裝載機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、6.0000圖文 2.1原系統(tǒng)工作原理及節(jié)流損失分析 裝載機(jī)工作裝置動(dòng)臂部分概述 下圖為裝載機(jī)工作裝置動(dòng)臂部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 就目前國(guó)內(nèi)大部分裝載機(jī)而言， 其工作裝置的 動(dòng)臂液壓缸換向閥 2用來(lái)控制動(dòng)臂液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向， 使動(dòng)臂能停在某一位置， 并可以通 過(guò)控制換向閥的開(kāi)度來(lái)獲得液壓缸的不同速度。 動(dòng)臂液壓缸換向閥是四位六通滑閥， 它可控 制動(dòng)臂上升、下降、固定和浮動(dòng)等四個(gè)動(dòng)作。動(dòng)臂浮動(dòng)位置可使裝載機(jī)在平地堆積作業(yè)時(shí)， 工作裝置能隨地面情況自由浮動(dòng)， 在鏟掘礦石作業(yè)時(shí)可使鏟斗刃避開(kāi)大塊礦石進(jìn)行鏟掘， 提 高作業(yè)效率。當(dāng)動(dòng)臂舉升的時(shí)候多路換向閥執(zhí)行圖示 B位置的機(jī)能，液壓缸無(wú)

2、桿腔進(jìn)油， 有桿腔回油，上升階段的速度靠控制節(jié)流口開(kāi)度，油液經(jīng)過(guò)節(jié)流口有能量損失。 當(dāng)動(dòng)臂下降的時(shí)候多路換向閥執(zhí)行圖示 A位置的機(jī)能，液壓缸有桿腔進(jìn)油，無(wú)桿腔回油， 為了控制鏟斗下降的速度，液壓油要通過(guò)多路閥節(jié)流口返回油箱 ，鏟斗和重物靠自身的重力 就可下落，而工作泵在這個(gè)過(guò)程中并不泄荷， 仍然不斷的給系統(tǒng)供油提供壓力和流量， 這部 分壓力能通過(guò)節(jié)流口轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)熱平衡。 能量損失部位分析 裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)能量損失主要體現(xiàn)在壓力能的損失上， 在工作時(shí)壓力損失主要體現(xiàn)在液 壓油經(jīng)過(guò)多路換向閥時(shí)的壓力損失以及當(dāng)工作油缸工作腔壓力達(dá)到或超過(guò)工作壓力時(shí)而引 起的溢流損

3、失 1, 溢流閥功率損失是很大的， 為了減少溢流損失應(yīng)該在系統(tǒng)中安裝限位閥， 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到 快限位時(shí)，限位閥配合系統(tǒng)動(dòng)作，使多路閥回到中位，并且使工作泵卸荷， 這樣就可以減少 通過(guò)溢流閥的能量損失。 2, 換向閥節(jié)流引起的損失： 為了控制工作裝置的運(yùn)動(dòng)速度， 換向閥要對(duì)油液進(jìn)行節(jié)流控制， 裝載機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)所用的多路換向閥實(shí)際上就是比例方向閥， 能對(duì)進(jìn)口和出口同 時(shí)進(jìn)行節(jié)流控制。換向閥的節(jié)流使油液流經(jīng)換向閥時(shí)造成能量損失， 引起發(fā)熱，使系統(tǒng)效率 降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成閥不能正常工作。尤其是當(dāng)動(dòng)臂下降時(shí)， 是靠自重下降的，動(dòng)臂下降很 快，為了控制速度穩(wěn)定， 多路換向閥通過(guò)

4、節(jié)流產(chǎn)生很大背壓， 來(lái)保持下降速度穩(wěn)定。動(dòng)臂從 頂端限位到換向閥開(kāi)始換向，動(dòng)臂處于下降狀態(tài)，壓力急劇下降，動(dòng)臂油缸下腔的壓力趨于 穩(wěn)定狀態(tài)，但是為了保證下降的穩(wěn)定，油缸下腔要通過(guò)多路換向閥節(jié)流產(chǎn)生背壓， 從下圖可 以看出，空載下降的背壓為 3.2aMP，滿載下降的背壓達(dá)到 8aMP左右，顯然背壓很大，會(huì) 造成很大背壓損失，由功率損失公式： N =牡pQt (W) 式中『一丄作周期 Ap—適過(guò)幼臂液伍紅換向閥的LL力羞＜ ) Q —通過(guò)動(dòng)晉液JK忙換向閥的流址(Z/min) J 一動(dòng)臂下降的時(shí)問(wèn)(5) 從上面式子可以看出，為了減少背壓產(chǎn)生的能量損失，要盡量減少通過(guò)多路換向閥的流

