三一挖掘机液压系统

不二越(NACHI)液压挖掘机液压系统 日本不二越公司开发的液压挖掘机液压系统采用具有抗饱和功能， 分流比负载敏感压力 补偿系统。 该液压系统的主要部分如图一所示。 它由分流比阀前补偿负载敏感压力补偿多路 阀组(9 联)和泵控制系统组成。 转 偏 臂 动 A4B4 P2L0Pr PLS AI PLmax u Pp Pr P t PLS P0 P0 PLmax DR1 P T (Auxially) 用 备 Ppal (Travel Right) (Travel Left) 走 行 左 Ppa2 走 行 右 Ppa3 A2B2 A1B1 Ppbl 统 系 纵 操 导 先 A3B3 Ppb2Ppb3 pilot pressure PAPLS PLS M 0 P2P1Pr P0 Pp S DRP2HI P0 DR2 (Swing Motor) 板 土 推 (Dozer)(Boom Swing) Ppa4Ppa5 杆 斗 (Arm) 转 回 Ppa6Ppa7 A6B6A5B5 Ppb4Ppb5 A7B7 Ppb6Ppb7 (Boom) 臂 动 Ppa8 斗 铲 (Bucker) Ppa9 Ppb8 A8B8 Ppb9 A9B9 统 系 压 液 机 掘 挖 压 液 越 二 不 一 图 E A B C D 一. 分流比阀前补偿负载敏感压力补偿多路阀组 该阀组有九个阀杆(左右行走，回转，动臂，斗杆，铲斗，推土板和后备)，另有四个控 制阀(安全阀 A，卸载阀 B，切断阀 C 和压差减压阀 D)。 在每个阀前设压力补偿阀，各阀通路情况和工作原理如图二(a)，(b)，(c)所示，该阀为 三位十二通阀，有二个进油 P 口，三个回油 T 口，三个 LS(压力补偿口)，二个执行器(A、 B)口，二个先导油压(Pi)控制油口(进出口)，如图二(a)所示。为了清楚地了解油口连通情况， 图二(b)画出了一个阀位(中位)，来表示油路连接情况。如果把相同的油口合并，并取掉先导 控制油口，则该阀实际上是带补偿油口的三位四通阀，如图二(c)所示。 压力补偿阀左端受阀杆进口压力 Pm作用， 右端受补偿压力 PLS和该阀杆的负载压力 （阀 杆出口压力）PL作用，从压力补偿阀阀杆力平衡可得： Pm=PL+PLS 阀杆进出口的压差P 为： P =Pm- PL=PLS 各压力补偿阀右端都受 PLS作用，因此各阀杆的进出口的压差都相等。 经各压力补偿阀的压差为： P= P- Pm= P- PL- PLS 因同时动作的各阀的负载压力 PL是不同的，因此同时动作时，各压力补偿阀的压降不 同，此压降差正好补偿了负载压力差，起到了负载均衡器的作用。 图二 各阀通路情况和符号原理图图三 压差减压阀两次压力反馈负载敏感系统 二. 压差减压阀两次压力反馈负载敏感系统(见图三) 该负载敏感阀采用阀前补偿， 采用一个等差减压阀， 该减压阀是二位三通阀 （图一中 D） ， 有三条通路：P 油泵压力油，补偿压力油 PLS和回油路，其一端受油泵压力 P 作用，另一端 受最高负载压力 PLmax和减压阀输出压力 PLS作用。从减压阀力平衡可知，该减压阀输出的 油压为：PLS=P- PLmax 压差减压阀输出油泵压力和最高负载压力之差 PLS，作用在各压力补偿阀的左端和油泵 流量调节阀的左端。 从油泵流量调节阀力平衡可知： PLS= FS/A 式中：FS：流量调节阀弹簧力 A ：流量调节阀受压面积 当 PLS FS/A 流量调节阀在右位，油泵压力油进入变量油缸使油泵流量减小 当 PLSPV，特别是通过该管道的压降，随温度而变，冬天低温时 PP和 PV之间 压差较大，造成泵的流量控制和负载敏感阀的流量控制不一致，泵的流量按 PP- PLmax目标压 差进行控制，而负载敏感阀按 PV- PLmax目标压差进行控制，因 PV- PLmaxAKAK1P 随负荷增加而增加 采用 KP0+PLmax+F/A 时，油泵就通过此阀溢流。