挖掘机液压基础知识

挖掘机液压系统柳工技术中心挖掘机室帕斯卡原理——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×力液压系统原理图常用线型和符号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。⑴圆点与交叉；⑵交叉与小圆弧；⑶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——油箱差动原理差动阀杆差动油缸双作用油缸S1S2F弹簧PP阀杆受力平衡方程：P×S1＝P×S2＋F弹簧P×（S1－S2）＝F弹簧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。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。液压泵——轴向柱塞泵液压控制阀1.流量控制阀2.压力控制阀3.方向控制阀流量控制阀•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。1.节流阀（阻尼孔）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后△P=P前－P后压力控制阀•安全阀——限制系统最高压力，保护系统元件不被高压损坏。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：高压系统直动式安全阀弹簧比较硬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KAWASAKI先导泵安全阀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先导式减压阀原理与先导式安全阀类似，用于高压系统。缝隙方向控制阀•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。1.单向阀：只允许液压油单方向通过。2.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。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6.二通插装阀单向阀选择阀（梭阀）A1A2液控换向阀先导泵来油先导泵回油回位弹簧电磁阀二通插装阀方向控制回路AB二通插装阀单向锁定无控制油压abcdefgA→B，通；B→A单向锁定不通。锁定油路：B→a→b→c→d→e→f→gKAWASAKIABB→A解锁有控制油压abcdefgB→A解锁：c口封闭，B→a→b→与g不通g→f→e→d→环槽i→h→油箱hiKAWASAKI无控制油压AB单向阀A→B，通；B→A单向锁定，不通。二通插装阀单向锁定B→A解锁×××通道被阀杆遮断有控制油压该腔内的油被引回油箱AB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。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。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。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挖掘机的液压系统驱动控制油操纵柴油机先导泵先导阀司机控制油驱动工作油工作油工作泵主控阀马达工作油实现实现工作装置工作油缸旋转、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。液压泵的基本性能参数•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•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液压柱塞泵和柱塞马达的变量变量泵变量马达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•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）。工作特点•系统工作时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•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。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。PQ转速高泵功率大转速低泵流量和功率都小泵的恒功率曲线随转速变化规律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。PQ起调压力高泵的功率大起调压力低泵的功率小泵的恒功率曲线随起调压力变化规律该点取决于第二根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。液压恒功率控制要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液压全功率控制要点•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。•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。泵的负流量控制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。泵的负流量控制负流量控制全功率控制泵的压力切断控制•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。PQ无压力切断控制压力切断控制Q大Q小顺序阀泵调节器结构原理（KAWASAKI）伺服阀杆伺服油缸反馈连杆驱动连杆负流量控制阀杆液压交叉和电控阀杆伺服阀杆伺服油缸反馈连杆驱动连杆负流量控制阀杆液压交叉和电控阀杆调节器杠杆机构原理图与壳体固定铰接点液压交叉和电控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摇杆导杆滑块支点伺服油缸的移动而带动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%。发动机的功率扭矩功率油耗扭矩和油耗转速挖掘机液压系统的主要部件全功率变量双联主泵主控制阀液控换向T先导来油先导回油P主泵来油AB主阀杆回位弹簧单向阀P先导式主安全阀PT导阀调压弹簧主阀弹簧主阀节流孔主安全阀开启状态PT导阀打开主阀弹簧主阀节流孔单向过载阀AT导阀调压弹簧节流孔（可变阻尼）主阀阀套滑阀过载阀开启状态可以向右滑动，抵住导阀锥部，变阻尼。AT单向阀开启状态阀套TA节流孔减压阀式TAB先导泵来油先导泵来油封闭手控先导控制阀开口阀杆开口封闭回位弹簧调压弹簧T弹簧座传力杆弹簧推杆压盘节流孔面积b小面积a大KAWASAKI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。保持出口压力稳定的措施减压阀式手控先导控制阀先导泵来油回油箱A1A2B2B1脚控先导控制阀阻尼孔先导来油ABT减压阀式钢球弹簧腔弹簧弹簧推杆阻尼活塞减压阀式脚控先导控制阀阻尼器回转马达回转减速机两级行星减速太阳轮输入行星轮架输出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行走马达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。ab行走马达控制阀1.假设马达A口进油。2.行走时打开单向阀327进入马达右腔。3.同时通过节流孔进入阀杆329使其左移，打开行走制动器油路，使行走制动器松开。这个动作还打开了马达B口的回油路。4.同时还通过右面安全阀f1的中间节流孔进入缓冲活塞腔，将缓冲活塞381推到左侧。此时安全阀f1有一个短暂的开启动作