锁紧 下降 浮动4种功能 当四位阀处于中位 图示位置 时 动臂缸被锁紧 而主泵卸荷 若将四位阀换向至a或b位 可实现动臂缸的升降 靠换向阀阀口开度来实现节流调速 当动臂上升到最高位置或最低位置时都能由电磁气阀实现自动限位 当四位阀换向至 位时 动臂缸处于浮动状态 以便空斗迅速下降 甚至在发动机熄灭时 也能降下空斗 此外 在坚硬地面上铲取物料或刮平作业时也需要浮动工位 多路换向阀内部单向阀的作用是为了防止换向阀在换向过程中阀前压力瞬时过高 换向阀的轴向尺寸链常采用正开口 负遮盖 即开口量大于封油长度 要提升动臂 或铲斗 时 当阀芯移动距离小于开口量 大于封油长度时 阀的4个油口 A B P 0 全通 因为动臂液压缸下腔承受很大的负载 故有很高的油压 铲斗液压缸大小腔都可能承受较大的负载 这时液压缸下腔的液压油便可能倒流回油箱 于是动臂不但不上升 反而下降 只有当阀芯移动距离超过开口量 进油口P与回油口0的通道才能被切断 从进油口P进入阀的油才会进入动臂液压缸下腔 动臂才开始上升 这种由于换向阀采用正开口的尺寸链 在其换向过程中造成动臂瞬时下降然后才升起的现象 称为 点头 现象 要想克服这种现象应在进油路上设置进油单向阀 回油路上的单向阀是起背压作用 减小冲击 81 3 转向回路装载机转向机构要求转向灵敏 因此随动阀采取负封闭的换向过渡形式 这样还防止突然换向时系统压力瞬时升高 同时还加了一个锁紧滑阀来防止转向液压缸窜动 锁紧阀的作用是在转载机直线行驶时防止液压缸窜动和降低关闭油路的速度 减少液压冲击 避免油路系统损坏 另一个作用是当转向泵和辅助泵管路发生破损或油泵出现故障时 锁紧滑阀能自动回到关闭油路位置 从而保证机器不摆头 82 转向液压系统可分为常流系统和常压系统 转向系统中供油流量不变的称为常流系统 在常流系统中如果液压泵输出的流量超过转向所需要的流量 则多余的油经溢流阀返回油箱 这时有功率损失 当转向阀处于中位时 液压泵输出的油通过转向阀的中位回流油箱卸荷 常流系统的特点是结构简单 成本低 如果设计合理可使功率损失减小 并能获得良好的转向性能 是工程机械上广泛采用的一种形式 与常流系统对应的还有常压系统 即液压系统压力为恒定值 一般可采用定量泵一蓄能器系统获得常压 由于采用蓄能器 价格比常流系统要高 蓄能器在整车布置上也困难 使用中隔一定时间还要充一次氮气 也比较麻烦 所以常压系统不如常流系统应用广泛 83 对常流转向系统的要求是不管转向条件如何变化 液压转向机构应具有稳定的动力特性和速度特性 转向液压缸行程与转向盘转角要成比例 另外 还应保证转向速度恒定 为此要求供油量也应恒定 工程机械上液压转向系统多采用定量泵供油 而驱动液压泵的发动机转速在工作过程中变化很大 因此液压泵的输出流量也随之变化 如果在发动机低转速时保证足够的供油量 则在高转速时将造成供油量过大 为解决这个矛盾 保证有效 稳定的转向速度 在液压转向系统中可设置稳流阀 它的作用是保证工作过程中供给转向系统的流量能保持稳定 即转向系统获得的流量不因发动机的转速或道路阻力的变化而变化 84 常流液压转向系统可分为独立式转向回路和组合式转向回路两类 1 独立式转向回路 转向回路和工作回路分别由两个定量泵供油 组成两个独立的回路 若转向回路所需要的理想流量为Q 转向泵输出流量只在一个点上满足要求 如图3 3所示 当发动机在高转速和低转速时 输出流量对理想流量的变化率较大 发动机转速超过1200r min 转向泵输出流量的多余部分通过流量控制阀流回油箱 这就造成了功率损失 为了使在发动机低转速时也能供应转向所需的流量 就要采用一个很大的转向泵 发动机高转速时损失的能量就更大 转向回路首先要求转向流量不随发动机转速的变化而变化 即流人转向阀的流量要和转向阀的位移量 转向盘的旋转角度 成比例 85 为了在发动机所有转速范围内都得到一定流量 而采用流量控制阀 图3 4是工程机械采用的转向液压齿轮泵 它由齿轮泵和稳流安全阀组成 当发动机转速升高时 液压泵流量增大 但油液受稳流阀小孔d 的节流限制 进口压力升高 造成D1 D2腔之间的压力差 当这个压力差 P p1一p2达到某一设定值时 稳流安全阀的主阀芯l克服弹簧2的预压紧力而产生移动 使D1腔和回油腔接通 使液压泵排出一部分油液流回油箱 从而保证转向机构获得的流量为一定值 稳流安全阀的另一个作用是保证转向液压系统中压力不超过某一调定值 当压力p 超过此值时 稳流安全阀A腔中的压力将克服弹簧4的作用力 推开小钢球3 使D2腔和回油腔接通 于是压力下降 保证了系统的安全 当道路阻力增大时 即载荷增大 压力P2升高 p1一p2将有减小的趋势 通过小孔d 的流量也将要减小 如果供油量不变 相应地在进油处p 压力升高 使其趋于分流 但在p2增高时 相应P也增高 这样作用在主阀芯1上的液压力加上弹簧2的作用力将