当所有操纵阀杆都在中位时， PLmax=0(即回油)，即此时油泵卸载压力为 P0+F/A。 由于有弹簧力 F/A 的作用，因此 P- PLmax=PLSP0，油泵调节阀处于右位（见图三） 。先 导操纵压力油进入泵的变量机构，使变量泵的流量变到最小。 该液压系统，当所有操纵阀都不工作时，泵处于最小排量和很低油压下运转。 3切断阀 C： 从符号原理图上可知，该阀为压力阀。 其力平衡方程式为：PLmax+P0=F/A 式中： F 弹簧力 A 阀液压作用面积 当最高负载压力 PLmax超过设定值时，此阀打开排油。由于液压油流动，产生压差，使 P- PLmax增大，油泵流量调节阀起作用，油泵流量减至最小。 4等差减压阀 D（见图一） 应该说明系统中等差减压阀 D 输入油压不是主油泵压力油 P， 而是先导油泵压力油 Pp， 因此系统补偿压差 PLS不是由液压系统主油泵产生，而是由先导油泵产生。 图 二 各 阀 通 路 情 况 和 符 号 原理 图 图三 与发动机转速连动控制的负载敏感压力补偿系统 二次压差 油泵流量调节阀 压差减压阀 梭阀 压力补偿阀 操纵阀 油泵调节阀 图四 与发动机转速连动控制的负载敏感压力补偿系统 先导泵 先导操纵阀 二次压力 转速匹配控制阀 东芝负载敏感压力补偿挖掘机油路 东芝负载敏感压力补偿系统（Innovative breed- off load sensing system）采用回油路分流 比负载敏感压力补偿多路阀（IB 系列多路阀）和负流量控制泵(PVB 系列变量泵)。挖掘机 液压系统如图一所示。 挖掘机液压系统一般都由四大部分，IB 系统中各液压作用元件液压子系统和多路阀先 导操纵系统这二个部分没有多大特色，为节约篇幅在本文不作介绍。本文重点介绍 IB 系统 中具有特色的部分：多路阀液压系统和液压泵控制系统。 一东芝回油路压力补偿分流比负载敏感阀（IB 系列阀） 东芝回油路压力补偿分流比负载敏感阀液压系统的原理符号，如图二所示 该阀由 9 联阀组成（动臂，斗杆，铲斗，回转和二个行走外，有三个供选用阀） ， 可用 于小型挖掘机上。 三个供选用阀： 一个用于推土， 一个用于动臂偏转， 还剩下一个供后备用， （可装其他附属工作装置） 。各阀并联供油，中位封闭。阀组中包括液压作用元件的过载阀 和补油阀，具有增压功能的安全阀，油泵流量控制阀和负流量控制节流孔等。 （一）IB 系列多路阀的具体结构和原理符号图如图三所示 图一 东芝挖掘机 IB 系列液压系统图二 IB 系列多路阀液压系统 1.压力补偿滑阀2.回油口3.回油腔4.再生单向阀5.主阀6.LS 腔7.进油单向阀 8.进油腔9.旁通回油道10.检出最高负荷压力单向阀 图三IB 系列阀具体结构和原理符号图 IB 系列多路阀每个阀外，由主阀 5（三位十通阀） ，压力补偿阀 1。进油单向阀 7，再生 单向阀 4， 检出最高负载压力单向阀 10。 以及油缸 A 和 B 腔的过载阀和补油单向阀等组成。 （二）回油路压力补偿工作原理和特点 IB 系列负载敏感阀工作原理如图四所示。 压力补偿阀左端受负载压力 PL（即操作阀的出口压力）和弹簧力作用，右端受最大负 载压力 PLmax作用，从压力补偿阀力平衡可得： APL+Fs=PLmaxA 式中：A受压面积 Fs弹簧力 采用弱弹簧，可忽略弹簧力。得： PL=PLmax 由于回油路上压力补偿阀的节流补偿作用， 使各操纵阀控制的执行器负载均衡， 各执行 器负载压力相同，都为 PLmax。 