5、 量控制好換向閥節(jié)流不但減少換向閥本身消耗的能量損失， 而且也可以減少管路上單向閥的 壓損失。從而能減少工作裝置工作過(guò)程消耗的能量。 所以在保持系統(tǒng)穩(wěn)定情況下， 減小換向 閥的節(jié)流是猶為重要的問(wèn)題。 2.2改進(jìn)系統(tǒng)工作原理及能量損失分析 閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，這方面的工作已趨于完善。因此，進(jìn)一步的研究工作要擴(kuò)展到換向閥 結(jié)構(gòu)以外的范圍。手動(dòng)先導(dǎo)比例減壓閥液控?fù)Q向閥： 罔2"裝栽機(jī)1作裝譽(yù)先昴押制卜渤杵搐竹段進(jìn)原理荷開(kāi) 1朋杵箍壓缸 比硒臂液爪計(jì)撫向閥 艮盜流閥4 .油締氐養(yǎng)袖器6 ■池壓泵 人練 希樂(lè)佝取I &飽益利 如圖2.8為裝載機(jī)工作裝置先導(dǎo)控制下動(dòng)臂部分改進(jìn)原理簡(jiǎn)圖，

6、當(dāng)動(dòng)臂上升的時(shí)候，多 路閥處于A位置，與原系統(tǒng)相同，當(dāng)動(dòng)臂下降的時(shí)候，多路閥處于 B位，從先導(dǎo)系統(tǒng)過(guò)來(lái) 的壓力油打開(kāi)液控單向閥 7,油缸兩腔實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接，并且此時(shí)卸荷閥 8打開(kāi)，工作泵直接 泄荷回到油箱，無(wú)桿腔的油液一部分流入有桿腔給有桿腔補(bǔ)油， 多余的油液經(jīng)過(guò)多路閥節(jié)流 回到油箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)臂下降速度的控制， 這樣，由于工作泵的泄荷并且系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)差動(dòng)， 通過(guò) 多路閥節(jié)流回到油箱的油液減少，從而減少了經(jīng)過(guò)多路閥的節(jié)流損失。 223改進(jìn)系統(tǒng)能量損失的分析 當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)油，有桿腔回油時(shí)，即動(dòng)臂處于舉升階段，此時(shí)系統(tǒng)執(zhí)行功能和原系統(tǒng)相同， 為阻性負(fù)載壓降的回路系統(tǒng)， 能量損失和原系統(tǒng)一樣再此不

7、在介紹。 當(dāng)動(dòng)臂處于下降階段時(shí) 采執(zhí)行差動(dòng)連接的形式， 此時(shí)工作泵泄荷，動(dòng)臂下降靠自重，無(wú)桿腔排出的油液給有桿腔補(bǔ) 油，多余的液壓油經(jīng)節(jié)流回到油箱以控制下降的速度。 2.4改進(jìn)系統(tǒng)下降穩(wěn)定性分析 陽(yáng)珂—兒） 乍流口的流電系敵 越巧-閥芯槍移為xF的通流面積 Q—液壓汕的密度 由式（2.52）可知Cd、P、（A1_A2）為定值，每次的負(fù)載 F也是定值，所以要 控制下降的速度，只需要根據(jù)不同的 F適當(dāng)控制A（x）的大小，所以可以控制動(dòng)臂下降的速 度，系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)定程度。 第三章蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供油節(jié)能研究 由動(dòng)臂和鏟斗組成的，裝載機(jī)工作裝置的操縱控制，主要是通過(guò)軟軸操縱多路

8、閥進(jìn)行控 制的，這種操縱方式操縱力很大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)效率低。 近年來(lái)在少數(shù)的裝載機(jī)上采用 了液壓先導(dǎo)控制多路閥，液壓先導(dǎo)操縱具有安全、舒適、布置靈活及易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，工 作液壓系統(tǒng)采用了小流量的先導(dǎo)油路控制高壓大流量的主油路， 使工作裝置的操縱力大為降 低等優(yōu)點(diǎn)，而日益廣泛地采用， 這種控制系統(tǒng)需要除了工作和轉(zhuǎn)向泵以外的獨(dú)立壓力源， 由 于各個(gè)生產(chǎn)廠家不同、車型不同，所以它的壓力源也就有不同的形式。 3.1液壓先導(dǎo)系統(tǒng)壓力源的形式 1）先導(dǎo)泵+穩(wěn)流閥、溢流閥+選擇閥 此系統(tǒng)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在千轉(zhuǎn)以上，先導(dǎo)壓力油通過(guò)穩(wěn)流閥使先導(dǎo)油流量穩(wěn)定在 8 — 12 L/min （視不同機(jī)型

