挖掘機液壓操縱回路的分析與設(shè)計

挖掘機液壓操縱回路的分析與設(shè)計

液壓機主要由動臂、斗桿、壓斗和相應(yīng)的液壓缸組成。該裝置的氣壓計包括三個氣壓箱：動臂、斗桿和壓斗。在挖掘機作業(yè)過程中經(jīng)常需要三個工作裝置及回轉(zhuǎn)裝置同時配合進行復(fù)合動作。本文主要以CAT等液壓挖掘機為例分析挖掘機工作裝置液壓操縱回路。1先導(dǎo)操縱部分動臂液壓操縱回路如圖1所示,它由動臂合流閥1、動臂操縱閥2、限壓閥5、動臂支持閥4和動臂油缸3等組成,先導(dǎo)操縱部分由先導(dǎo)控制閥7、減振閥6等組成。1.1動臂缸下腔回油位置對動臂系統(tǒng)的影響1)動臂提升操縱先導(dǎo)控制閥7,先導(dǎo)控制油經(jīng)減振閥6進入動臂操縱閥先導(dǎo)控制油口和動臂合流閥先導(dǎo)控制油口,動臂操縱閥處于動臂下腔供油上腔回油位置,此時動臂合流閥處于合流位置,油泵的油通過動臂合流閥和單向閥與來自動臂操縱閥的油合流供給動臂下腔。從液壓系統(tǒng)圖上可看出,動臂提升時兩泵都向動臂缸供油,其他液壓作用元件可以同時動作,與動臂缸之間是并聯(lián)供油關(guān)系。2)動臂下降操縱先導(dǎo)控制閥,先導(dǎo)控制油經(jīng)減振閥進入動臂操縱閥另一控制油口,使動臂操縱閥處于動臂上腔供油下腔回油位置,此時,動臂合流閥處于關(guān)閉狀態(tài),單泵供油。1.2動態(tài)臂支持車輛管理設(shè)備1.2.1動臂油缸壓閥限壓閥組成補在動臂油缸的上下兩腔進回油通路中成對地設(shè)置帶單向閥的限壓閥。限壓閥實際上起卸壓閥作用,保護動臂油缸和相連管道(局部液壓元件和管道)免受損壞。在挖掘過程中,動臂油缸雖不動作,但必須具有足夠大的閉鎖力來抵抗拉伸和壓縮,這種閉鎖壓力有時大大超過系統(tǒng)的最大工作壓力。限壓閥的調(diào)定壓力應(yīng)兼顧考慮作業(yè)受力需要以及液壓元件強度和液壓管路的安全。當閉鎖壓力超過限壓閥的調(diào)定壓力時,限壓閥打開泄油,但由于此時動臂操縱閥處于中位油缸閉鎖位置,泄油后會引起油缸另一腔產(chǎn)生真空,因此需設(shè)置補油單向閥進行補油,以避免產(chǎn)生真空。1.2.2防止動臂下腔壓力油起封閉型動臂支持閥動臂操縱閥在中位時,油缸口閉鎖,由于滑閥的密封性不好會產(chǎn)生泄漏,動臂在重力作用下會產(chǎn)生下沉,這是不允許的,特別是挖掘機在進行起重作業(yè)時,要求停留在一定的位置上保持不下降,因此設(shè)置了動臂支持閥(組),它有如下幾種形式。1)CAT動臂支持閥如圖2所示,它由動臂支持閥6、控制滑閥9和帶單向補油閥的限壓閥4組成。當動臂提升時,來自動臂操縱閥的壓力油進入油口5,推開動臂支持閥桿6,壓力油通過油口3進入動臂下腔,提升動臂。當動臂保持不動時,來自動臂缸下腔的壓力油進入油口3,通過控制滑閥作用在動臂支持閥桿的背面,將其壓緊在閥座上,防止油從油口3泄至油口5,阻止動臂下沉。當動臂下降時,油口17受動臂操縱閥上腔先導(dǎo)操縱油壓作用,使控制滑閥處于上位,動臂支持閥桿背面通回油口15卸壓,在油口3油壓作用下,動臂支持閥桿克服彈簧力,閥口打開,油從油口3通至油口5,再通過動臂操縱閥回油。由于動臂支持閥切斷了動臂油缸大腔回油,因此在動臂油缸起閉鎖支承作用時,有可能產(chǎn)生超壓,為此應(yīng)將限壓閥設(shè)在支持閥前、靠近動臂油缸處。