通过各压力补偿阀的压差 P 为 PL=PLmaxPL 恰好补偿了负载压力差 各操纵阀阀杆进出口压差都相等为: PL=PmPL= PmPLmax 式中：Pm为各阀的进口压力 由于各阀 P 相等，因此通过各阀杆的流量只与阀杆行程有关，具有抗饱和的功能。 把压力补偿阀放在回油路上的优点是可以利用压力补偿阀的节流补偿作用， 防止因重力 作用过快下降或产生真空，具有平衡功能。 再生单向阀 W W W max W max 变量油缸 流量控制阀安全阀 负流量控制节流孔 图四IB 负载敏感阀原理图 容易利用重力组成再生回路，为实现再生供油，在油路上设再生单向阀，通过主阀杆回 油节流控制，可实现可变再生功能。 二负载敏感泵控制系统 东芝小型挖掘机采用 PVB 系列变量泵，该泵具有恒功率控制阀，可实现恒功率控制。 原用于开中心负流量控制系统， 在恒功率控制阀上， 有从多路操纵阀回油道节流孔前引入的 先导控制油压实现负流量控制。 （见图一） IB 系统的 PVB 泵仍采用负流量控制， 在多路阀上设流量控制阀，在其回油路设负流 量控制节流孔，还有当节流孔堵塞时溢流的安全阀，防止进入变量油缸的油压过高。负流量 控制工作原理如图四所示。 流量控制阀：为二位二通阀，其作用是控制油泵排量（流量） 。左端受泵出口压力 Pp 作用，右端受最大负载压力 PLmax和弹簧力 Fs作用。 当 PpPLmaxFs/A 时，流量控制阀处于左位，油泵压力油可通过流量控制阀，经节流孔 回油，在节流孔前建立的油压 Pi，将 Pi 引向调节油泵的伺服缸，作用在其活塞上，克服弹 簧力使油泵流量减小。弹簧力使油泵排量变大， 。Pi 油压使油泵排量减小，油泵排量由两者 力平衡确定。随着压差 P=PpPLmax增加，流量控制阀开口量逐渐增大，则流经节流孔的 流量增加，则 Pi上升，在 Pi作用下油泵流量逐渐减小，与开中心负流量控制泵性能相同。 该阀的作用是使液压泵出口油压 Pp和最高负载压力 PLmax之差 P 保持一定。 P=PpPLmax=Fs/A该压差 P 也就是各阀杆的阀前和阀后压差。 液压泵只向执行器提供比负载稍高一些（P）的油压，司机可通过操纵多路阀主阀杆， 进行节流来改变供执行器的流量，由于主阀杆节流，使 P 升高，流量控制阀起作用，打 开回油，油通过节流孔，使负流量控制先导控制油压上升，作用在变量油缸上，使液压泵流 量减小，实现了按司机的要求来改变油泵排量，能够按需供油。 当操纵阀都在中位时，这时各 PL都通回油，则 PLmax=0，Pp只需克服弹簧力，流量控制 阀就处于左位，油泵压力油通过该阀经节流孔建立油压，作用在变量油缸活塞上，使油泵流 量变得很小，只输出少量液压油冷却和冲洗系统，使油泵处于待命状态，一旦系统工作油泵 就能很快响应，使当操纵阀在中位时，油泵在低压小流量，实现中位卸载节能。 B2b2 A2a2 SWINGTRACKTRACKBUCKETBOOMOPTARMOPTOPT 油泵行走行走铲斗动臂选用斗杆选用选用 B9b9 A9a9A8a8A7a7A6a6 B8b8B7b7B6b6 A5a5A4a4A3a3 B5b5B4b4B3b3 PN 负流量 控制 Pi1 LS压力 Pi2A1a1P 油泵 B1b1 R 回油 PZ 增压 图二 IB系列挖掘机多路阀液压系统 流量控制阀 负流量控制节流孔 170170 a AB b B0.8B0.8 a1 170 b1 B1A1 170 B0.8 a2 A2 170 B2 b2 170 B3A3 170170 b3 a3a4 A4B4 b4 A5B5 b5 a5 B6A6 B0.8 b6 a6 230 Q=0.7 L/min Q=40 L/min AB? 5 ? ? ? ? ? Q=140L/minQ=140L/min A?B ? ? 