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1、挖掘机液压系统,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,粗实线：主管路和主油道。虚线：控制管路和控制油道。双点划线：部件组成，它一般是封闭的。油路接通与否：有3种方式表达。圆点与交叉；交叉与小圆弧；圆点与小圆弧符号： 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,S1,S2,F弹簧,P,P,阀杆受力平衡
2、方程：PS1P 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,流量控制阀压力控制阀方向控制阀,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
3、损失。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。直动式：中低压系统先导式：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。直动式：中低压系统先导式：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=PP,弹簧很软,弹簧比较硬,KAWASAKI先导泵安全阀,直动式减压阀,液压
4、油通过缝隙产生压力降P PC =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。单向阀：只允许液压油单方向通过。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。截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过。液压控制换向（液压先导控制）电磁阀控制换向二通插装阀,单向阀,选择阀（梭阀）,A1,A2,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,A,B,二通插装阀单向锁定,无控制油压,a,b,c,d,e,f,g,A B ，通；B A单向锁定不通。锁定油路
5、：B a b c d e f g,KAWASAKI,A,B,B A解锁,有控制油压,a,b,c,d,e,f,g,B A解锁：c口封闭， B a b 与g不通g f e d 环槽i h油箱,h,i,KAWASAKI,无控制油压,A,B,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,A,B,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
6、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,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
7、。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=qn（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=PQ,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 其中P为马达进出口压力差， 为马达的机械效率。输出转速n（单位rpm，转/分钟） n=Q /q 其中为马达的容积效率。,液压马达的基本性能参数,液压柱塞泵和柱塞马达的变
8、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
9、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,P,O,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
10、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。,P,Q,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。,P,Q,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
11、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,P,O,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= P1P2,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
12、出的流量相等，即Q1=Q2；但是压力可以不同，即P1P2，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= P1P2来进行流量调节，只有当 P= P1P2 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
