挖掘機(jī)力士樂液壓系統(tǒng)分析

1、挖掘機(jī)力士樂液壓系統(tǒng)分析主要內(nèi)容 介紹了力士樂閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)組成及其工作原理、特性。重點(diǎn)分析了多路閥液壓系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、各主要液壓作用元件液壓回路及多路閥先導(dǎo)操縱系統(tǒng)等。目前液壓挖掘機(jī)有兩種油路: 開中心直通回油六通閥系統(tǒng)和閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng), 我國國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)大多采用“開中心”系統(tǒng), 而國外著名的挖掘機(jī)廠家基本上都采用“閉中心”系統(tǒng)。閉中心具有明顯的優(yōu)點(diǎn), 但價格較貴。國內(nèi)廠家對開中心系統(tǒng)比較熟悉, 而對閉中心系統(tǒng)不太了解,因此有必要來介紹一下閉中心系統(tǒng), 本文重點(diǎn)分析力士樂閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償(LUDV) 挖掘機(jī)油路。LUDV 意為與負(fù)載無關(guān)的分配閥

2、。LUDV系統(tǒng)力士樂挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)可以看作由以下4 部分組成: 多路閥液壓系統(tǒng)(主油路) ; 液壓泵控制液壓系統(tǒng)(包括與發(fā)動機(jī)綜合控制) ; 各液壓作用元件液壓子系統(tǒng), 包括動臂、斗桿、鏟斗、回轉(zhuǎn)和行走液壓系統(tǒng), 還包括附屬裝置液壓系統(tǒng); 多路閥操縱和控制液壓系統(tǒng)。1 多路閥液壓系統(tǒng)多路閥液壓系統(tǒng)是液壓挖掘機(jī)的主油路, 它確定了液壓泵如何向各液壓作用元件的供油方式, 決定了液壓挖掘機(jī)的工作特性。力士樂采用的閉中位負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償多路閥液壓系統(tǒng)的工作原理見圖1 (因換向閥不影響原理分析, 故未畫出) 。圖1 挖掘機(jī)力士樂主油路簡圖挖掘機(jī)力士樂主油路由工裝油路和回轉(zhuǎn)油路二個負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)組成

3、。1.1 工裝油路工作裝置和行走油路(除回轉(zhuǎn)外) 簡稱工裝油路,用閥后補(bǔ)償分流比負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償(LUDV)系統(tǒng), 具有抗飽和功能。在每個操縱閥閥桿節(jié)流口后, 設(shè)壓力補(bǔ)償閥, 然后通過方向閥向各液壓作用元件供油。LUDV 多路閥原理符號見圖2 。圖2 力士樂多路閥原理符號圖LUDV 每個閥塊主要由操縱閥和壓力補(bǔ)償閥組成, 其原理符號如圖2a 所示。為了便于理解閥的原理, 把操縱閥進(jìn)行分解后可知, 它實(shí)際上由閥的節(jié)流部分和閥的換向部分兩部分組成。閥塊原理展開如圖2b 所示, 壓力油進(jìn)入操縱閥先通過閥節(jié)流部分, 后經(jīng)壓力補(bǔ)償閥, 最后通過閥換向部分去液壓作用元件。閥后補(bǔ)償壓力補(bǔ)償閥布置在操縱閥可變

4、節(jié)流口之后, 由于液壓作用元件一般都是雙作用, 有A、B 兩條油路, 為了避免兩條油路都設(shè)壓力補(bǔ)償閥, 因此油路換向部分必須設(shè)在壓力補(bǔ)償閥之后。為了簡化閥的結(jié)構(gòu), 把節(jié)流部分和換向部分集成于一體(操縱閥中) , 如圖2a 所示。工作裝置和行走操縱閥雖基本相同, 但中位油路連通有所區(qū)別。工作裝置操縱閥中位A、B 油口封閉, 如圖2a 、2b 所示, 行走操縱閥中位A、B油口與回油路通過節(jié)流相通, 如圖2c 所示。對壓力補(bǔ)償閥取力平衡得(見圖1) : Pm1 =PLmax = Pm2 。即壓力補(bǔ)償閥進(jìn)口壓力都相等, 故經(jīng)各操縱閥的壓差都相等( P1 = P2 = P = PP- PLmax) ,