5 ? ? TRAVEL 12 13 a6 SWING 1 QminQmax M P T ARM a2b2 1324 PT SWINGBOOM PT BUCKET 13 a1b1 24 a3b3 TRAVEL 12 a2b2 PT TRAVEL TP 1 a2 2 b2 PT 12 OPTIONRIGHTLEFT TP LS-Druck BOOM AUSLEGER DIPPER STIEL BUCKET LOFFEL Hammer Q=175L/min Q=175L/min Q=260L/min Q=260L/min Q=260L/min 5 KYMpMpMLsPP2LS1Y 1M7-206M7-20 Ls 8 45 6.2 11 76.1 A11VL0190LRS M 在世界每个角落，无论是城市建设，还是矿产开采，液压挖掘机作为建设队伍的 先导者，走过了五十多年的发展历程。三一重机结合世界先进技术，在较短的时 间内,快速研制出了具有自身优势的 SY200C、SY220C 等全液压系列挖掘机，产品 质量引领行业新潮,深受客户青睐。 下面让我们来揭示三一挖掘机的特点： 第一大特点第一大特点：配置性能卓越配置性能卓越 在动力系统方面，三一挖掘机采用日本生产的康明斯发动机，该产品的可靠 性、动力性、燃油经济性和低排放性等指标在国际上都具有领先水平，满足欧美 排放标准。 在电控系统方面，自主开发了 PLC 电子控制系统，这在国内挖掘机生产制造 企业中属第一家。 该系统对整机运行状态实行全面监控，机器一旦发生异常就能及时报警，并 自动查找故障，电脑根据测得的故障参数找出故障发生的部位;同时还具有历史 故障记忆功能和维护保养信息自动提示功能,从而可及时排除事故隐患，延长 用户维修周期，降低维护和保养费用。 另外,电子控制系统能对动力系统和液压系统进行综合控制， 使二者达到最 佳匹配，协调工作,起到明显的节能效果，生产效率高。它具有下列两个特点： 一是自动怠速功能当操纵杆回中位 8 秒后，发动机自动进入每分钟 1250 转 的低速运转，从而可减少液压系统的空流损失和发动机的磨损，起到节能和降低 噪声的作用。当扳动操纵杆重新作业时，发动机自动恢复到原来的转速状态,进 入作业工况。 二是发动机过热自动保护功能当发动机冷却水的温度过高时， 工作模式 自动降低一档，当冷却水温度过热报警时，柴油发动机进入自动降速状态，直到 冷却水温度降至正常温度为止。 在液压系统方面, 三一挖掘机采用了负流量控制的液压系统。 三一挖掘机在 行驶过程中能根据路况实现高速与低速的自动切换。当液压系统压力过小时，在 左边操纵手柄上按下“升压按钮” ，触摸屏上将提示“压力补偿 5 秒” ，5 秒钟后 提示消失，从而保证了系统的正常压力。与此同时,还采用了液压启动操纵杆, 通过锁住、开锁的切换，避免错误操作，保证驾驶员的人身安全。 三一挖掘机充分利用当今世界最先进的高科技成果，通过国际化采购,保证 了整机的高可靠性。其中，主泵、多路阀、回转马达、油缸和行走马达等选用日 本进口产品， ，核心部件的配置达到了高品质、长寿命、少维护的目的。 三一挖掘机所有高压油管配置都是经过严格探伤处理、并进行过 58.9MPa 压力测试和 100 万次压力脉冲试验的国外知名品牌， 确保了整机液压系统的运行 可靠。 另外，动臂保持系统、回转缓冲控制系统、动臂和斗杆油缸回油补偿系统还 能有效地提高机械使用的安全性与稳定性。 在工作装置方面，三一挖掘机优化了国外设计, 并进行加强;在高应力区用 多块厚板加强;在动臂、斗杆油缸支承处增加隔板，所有这些都较好的延长了整 机使用寿命。 履带架采用当今世界流行的 X 形设计，提高了车架的刚度、强度、通过性。 由于架体两侧面平滑，减少泥土堆积，便于清洁。 