13、，主要目的是进一步减小高压溢流损失。,P,Q,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（1.081.10）。一般情况下带动较大载荷后转速降低150
14、 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,A,B,主阀杆,回位弹簧,单向阀,P,先导式主安全阀,P,T,导阀,调压弹簧,主阀弹簧,主阀,节流孔,主安全阀开启状态,P,T,导阀打开,主阀弹簧,主阀,节流孔,单向过载阀,A,T,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，
15、抵住导阀锥部，变阻尼。,A,T,单向阀开启状态,阀套,T,A,节流孔,减压阀式,T,A,B,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P
16、A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,A1,A2,B2,B1,脚控先导控制阀,阻尼孔,先导来油,A,B,T,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1K,速比（1K1）（ 1K2）,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 Z
17、1） 当（Z2 Z1） 1，称为一齿差,Z1,Z2,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,设制动后左边产生高压，先a后b：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。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。,a,b,行走马达控制阀,假设马达A口进油。行走时打开单向阀327进入马达右腔。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。同
18、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。,节流孔,f1,行走马达控制阀,如果下坡时马达超速，泵供油不及使A口压力降低，阀杆329在弹簧力作用下向右移动，关小马达的回油通道，从而限制马达的转速。所以阀杆329叫平衡阀。,阀杆右移,行走马达控制阀,A口不供油时马达停止转动。而机器惯性影响使马达继续旋转，马达的功能转换为泵。主阀杆的封闭致使B口压力升高，压力油通过左安全阀 f 中间的节流孔进入缓冲腔，推动缓冲活塞391右移，同时安全阀 f 打开向A腔补油，消除B口脉冲压力的同时防止马达A口吸空。缓冲活塞是阶梯结构，压力油
19、作用面积是逐步增大的，可以进一步起到缓冲作用。缓冲活塞移动到最右端后，B腔压力上升，左安全阀 f 完全关闭。压力进一步升高时，B腔压力作用在右安全阀 f1 上，安全阀 f1限制了马达的最高压力。这个压力就是最大制动压力。,节流孔,f1,左安全阀 f,a,a,b,b,c,接缓冲活塞,重要提示：马达停止转动时A口变为吸油腔，压力最低。马达初始停止转动时，马达B口的压力作用在左安全阀 f 的 a 口（整个圆面积），阀杆左移，将油泄到 b 口（注意 b 口与马达的A口相通）。当缓冲活塞移到最右端后，c 口压力上升，由于阀杆的直径差，在弹簧力和压差力作用下阀杆右移，安全阀 f 关闭。此时的压力叫做一级压
20、力。这个过程很短暂，目的是消除B口的脉冲压力，防止A口吸空。,ab，开启压力10.2MPa,C,马达B口来油,泄到马达A口,直径大,直径小,阀杆,随着缓冲活塞移到最右端，该腔压力逐渐升高。,右安全阀 f1,a,a,b,b,c,接缓冲活塞,直径大,直径小,重要提示：马达停止转动时A口变为吸油腔，压力最低。安全阀 f 完全关闭后，马达B口的压力作用在右安全阀 f1 的 b 口（大直径减去小直径的环行面积），将油泄到 a 口（注意 a 口与马达的A口相通）。此时的这个压力叫做二级压力，也就是最大制动压力。整个过程看出，正常行走时，该阀也有一个短暂的打开过程，但是马上就关闭了。起到了启动平稳，制动时吸
21、收压力脉冲的作用。,ba，开启压力41.2MPa,C,马达B口来油,泄到马达A口,该腔变为吸油腔，压力最低。,行走安全阀,节流孔,节流孔,孔,缓冲活塞,阀体,弹簧,阀杆,节流孔,滑阀,回油,压力油,回转马达控制回路,中位制动延时阀,回转防反转阀,过载保护回转制动补油阀,回转安全阀（关闭状态）,T,节流孔,面积A1,面积A2,差动阀杆,缓冲阀,面积A3,面积A4,面积A3 环形面积 A2；面积A4 环形面积；A1A2； A4A3该状态：差动阀杆 P1（A1A2） F 缓冲阀 P1 （A4A3） F,弹簧力F,P1,T,当P1压力逐渐升高时，缓冲阀左移，A3 腔的油被迫从节流孔中挤出来，压力逐渐上