5、則通過各操縱閥的流量Q = k P ,只與反映閥桿行程(開口量) 的k 有關(guān), 具有抗飽和的功能。負(fù)荷低的壓力補(bǔ)償閥產(chǎn)生壓力降: PC =PLmax - PL2 (設(shè)PL1 = PLmax) , 此壓降正好補(bǔ)償負(fù)荷壓力差, 因此壓力補(bǔ)償閥實(shí)際上起了負(fù)荷均衡器的作用。多路閥液壓系統(tǒng)工作原理圖1 中, 檢出最高負(fù)載壓力PLmax采用的是梭閥網(wǎng), 而實(shí)際液壓系統(tǒng)中, 工裝和行走油路不采用梭閥網(wǎng), 而是采用三位三通的壓力補(bǔ)償閥來檢出最高負(fù)載壓力作為補(bǔ)償壓力。1.2 回轉(zhuǎn)油路力士樂把回轉(zhuǎn)獨(dú)立出來, 采用閥前補(bǔ)償(減壓閥型壓力補(bǔ)償閥) 負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償油路。它與工作裝置油路并聯(lián)?；剞D(zhuǎn)負(fù)載油壓通過單向閥與油

6、泵負(fù)載敏感腔相通。當(dāng)工作裝置油路中各液壓元件單獨(dú)動作或同時動作時, 就如同單泵閥后補(bǔ)償分流比負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)一樣, 油泵單獨(dú)供該系統(tǒng)。當(dāng)回轉(zhuǎn)單獨(dú)動作時, 為閥前補(bǔ)償負(fù)載敏感系統(tǒng)。回轉(zhuǎn)油路和工裝油路同時動作情況: 當(dāng)工裝油路最高負(fù)載壓力高于回轉(zhuǎn)油路時, 工裝油壓由于受單向閥阻隔, 傳不到回轉(zhuǎn)油路, 由于兩油路是并聯(lián)系統(tǒng), 油優(yōu)先流向負(fù)載壓力低的回轉(zhuǎn)油路; 當(dāng)工裝油路最高負(fù)載壓力低于回轉(zhuǎn)油路時, 回轉(zhuǎn)油壓PC 通過單向閥傳至工裝油路負(fù)載壓力補(bǔ)償, 工裝和回轉(zhuǎn)負(fù)載壓力均衡平衡相等, 按各自操縱閥的開度大小向各執(zhí)行器分配供油。2 液壓泵控制系統(tǒng)力士樂挖掘機(jī)液壓泵控制系統(tǒng)有不同的配置,具有不同的控制

7、功能。2.1 A11VO 的LRS 控制系統(tǒng)圖3 A11VO 控制系統(tǒng)如圖3 所示, 該系統(tǒng)由以下部分組成。2.1.1 恒功率閥和杠桿式恒功率裝置恒功率閥A 是二位三通閥。在彈簧力作用下,恒功率閥A 處于右位, 下油缸壓力油通過A 閥回油, 在上油缸腔內(nèi)油壓和彈簧作用下油泵向大流量方向擺動。油泵壓力油通過上油缸腔作用在頂桿上, 頂桿頂推杠桿使杠桿繞支點(diǎn)擺動, 推動A閥向右移動, 使A閥處于左位, 油泵壓力油通過A閥經(jīng)B 閥進(jìn)入下油缸, 推動其活塞桿, 克服上油缸液壓力并壓縮彈簧使油泵向小流量方向擺動。同時由于上油缸活塞桿右移, 頂桿頂推杠桿的力臂減小, 使杠桿推A 閥的力下降, 直至與A 閥彈

8、簧力相等, 油泵擺角處于新的平衡位置。這種恒功率裝置通過杠桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn), 只要杠桿系統(tǒng)設(shè)計得好, 就能實(shí)現(xiàn)很理想的恒功率曲線。2.1.2 油泵流量調(diào)節(jié)閥油泵流量調(diào)節(jié)閥(補(bǔ)償壓力閥, 見圖3 中B閥) 為二位三通閥, 閥的左端受泵的出口油壓Pp作用, 閥的右端受多路閥負(fù)載敏感腔的油壓PLmax和彈簧力FS2作用, 此閥的作用是設(shè)定系統(tǒng)的補(bǔ)償壓力。從B 閥力平衡可得:PA = PLmax A + FSP = P - PLmax = FS/ A當(dāng)P > FS/ A 時( A 為受壓面積) , 該閥處左位, 油泵壓力油通向下油缸, 使油泵流量減少。當(dāng)P < FS/ A 時, 該閥處于右位,

