普通单斗液压挖掘机液压系统

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2424页（2903字）

(1)挖掘机的组成

单斗液压挖掘机是工程机中主要的机械，它广泛应用于工程建筑、施工筑路、水利工程、国防工事等土石方施工以及矿山采掘作业。挖掘机者按其传动形式分类，可分为机械式和液压式两类。目前中小型挖掘机几乎全部采用了液压传动，液压挖掘机较之机械式挖掘机具有体积小，重量轻，操纵灵活方便，挖掘力大，易于实现过载保护，采用恒功率变量泵还可以充分有效地利用发动机功率。近年发展起来的负荷传感控制技术在挖掘机液压系统中的应用，使机器在满足控制机各种功能的前提下，更加节省功率、提高效率，有更佳的经济性、可靠性和先进性。

单斗液压挖掘机工作过程由动臂升降，斗杆收放，铲斗转动，平台回转、整机行走等动作组成。为了提高作业效率，在一个循环作业中可以组成复合动作。

①挖掘作业，铲斗和斗杆复合进行工作。

②回转作业，动臂提升同时平台回转。

③卸料作业，斗杆和铲斗工作同时大臂可调整位置高度。

④返回，平台回转，动臂和斗杆配合回到挖掘开始位置，进入下一个挖掘循环，在挖掘过程中应避免平台回转。挖掘机组成及传动示意图见图45．4－1。

图45．4－1 单斗挖掘机基本组成和传动示意图

1－铲斗；2－斗杆；3－动臂；4－连杆；5、6、7－液压缸；8、9－分配阀；10－双联变量泵；11－发动机；12－油箱；Ⅰ－挖掘装置；Ⅱ－回转装置；Ⅲ－行走装置；Ⅳ－动力油源

为了提高生产率，多采用复合动作，因此设计成双泵供油系统。除小型挖掘机外，多采用恒功率变量泵。根据两泵有无关联，又有分功率变量和总功率变量两种型式。采用总功率变量更能有效地利用发动机功率。

由于大型挖掘机需要的流量大，压力高，为了方便操纵，有利总体布置、提高性能，多路换向阀已由手动直接操纵变成手动减压式先导阀操纵，使之操纵更加灵活省力。先导控制压力一般调定在3．5～4MPa，为了使控制系统压力平稳、可靠，先导控制系统设有蓄能器。

(2)PC200和PC220挖掘机

PC200和PC220是一种斗容量为1m³的单斗液压挖掘机，其液压系统采用总功率变量泵，采用于负荷传感控制技术。

该系统具有下列功能：

①回转马达设有双向过载阀单向补油阀，以及常闭式弹簧液压制动器。

②左右行走马达由左右两台主泵分别供油根据需要操纵电磁阀实现马达两级速度控制，同时设有限速阀和制动阀。

③主泵1供油给平台回转，斗杆，右行走马达，主泵2供油给动臂，铲斗和左行走马达。动臂提升或斗杆挖掘采用了合流系统，以提高动作速度，提高生产率。在动臂液压缸大腔设有保持阀，使之下降平稳可靠。

④系统中设有回转优先阀。当同时操纵回转和斗杆先导阀时，其先导油路将优先阀自动切换，使之处于节流状态，主泵所供油液优先满足回转的需流量，保证回转优先。

⑤斗杆，动臂或铲斗同时动作时，控制油路使进入斗杆换向阀前的斗杆节流阀处于节流状态，油液首先满足动臂或铲斗。

⑥系统中设有直线行走阀，由直线梭阀控制换向，在挖掘机行走过程中操纵了斗杆，动臂或回转，其先导油路通过行走梭阀来控制直线行走阀，使主泵同时供油给右行走马达使左右行走马达由一个泵供油，成并联回路，实现工作装置有动作时也能慢速直线行走。此时主泵供油给动臂，斗杆或铲斗，回转。

⑦该挖掘机最大优点设有负荷传感控制系统，所谓负荷传感(或负载传感)就是把系统的外负荷(系统的工作压力)的变化通过传感元件反馈到变量泵的变量控制系统，使之根据需要自动调节输出流量，以减少溢流损失，和管路压力损失。变量控制机构工作原理见图45．4－2。

图45．4－2 负荷传感变量控制原理图

两主泵的变量控制部份包括伺服阀，单泵超压切断阀CO，空载闭合阀NC，总功率变量控制阀TVC，等4部份。主泵排量9的大小取决于进入伺服阀的信号压力p_i，当p_i=p_T时，即信号压力等于先导泵控制压力时，此时信号压力最大，伺服阀处于右位(左位)，来自先导泵的控制压力油使伺服缸左(右)移，主泵变量摆角增至最大，排量也最大。当压力减小时主泵摆角减小，排量也随之减小。p_i的大小受切断阀CO，闭合阀NC，总功率控制阀TVC控制。

当执行元件不工作即多路阀处于中位时，主泵排出的油经喷嘴传感器和溢泵阀使闭合阀NC换向，信号压力被切断，p_i≈0，变量泵处于“零排量”状态，系统中管路的压力损失几乎为零。通过喷嘴传感器的压力取决于换向阀的开口量，在微调过程中，通过喷嘴传感器的流量产生的压力使NC阀处于节流状态，从而控制信号压力p_i，当换向阀开口量越小，通过喷嘴传感器的流量越多，产生的压力越大，使NC阀换向位移越小，节流越大，使进入伺服阀的信号压力越小，泵的摆角也小，也就是说通过喷嘴传感器和NC阀的作用。主泵的排量与换向阀的开口量成正比，也就是在用换向阀开度进行调速时，泵的排量减少，因此减小节流损失。

切断阀CO进行单泵控制，将CO阀的换向压力调整到接近调定的溢流压力，当工作压力达到该压力时，CO阀换向使信号压力p_i减小，泵的排量减小，起到恒压变量泵的功能。当工作压力达到溢流阀调定压力时，泵的摆角到“零”，不产生溢流损失。

TVC阀受来自两个主泵压力同时控制，决定泵流量变化的是两个泵压力和即p₁+p₂，(p₁+p₂)×q为一常数，即总功率为常数，变量时其压力和流量为一双曲线关系，功率得到充分有效的利用。

系统中设有电磁阀作为主泵的控制开关，当它不工作时，多路阀主溢流阀不能建立起压力。同时该油路又控制液压泵的CO阀，电磁阀不工作时CO阀处于切断状态，泵也不能建立正常的压力和所需的流量。