2)UKX系列動臂支持閥如圖3所示,該東芝支持閥與CAT動臂支持閥的區(qū)別是采用閥芯內(nèi)鉆孔型插裝閥和二位二通控制閥。在彈簧力作用下二位二通閥處于關(guān)閉位置,此時動臂油缸下腔壓力油通過閥芯內(nèi)鉆孔通向插裝閥上端,將插裝閥壓緊在閥座上,阻止動臂油缸下腔的油從B至A,起閉鎖支撐作用。當操縱動臂下降時,在先導(dǎo)操縱油壓P3)小松動臂支持閥如圖4所示,它由支持閥3、控制閥2和帶單向閥的限壓閥1組成。當壓力油來自A時,在A的油壓作用下閥3打開,壓力油通過此閥通向B(動臂油缸下腔),當油從B至A反向流動時,如控制閥處于下位關(guān)閉位置,此時支持閥無法打開起閉鎖作用,當操縱動臂下降時,在先導(dǎo)操縱油壓P4)現(xiàn)代動臂支持閥如圖5所示,該閥基本上與CAT相同,差別在于在插裝閥至動臂油缸下腔的油路上設(shè)壓力閥,當此油路壓力超過設(shè)定值時,壓力閥打開,壓力油通向控制閥,使控制閥處于左位,插裝閥背面回油,B與A相通。1.2.3動臂操縱閥油口挖掘機工作裝置本身重量大,特別是滿斗操縱時,由于慣性大,如動臂操縱閥換向操縱或停止操縱過猛(特別是不熟練司機操縱)時將引起整個挖掘機搖晃不穩(wěn)定,產(chǎn)生沖擊振動載荷,使司機疲勞,為此需采用減振閥(圖6)來實現(xiàn)平穩(wěn)操縱。先導(dǎo)控制閥操縱時,由于減振閥中彈簧3和6的彈簧力處于平衡狀態(tài),先導(dǎo)閥控制油從油口1進入,通過節(jié)流孔5流向油口4(動臂操縱閥)。先導(dǎo)控制油經(jīng)節(jié)流孔5節(jié)流后形成壓差,使閥桿7向左移動打開閥口,由于先導(dǎo)控制油通過閥口直接從油口1流至油口4,因此其未經(jīng)節(jié)流,流動較快。從動臂操縱閥控制油口4返回先導(dǎo)控制閥油口1的油流,通過節(jié)流孔產(chǎn)生壓差,在壓差作用下閥桿就右移,關(guān)閉通過閥桿閥口通向1的油道,從油口4通往油口1的油只能通過節(jié)流孔,起限制流量的作用,使動臂操縱閥的閥桿移動不會太快,從而使操縱較平穩(wěn)。先導(dǎo)控制閥雙向操縱動臂閥都經(jīng)減振閥,使動臂雙向操縱,起動和停止都比較平穩(wěn)。這種通過液壓方式進行平穩(wěn)操縱控制的缺點是要平穩(wěn)操縱就會影響生產(chǎn)率,兩者很難兼顧。目前先進的挖掘機已采用電子控制,通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可實現(xiàn)平穩(wěn)操縱和敏捷操縱兩種工況,使生手也能夠象熟練司機一樣操縱。1.2.4防止動臂下降和影響作業(yè)效率的回路動臂下降時,由于重力作用會使降落速度太快而發(fā)生危險,動臂缸上腔可能產(chǎn)生吸空,有的挖掘機在動臂油缸下腔回路上裝有單向閥和節(jié)流閥組成的單向節(jié)流閥,使動臂下降速度受節(jié)流限制,但這將引起動臂下降慢,影響作業(yè)效率。目前挖掘機采用再生回路,如圖7所示,動臂下降時,油泵的油經(jīng)單向閥通過動臂操縱閥進入動臂油缸上腔,從動臂油缸下腔排出的油需經(jīng)節(jié)流孔回油箱,提高了回油壓力,使得液壓油能通過補油單向閥供給動臂缸上腔。這樣當發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速和泵低流量時,防止動臂因重力作用下迅速下降而使動臂缸上腔產(chǎn)生吸空。