挖掘机的液压系统及控制

挖掘机的液压系统及控制帕斯卡原理—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——油箱液压系统的基本组成•动力元件：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。•控制元件：各种阀。大致有压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等。•辅助元件：油箱、过滤器、管路、接头、密封、冷却器、蓄能器等等。液压回路的构成液压执行机构（将压力转换为动力）液压控制阀（圧力･流量･方向）压力控制阀→控制压力流量控制阀→控制速度方向控制阀→控制方向控制三方式液压泵（输出压力油）辅助机构（液压装置辅助功能）油箱（储存油液）液压油缸切换阀单向阀溢流阀可变节流阀液压泵过滤器油温计油箱冷却器液压泵—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—轴向柱塞泵駆動軸缸体斜盘伺服柱塞斜盘支撑台柱塞滑靴配油盘•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。•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。节流阀（阻尼孔）：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。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.液压控制换向阀（液压先导控制）5.电磁阀控制换向阀6.二通插装阀单向阀选择阀（梭阀）A1A2换向阀PATPAT液控换向阀先导泵来油先导泵回油回位弹簧电磁阀电磁阀控制换向阀控制符号换向阀开口量与液压冲击K＞F：正开口，较多采用。无换向冲击，但是会造成“点头”现象。K＜F：负开口，有换向冲击。开口量封闭量三位四通换向阀目的：动臂油缸大腔进油。结果：在重力作用下,换向瞬间大腔的油流回油箱，造成油缸先缩回后伸出。正开口换向的“点头”现象：“点头”现象的解决方案1.采用三位六通换向阀；2.在进油道设置单向阀。注：1.管路5和12都是进油道；2.管路是回油。51210方向控制回路二通插装阀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。液压油液压回路的串联•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开式和闭式液压系统•液压系统有开式液压系统和闭式液压系统两种。开式液压系统油的流动•油箱——泵——控制阀——执行元件——控制阀——油箱闭式液压系统油的流动1.主回路：泵——马达——泵2.补油回路：油箱——泵——主回路•请记住：•闭式液压系统只能用于泵——马达。或者说只能用于旋转运动的执行元件•开式液压系统可以用于泵——马达，也可以用于泵——油缸。或者说不仅可以用于旋转运动的执行元件，还可以用于往复直线运动的执行元件•开式系统——装载机，挖掘机•闭式系统——压路机，滑移装载机，挖掘机回转开式和闭式液压系统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）。伺服控制的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。伺服控制的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。伺服控制的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挖掘机液压系统的主要部件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、行走轴向柱塞变量双泵液压柱塞泵和柱塞马达的变量变量泵变量马达液压恒功率-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。PQ泵的恒功率曲线功率大功率小液压恒功率控制（单台泵）•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。泵的电控全功率控制数字开关阀（高速电磁阀）泵的电控全功率控制•泵调节器电子化：泵调节器与主控阀共用一台控制器（微机），两个数字开关阀（高速电磁阀）对主泵变量缸的进回油进行高速通、断控制，主泵的变量缸再控制泵的斜盘。•如果配合采用负荷传感流量控制，这样的系统具有提高作业性能、简化操作、节能等优点。由于预先编制的软件可以对泵的排量作任意设定，因此不论机器在高原工作或者长期使用使发动机功率下降，都可以通过软件来解决。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（恒压控制），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＋最大流量二段控制负流量控制全功率控制最大流量二段控制最大流量二段控制全功率控制泵的电子流量控制Psv泵的正流量控制泵的排量随先导阀的压力升高而增大，多个先导阀操纵时用梭阀检测其最高压力。先导阀泵的正流量控制泵的负荷传感控制P1P2PK1PK2PLsP1=PLs+PK1P2=PLs+PK2△P=P1-P2=PK1-PK2=常数因此通过各节流口流向执行元件的流量只与各节流口大小有关（相当于主阀芯开口量），与执行元件的工作压力无关。它是通过稳定不变的压差来控制泵的排量。主阀芯开口量•功率控制A.液压恒功率控制（单泵液控）B.液压全功率控制（双泵液控）C.电控功率调节器D.压力切断控制•流量控制1.负流量控制2.正流量控制3.负荷传感控制4.最大流量二段控制5.电子调节流量控制挖掘机液压泵的控制型式1.液压恒功率控制（小型机）2.液压全功率控制（中大型机）以中大型机为例，一般的控制方式组合为：1.液压全功率控制+负流量2.液压全功率控制+负流量+最大流量二段控制3.液压全功率控制+负流量+最大流量二段控制+压力切断4.液压全功率控制+压力切断+正流量5.液压全功率控制+压力切断+负荷传感6.全电子化调节挖掘机液压泵的控制组合泵调节器结构原理•负流量控制•总功率控制（液压交叉控制）泵调节器结构原理泵调节器结构原理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先导泵安全阀主控阀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：1.并联回路2.单方向限制通过阀杆的流量，形成优先功能3.回油再生斗杆缸小腔液控换向阀先导泵来油先导泵回油回位弹簧主控制阀•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。主控阀的独特功能P1P2先导泵先导泵安全阀T右行走阀右行走阀和其他阀左右行走阀左行走阀和其他阀左行走阀右行走阀右其他阀左右其他阀所