9、 下油缸通過該閥回油, 使油泵流量增大。流量調(diào)節(jié)閥的作用是使系統(tǒng)壓差P ( P -PLmax) 保持定值。P 由設(shè)計確定稱為系統(tǒng)的補(bǔ)償壓差, 是系統(tǒng)各操縱閥的進(jìn)口壓力P 與出口壓力Pm ( = PLmax) 之差, 各操縱閥在保持補(bǔ)償壓差一定條件下, 通過改變閥桿的開口面積來控制去各液壓作用元件的流量。系統(tǒng)通過油泵流量調(diào)節(jié), 按司機(jī)操縱閥桿的開度大小, 提供所需流量, 而且只供給比負(fù)載稍高一點(diǎn)( P) 的油壓。避免了系統(tǒng)的流量損失和過大的壓力損失。當(dāng)彈簧力和閥的受壓面積在設(shè)計時取定后, LRS 油泵控制系統(tǒng)是不變的, 因此恒功率閥設(shè)定功率是不變的。油泵流量調(diào)節(jié)閥設(shè)定的補(bǔ)償壓力也是不變的, 雖然

10、可以停機(jī)通過調(diào)整彈簧來改變功率設(shè)定和補(bǔ)償壓力設(shè)定, 但顯然是不方便和不理想的, 但實(shí)際挖掘機(jī)工作中需要改變功率和改變補(bǔ)償壓力, 這是LRS 系統(tǒng)的不足之處。2.2 A11VO 的LE2S 控制系統(tǒng)圖4 A11V0 LE2S 控制系統(tǒng)1 - 變功率控制閥; 2 - 功率設(shè)定調(diào)整彈簧; 3 - 變功率比例電磁鐵; 4 - 調(diào)節(jié)響應(yīng)時間的單向節(jié)流閥; 5 - 變補(bǔ)償壓力控制閥; 6 - 補(bǔ)償壓力設(shè)定調(diào)整彈簧; 7 - 變補(bǔ)償壓力比例電磁鐵如圖4 所示, L E2S 控制系統(tǒng)與LRS 控制系統(tǒng)不同之處是采用了變功率比例電磁閥和變補(bǔ)償壓力比例電磁閥, 可以實(shí)現(xiàn)變功率控制和變補(bǔ)償壓力控制。為此, 在LRS

11、 控制系統(tǒng)中恒功率閥和油泵流量調(diào)節(jié)閥中都加上了比例電磁鐵, 成為變功率比例電磁閥和變補(bǔ)償壓力比例電磁閥。2.2.1 變功率比例電磁閥在恒功率閥上加上比例電磁鐵, 其電磁力作用在閥桿上, 其功能實(shí)際上是改變彈簧作用力。油泵功率與彈簧力FS 成正比, 通過改變比例電磁鐵的輸入電流I 使電磁力變化, 從而改變了油泵的功率控制曲線。油泵功率曲線隨先導(dǎo)電流I 的變化情況如圖5所示, 圖5 油泵功率曲線隨電流I 的變化為了充分利用發(fā)動機(jī)功率, 電控設(shè)定的最大功率線高于發(fā)動機(jī)額定功率線PH,電控失效后,功率線低于PH,電控最小功率線更低。從圖5 可見比例電磁鐵控制的恒功率曲線是一個區(qū)間。變功率控制在挖掘機(jī)有

12、二大功用: 實(shí)現(xiàn)全功率控制: 無變功率控制時, 考慮到大氣狀態(tài)(氣壓, 氣溫和濕度) 變化、采用較差燃油和使用過程中發(fā)動機(jī)性能惡化等原因都會使得發(fā)動機(jī)功率有所下降, 為了防止發(fā)動機(jī)過載和熄火, 一般油泵功率設(shè)定都低于發(fā)動機(jī)額定功率。采用變功率閥, 最大功率設(shè)定高于發(fā)動機(jī)額定功率, 可采用轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制使發(fā)動機(jī)始終保持在發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)工作, 充分利用發(fā)動機(jī)功率。實(shí)現(xiàn)工況控制: 挖掘機(jī)要求在不同工況下作業(yè), 例如重掘削工況、經(jīng)濟(jì)作業(yè)工況和精細(xì)作業(yè)工況等, 要求油泵功率有不同的設(shè)定, 變功率控制能實(shí)現(xiàn)這個要求。2.2.2 油泵流量調(diào)節(jié)變補(bǔ)償壓力閥在油泵流量調(diào)節(jié)閥上加上比例電磁鐵, 通過改變電流可改變