22、升。,阀杆右移打开,开启并逐渐升压状态,弹簧力F增大,P1升高,全开启状态,缓冲阀移动到最左端后，压力上升至设定值。该状态：差动阀杆 P2（A1A2） F F 缓冲阀 P2 （A4A3） F F,整个过程看出，正常回转时，该阀也有一个短暂的打开过程，但是马上就关闭了。起到了启动平稳，制动时吸收压力脉冲的作用。,P2,F F,时间,压力,回转安全阀（设计要点）,T,节流孔,面积A1,面积A2,差动阀杆,缓冲阀,面积A3,面积A4,面积A3 环形面积 A2；面积A4 环形面积；A1A2； A4A3联立各状态方程解出： （A1A2） （A4A3）弹簧力决定了开启压力和设定压力，节流孔决定了压力上升的
23、时间。,弹簧力F,P1,回转安全阀（关闭状态）,A,T,T,节流孔,缓冲阀,可变环形缝隙,面积大,面积小,差动阀杆,KAWASAKI,全开启状态,A,T,T,阀杆,缓冲阀,可变环形缝隙节流,时间,压力,随着缓冲阀的右移，节流作用使该腔压力逐渐升高。此时A腔压力随之上升，达到系统压力设定值。,整个过程看出，正常回转时，该阀也有一个短暂的打开过程，但是马上就关闭了。起到了启动平稳，制动时吸收压力脉冲的作用。,防反转阀,中位,上阀,下阀,滑阀,弹簧,节流孔,油道,油道,油道,上下阀接触的距离很短,上阀作用面积小,下阀作用面积大,防反转阀,马达初始启动旋转,下阀向上顶起,初始启动时压力比较高,防反转阀
24、,马达正常旋转,滑阀底部有油压作用向上推,钢球被顶上去,这腔有油压,系统低于最高启动压力后，上下阀被弹簧一起推下来,节流的原因使下阀下降快，上阀下降慢。从初始启动到正常运转会有少量泄漏。大量的进油使这个过程很短，人感觉不到。,防反转阀,制动,高压,低压,惯性,这腔有油压,滑阀底部有油压作用向上推,钢球被顶上去,高压时下阀被顶上去,防反转阀,卸压互通,回转将停止时压力降低,无阻尼下降回位的快,有阻尼下降回位的慢,阻尼孔,两阀杆分开而导通油道,阀杆移动与左面同样道理,钢球一直被油压顶在上面,卸压互通,反转卸压,防反转阀,惯性反转,高压,低压,油压将钢球顶到上端,油压将钢球压到下端,防反转阀使用效果
25、,时间,压力,没有防反转阀,有防反转阀,电子控制液压系统,计算机控制器,先导泵,主泵1,主泵2,柴油机速度传感器,油门执行器,反馈传感器,监视器,柴油机速度旋钮,电比例减压阀,泵压力传感器,泵压力传感器,电子控制液压系统,电子控制液压系统简称电控系统，它监测发动机转速。随着外载荷增大，泵的功率增加，发动机的负荷也随之增大。当外载荷增大致使发动机转速降低时，电控系统起作用，它自动调小泵的起调压力，减小泵的功率，也就减小了发动机的负荷，使发动机转速恢复正常。随着使用工况的不同，可以任意人为设定泵的功率，最大限度地发挥机器的使用范围。,电液比例型控制系统（闭环）,电子放大器,比例电磁铁,执行元件,负
26、载,反馈测量元件,电液比例阀组成：比例电磁铁（电-机械比例转换装置）液压控制阀本体电-机械比例转换装置：将输入的电信号按比例地连续地转换为机械力和位移输出。液压阀本体：接受这种机械力和位移的输出按比例地连续地输出压力或者流量。,电液比例阀,液压控制阀,正,负,差值,这两个例子中电液比例阀的组成为： 将开关或定值型控制阀的手控部分改为比例电磁铁（电-机械比例转换装置）。电液比例阀按用途分为四类： 电液比例压力阀电液比例流量阀 电液比例换向阀电液比例复合阀,电液比例阀,由电子放大器驱动并且一起配套供应。它的作用是：把输入的电信号转换成一定的位移，此位移通过液压阀可以压紧或放松一个弹簧，或者可以移动
27、一个阀杆。与一般的通断型电磁铁的主要区别在于普通电磁铁是变气隙的，比例电磁铁的气隙在一定范围内恒定，保证了电磁引力恒定，而且不同的电流可以对应不同的引力。转换到压力或流量与电流的关系，就是不同的电流对应不同的压力和流量。,比例电磁铁的特性,电液比例阀的特点：能实现自动连续控制、远程控制和程序控制。把电的快速性、灵活性与液压传动力量大的优点结合起来，能连续地、按比例地控制液压系统执行元件的力、速度和方向。技术上容易掌握，工作可靠，价格相对较低。对于位置控制或需要提高系统性能时可以用于负反馈的闭式系统。,电液比例阀在挖掘机控制系统的应用,KAWASAKI电液比例减压阀（失电常开）,电信号,电液比例
28、减压阀（失电常开）,Psv,A,T,得电后,固定,弹簧,直径大,直径小,开口,稳定出口压力措施：看A口压力的变化。当A口压力升高时，由于阀杆的面积差，在油压作用下阀杆向下移动，减小开口，使A口压力降低。当A口压力降低时，在弹簧力作用下阀杆向上移动，增大开口，使A口压力升高。,电液比例减压阀,液压交叉控制, P= P1P2 Psv,电控,KAWASAKI双泵电控,KAWASAKAI双泵电控,电比例减压阀是失电常开型，失电时引入的先导泵压力最高，泵的功率最小；电比例减压阀得电后，随着电流的逐步增大，引入的先导泵压力逐步减小，泵的功率逐步增大。,100,不用,KAWASAKAI双泵电控,泵的功率随电比例减压阀输入电流的变化曲线。,输入电流在0100mA时不呈线性变化规律，因此不用这一段曲线。,泵的功率设定及其跟随,P,Q,泵的全功率曲线,泵功率跟随,模式泵功率最大,泵功率跟随：泵最大转速时流量和功率最大。随外载荷增大电控系统使泵的功率减小。泵的转速发生变化时，泵的实际流量也将发生变化，此时电控系统可以给泵设定一个固定的功率。,模式不跟随设定泵的固定功率,谢谢各位！,希望大家对液压挖掘机有一个初步的了解和认识,