在液压系统方面, 三一挖掘机采用了负流量控制的液压系统。 三一挖掘机在 DocuCom PDF Trial 行驶过程中能根据路况实现高速与低速的自动切换。当液压系统压力过小时，在 左边操纵手柄上按下“升压按钮” ，触摸屏上将提示“压力补偿 5 秒” ，5 秒钟后 提示消失，从而保证了系统的正常压力。与此同时,还采用了液压启动操纵杆, 通过锁住、开锁的切换，避免错误操作，保证驾驶员的人身安全。 三一挖掘机充分利用当今世界最先进的高科技成果，通过国际化采购,保证 了整机的高可靠性。其中，主泵、多路阀、回转马达、油缸和行走马达等选用日 本进口产品， ，核心部件的配置达到了高品质、长寿命、少维护的目的。 四轮一带为意大利、韩国等原装产品，在国内同行业产品中属高档配置。 第二大特点第二大特点：生产效率更高生产效率更高 为了提高整机的生产效率，根据作业环境的不同，三一挖掘机设置了三种作业模 式，即重负荷挖掘的 H 模式,标准挖掘的 S 模式，轻载挖掘的 L 模式。每种模式 的设计与发动机、主泵的转速及系统压力相匹配。这样，使整机获得了最大的生 产效率和最少的油耗。三一挖掘机每分钟可装 45 斗，可与美国卡特和日本小 松同规格挖掘机的挖掘装载速度相媲美。 另外,由于三一挖掘机还特别设置了 “升 压按钮”,功率可再提高十个百分点，使机器获得一个持续 8 秒钟的爆发力，从 而满足瞬间恶劣工况的需要,使生产效率大大提高。 第三大第三大特点特点：操作环境舒适操作环境舒适 由于驾驶室内部按人体工程学原理设计， 致使每个操纵按钮都在驾驶员伸手 可及的范围之内，驾驶室底部采用先进的硅油橡胶安装座，防振效果更佳；座椅 可全方位调整，操纵箱可以在二级轨道上移动到最理想的位置。驾驶室内设有大 功率冷暖空调，冬暖夏凉，舒适宜人。 另外,整机视野开阔，驾驶室的天窗还可以打开，前窗可以向上翻至顶部, 后窗可提供后方和两侧良好的视野。 为了避免显示屏反光对可视性的影响，控制面板还可以向内侧倾斜移动。 第四大第四大特点特点：维护保养便捷维护保养便捷 三一挖掘机所有的电器元件均采取集中布置设计，而且重要部件非常容易 靠近作业,维护保养十分方便；自润滑轴承，大大延长了工作装置的维护保养时 间；大型油水分离器，提高了燃油系统的使用寿命；高效双滤芯的空气滤清器， 保证了发动机的供气质量。 此外,三一挖掘机的外观设计属二十一世纪世界一流水准,特别是油漆工艺, 除美观大方外,良好的光洁度还有利于除尘,大大减少了驾驶员的保洁劳动强度, 充分体现出三一挖掘机个性化设计和人文关爱。 三一重机本着顾客永远是上帝的宗旨,在努力为客户提供一流的施工解决方 案的同时,不断完善各种售后服务体系,满足客户最大需求。 三一期待您更多的关 注。 DocuCom PDF Trial 挖掘机的新进展 1、发动机功率增加、转速下降 20t 系列 CAT200B：100kW/2000rpm、CAT200C：103kW/1800rpm PC200-6：99 kW/2000rpm、PC200-7：107kW/1950rpm 液压泵及其控制系统 液压挖掘机是工程机械主力机种， 是建设工程的主要生产工具， 因此对挖掘机提出了很 高的要求。要求节能低排放、高效率、良好的操纵性和降低对环境的负荷等，要实现这些要 求必须对挖掘机进行控制， 由于液压控制信息处理能力差， 不能光靠液压控制主要要靠电子 控制。 液压动力由液压泵提供对液压泵的控制是挖掘机的主要控制， 不仅仅是对液压泵进行 单独控制， 而需对泵和发动机进行综合控制使泵和发动机具有良好的匹配性能， 因此必须同 时提到发动机控制。 挖掘机被称为土建机械手，是建设机器人的代表，它的控制内容复杂多样例如：自动角 削控制需要采用负责的定位技术（GPS 和全球仪定位）等，在这里就不提了。