13、其電磁力, 此電磁力作用在流量調(diào)節(jié)閥上, 實(shí)際上是改變了彈簧力, 上面已說明油泵流量調(diào)節(jié)閥的補(bǔ)償壓力取決于彈簧力, 改變彈簧力也就改變了補(bǔ)償壓力。補(bǔ)償壓力與電流 I 成直線關(guān)系, 如圖6 所示。圖6 補(bǔ)償壓力PLS隨電流和彈簧力變化曲線圖中表示了調(diào)節(jié)彈簧力也可以改變補(bǔ)償壓力。圖7 閥桿行程一定時流量Q 隨PLS變化曲線圖7表示閥桿行程S 一定, 油泵流量Q 隨補(bǔ)償壓力PLS的變化情況。圖8 在不同的PLS下流量隨閥桿行程變化曲線圖8 表示在不同的補(bǔ)償壓力下, 供給液壓作用元件的流量與閥桿行程的關(guān)系。降低PLS , 供油量減少; 閥桿行程增大, 流量增加比較平緩。從這些圖中可知, 改變控制電流能

14、使補(bǔ)償壓力變化, 補(bǔ)償壓力變化能改變?nèi)ヒ簤鹤饔迷牧髁?起調(diào)速作用,變PLS控制能更好地適應(yīng)不同作業(yè)工況的流量需要, 特別是改善了精細(xì)作業(yè)微動性能; 另外隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速改變, 泵的流量隨著變化, 補(bǔ)償壓力也應(yīng)隨之改變。應(yīng)當(dāng)說明, 補(bǔ)償壓力閥輸出的控制油直接操縱液壓泵變量油缸, 而功率閥輸出的控制油經(jīng)補(bǔ)償壓力閥操縱液壓泵變量油缸, 因此兩閥的控制關(guān)系為補(bǔ)償壓力閥優(yōu)先。3 各液壓作用元件液壓回路3.1 動臂、斗桿和鏟斗液壓回路其特征為: 在油缸的兩條油路中都設(shè)有限壓閥防止過載; 動臂和斗桿的液壓回路中若需要可采用再生閥桿, 實(shí)現(xiàn)再生功能。3.2 行走液壓回路圖9 行走液壓回路1 - 限壓閥; 2

15、 - 平衡閥; 3 - 制動操縱閥; 4 - 減壓閥; 5 - 變速閥如圖9 所示, 由以下閥組成: 限壓閥二個分別限制行走馬達(dá)兩油路壓力, 又起補(bǔ)油作用;平衡閥防止下坡時超速; 制動操縱閥由左右油路通過梭形閥引入壓力油, 在壓力油作用下此閥打開, 壓力油通向制動器; 減壓閥在壓力油通向制動器的途中設(shè)減壓閥, 使通向制動器的油壓降低, 制動器承受較低壓力, 有壓力油時制動器制動, 卸壓時制動器壓力油通過節(jié)流孔回油,使制動器延時制動; 油馬達(dá)自動變速先導(dǎo)控制閥該閥為兩位三通閥, 平時在彈簧作用下, 該閥處于上位, 變速閥先導(dǎo)控制油與先導(dǎo)油泵相通, 當(dāng)行走負(fù)載壓力大于彈簧壓力時, 壓縮彈簧使該閥處

16、于下位, 變速閥先導(dǎo)控制油回油箱; 變速閥在先導(dǎo)控制油作用下, 該閥處于上位, 變量油缸下腔進(jìn)壓力油, 上腔回油, 油馬達(dá)處于小排量, 當(dāng)先導(dǎo)控制油回油時, 在彈簧力作用下該閥處于下位,變量油缸上腔進(jìn)壓力油, 下腔回油, 油馬達(dá)處于大排量。行走操縱閥處于中位時, 油馬達(dá)兩腔相通, 并與回油路相通, 使行走馬達(dá)和管路始終保持充滿狀態(tài)。通過左右行走回路間的旁通阻尼孔進(jìn)行平衡, 來改善直線行走性能。補(bǔ)償兩側(cè)馬達(dá)泄漏量不同、機(jī)械加工誤差和控制誤差引起的流量偏差。3.3 回轉(zhuǎn)液壓回路如圖10 所示,由兩個單向補(bǔ)油閥、二個二級溢流閥和先導(dǎo)操縱油壓控制的回轉(zhuǎn)壓力閥等組成。圖10 回轉(zhuǎn)液壓回路1) 二個二級溢

17、流閥具有驅(qū)動增壓、溢流油壓高和制動減壓、溢流油壓低的功能。回轉(zhuǎn)操縱閥的先導(dǎo)操縱油壓Pi 作用在油馬達(dá)驅(qū)動側(cè)油路的溢流閥上, 使驅(qū)動側(cè)的溢流壓力提高,驅(qū)動力矩大, 使回轉(zhuǎn)加速快。制動時, 無先導(dǎo)油壓作用, 溢流閥壓力低, 制動力矩較低, 使制動較柔和, 回轉(zhuǎn)驅(qū)動元件工作較平穩(wěn)沖擊小。當(dāng)需快速強(qiáng)力制動時可采用反向驅(qū)動來制動。2) 先導(dǎo)操縱油壓控制的回轉(zhuǎn)壓力閥此閥在回轉(zhuǎn)操縱換向閥的進(jìn)油口上, 控制進(jìn)入回轉(zhuǎn)馬達(dá)的油壓, 從回轉(zhuǎn)先導(dǎo)操縱閥輸出兩個方向的操縱油壓, 通過梭形閥作用在回轉(zhuǎn)壓力閥上, 使回轉(zhuǎn)壓力閥隨著先導(dǎo)操縱油壓的提高其控制的壓力增加。因此司機(jī)可通過控制先導(dǎo)操縱油壓來控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)的油壓, 從而

18、實(shí)現(xiàn)無級控制改變回轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩, 能很好地按司機(jī)的愿望向回轉(zhuǎn)馬達(dá)提供所需壓力(轉(zhuǎn)矩) 和流量(轉(zhuǎn)速) , 任意回轉(zhuǎn)加速, 操縱得心應(yīng)手。4 多路閥先導(dǎo)操縱系統(tǒng)由定量油泵、先導(dǎo)操縱閥、閉鎖電磁閥、安全閥和梭形閥等組成。先導(dǎo)操縱閥是具有位移和力感覺的比例型操縱閥, 先導(dǎo)操縱油通過單向節(jié)流閥操縱多路閥桿的移動, 使操縱平穩(wěn)柔和?；剞D(zhuǎn)先導(dǎo)操縱閥通過梭形閥將先導(dǎo)操縱油壓加在回轉(zhuǎn)壓力閥上, 控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)油壓。左行走先導(dǎo)操縱閥通過梭形閥將先導(dǎo)操縱油壓加在補(bǔ)償負(fù)載壓力溢流閥C 上。閉鎖電磁閥起閉鎖先導(dǎo)閥操縱作用, 當(dāng)電磁閥失電時在彈簧力作用下, 該閥處于左位, 先導(dǎo)油泵來油切斷, 先導(dǎo)操縱閥進(jìn)油路回油,先導(dǎo)操縱閥不能操縱, 只有當(dāng)電磁閥接通電時, 該閥處于右位, 先導(dǎo)油泵壓力油才能通向各先導(dǎo)操縱閥, 先導(dǎo)操縱閥才能操縱, 防止誤操縱。5 系統(tǒng)其它功能閥系統(tǒng)其它功能閥集成布置在多路閥內(nèi), 是組成多路閥液壓系統(tǒng)的一部分, 包括以下各閥。1) 系統(tǒng)安全閥A起安全保護(hù)作用, 一般情況下不打開。2) 系統(tǒng)卸載閥B此閥一端受油泵壓力油作用, 另一端受補(bǔ)償負(fù)載壓力和彈簧力作用。有一操縱