下面介绍目 前已广泛采用的控制技术。 一、三种工况节能控制 挖掘机是大功率长时间工作的机械， 能量消耗很大， 燃料消耗量涉及使用成本和经济性， 同时与环境负荷密切有关，排放已成为世界性的重大问题不容忽略。 挖掘机存在以下三种工况能量损失 1. 操纵阀中位时能量损失 工作装置停止作业各操纵阀处于中位， 此时液压泵只需供应很少量液压油冲洗润滑系统 使液压泵处于待命状态， 一旦系统要求工作即可快速响应。 中位时液压泵供应压力只需克服 管道阻力和为防止气蚀而设的背压， 系统压力不高， 但变量泵由于采用恒功率控制流量却很 大，因此有不小的能量损失，如图 1(a)所示。 2. 微动操作时能量损失 液压挖掘机需要精细作业微动操纵控制，一般采用通过控制操纵阀开度进行节流调速， 将部分油溢流回油，这部分的能量损失如图 1(b)所示。 3. 过载溢流能量损失(高压切断) 掘削时遇硬石块掘不动，为了防止过载损坏机械，液压安全阀打开，压力油通过安全阀 溢流回油箱，其能量损失如图 1(c)所示。实际作业时，溢流状态操作很少，节能效果不大有 些液压系统没有此节能措施。 图 1一般挖掘机液压系统能量损失 以上这些在使用中产生的能量损失主要是流量损失， 而油压力是完成工作所必须的， 因 此为减少上述能量损失的节能控制，实际上是按需流量控制，使泵流量按实际需要输出，避 免不必要的流量损失。 三种工况节能控制方法 目前挖掘机采用液压方法解决三种工况能量损失有以下三种方法： 1. 负流量控制(中位开式系统采用) 泵输出油通过操纵阀阀杆控制将油分成两部分：一部分去液压缸或液压马达，是有效流 量，另一部分通过阀中位回油道回油箱，是浪费流量。要控制这部分浪费油，使它保持在尽 可能小的范围内，为此，在操纵阀中位回油道上加一个节流孔，通过节流孔产生压差。将节 流口前压力引至泵排量调节机构来控制泵的排量，如图 2 所示。通过节流孔流量越大，则节 流口前先导压力越大，泵排量越小，先导压力与泵排量呈反比关系，故称为负流量控制。 图 2泵的负流量控制图 3负流量控制调节特性 负流量控制调节特性如图 3 所示。图中第一象限表示操纵阀杆开度 S 与去回油道流量 q 之间关系，当阀开度 S 达一定值 Si(85，转至 L 工况工作 当水温100，油温95，转至 I 工况工作 发动机水温过低和过高都对发动机工作不利， 引起发动机损伤润滑油恶化等。 同样液压 油温度过高或过低都会引起液压元件损坏。 在暖机过程中，控制发动机在不同转速下经历不同时间 控制油泵在不同排量下不同压力(控制主安全阀)下工作 液压泵进油压力对工程机械工作效能影响的分析液压泵进油压力对工程机械工作效能影响的分析 在工程机械中，液压传动部分往往出现动作无力的故障，但检查各部分情况却都正常，有 的修理人员甚至将液压泵及一些液压元件都换了新件，但仍不能正常工作，最后查出的结果是 由于液压泵进油管不畅通、吸扁或进气，以及滤网堵塞等造成的。正是由于这些不易被引起重 视的小问题，却严重影响了机器的正常使用。为什么液压泵进油压力对工程机械的工作效能会 有如此严重的影响呢? 进油管的液流流量与进油管直径的关系如下式所示： Q=V0d 24 式中Q 进油管液流流量 V0液流的允许流速 d 进油管直径 在正常使用情况下， 工程机械的工作效能是和所需的液流流量Q相互对应的。 由上述公式知， 要保持Q值不变，随着d的减小，V0应按d减小前后比值的平方数增加，即允许流速V0对进油管直 径d的变化非常敏感。 假设d为1， 当它减少50时， 则管内液流的流速V就要增加到V0的4倍才行。 因进油管属低压油路，吸油时有一定真空度，一般采用橡胶软管。而对于无论用作何种管路的 橡胶软管，液