9、確定），溢流閥將先導(dǎo)壓力穩(wěn)定在 2.5— 3.5MPa選擇閥起發(fā)動(dòng)機(jī)熄火降臂 作用。該系統(tǒng)又分卡特型（圖 3.1）和普通型（圖3.2） [12] 2）制動(dòng)泵+充液閥+穩(wěn)流閥、溢流閥+選擇閥 由于液壓濕式制動(dòng)橋在工程機(jī)械上的應(yīng)用逐漸普遍，許多制動(dòng)系統(tǒng)采用充液閥，這就為 先導(dǎo)系統(tǒng)提供了又一個(gè)壓力源?？梢圆捎脹_液閥口接穩(wěn)流閥、溢流閥的方式獲得先導(dǎo)油源， 這個(gè)方式可優(yōu)先保證沖液的情況下提供穩(wěn)定的先導(dǎo)油源，如下圖（ 3.3） 3）工作泵+多路閥內(nèi)置減壓閥 這種系統(tǒng)（如下圖 3.4）是美國(guó)HUSCO公司7100系列多路閥所提供的內(nèi)置減壓閥，它 將主系統(tǒng)的油壓減小到 3MPa供給先導(dǎo)回路。

10、 一 1*13.3制動(dòng)泵+紅件御式壓力源 H3.4冬蹄閥內(nèi)重減圧闞式樂(lè)力潭 4）力士樂(lè)先導(dǎo)壓力閥塊 這種系統(tǒng)（下圖 3.5）是德國(guó)力士樂(lè)公司的 MHSTE5G型先導(dǎo)供油系統(tǒng)，它通過(guò)梭閥將 主系統(tǒng)的最高油壓取出后減小到 3.5MPa供給先導(dǎo)回路 Pl P2 二學(xué)性山32-0. Thx vA 1 3.5/5MFa i—| Irtajc 0. 2MPa 陽(yáng)rs力七樂(lè)先聊廂力贈(zèng)頼式汗力瀝 3.2先導(dǎo)泵為先導(dǎo)系統(tǒng)供油分析 先導(dǎo)泵供油系統(tǒng)的原理 雖然，液壓先導(dǎo)系統(tǒng)壓力源有很多種不同的形式，但是，目前國(guó)內(nèi)裝載機(jī)采用液壓先 導(dǎo)系統(tǒng)控制多路閥的壓力源，大

11、都是用定量齒輪泵做先導(dǎo)泵給其提供的。 ■ 了片— i ms先泉他先導(dǎo)油対I w裁魚潰圧糸逾心js n 「動(dòng)畔油肛 丄轉(zhuǎn)斗湘乩 玄#躋腳先導(dǎo)閥 彳先導(dǎo)錄&轉(zhuǎn)I訕泵 先導(dǎo)工作液壓系統(tǒng)主要由液壓油箱、工作泵、多路閥、先導(dǎo)閥、動(dòng)臂油缸、轉(zhuǎn)斗油缸、 油管等部件組成它采用了掬于小流量的先導(dǎo)油路控制高壓大流量的主油路， 并在低壓小流量 的先導(dǎo)油路上設(shè)有油路安全鎖定閥， 安全鎖定閥是為了防止誤操作而設(shè)置的， 它是一個(gè)二位 二通電磁換向閥，當(dāng)電磁鐵處于斷電位置時(shí)，也就是駕駛員將開(kāi)關(guān)置于“關(guān)閉”的位置時(shí)， 對(duì)手柄的任何操作都不會(huì)對(duì)工作裝置產(chǎn)生任何動(dòng)作。 當(dāng)安全鎖定閥的開(kāi)關(guān)處于 “開(kāi)啟”位置

12、時(shí)，控制油液進(jìn)入電液比例先導(dǎo)控制閥， 通過(guò)操作手柄控制電液比例先導(dǎo)控制閥完成對(duì)動(dòng)臂 和鏟斗的動(dòng)作控制。 上圖中下部分是先導(dǎo)油路， 主要由先導(dǎo)泵、先導(dǎo)閥等組成。先導(dǎo)泵流出的先導(dǎo)油經(jīng)油路 安全鎖定閥，再到先導(dǎo)閥，以控制多路閥主油路。 上部分是主油路，主要由工作泵、多路閥、 安全溢流閥、補(bǔ)油閥等組成。在先導(dǎo)控制油的作用下，通過(guò)多路閥滑閥不同的開(kāi)啟方向，從 而改變工作油液的流動(dòng)方向， 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗油缸和動(dòng)臂油缸的不同的運(yùn)動(dòng)方向， 或者使鏟斗與動(dòng) 臂保持在某一位置以滿足裝載機(jī)各種作業(yè)動(dòng)作的要求。 從上圖及原理可以看出，這個(gè)系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力源是有定量齒輪泵 5通過(guò)一個(gè)溢流閥組成 的，雖然定量齒輪泵的價(jià)

13、格低廉，性能穩(wěn)定， 它可以穩(wěn)定的給先導(dǎo)系統(tǒng)提供壓力油，但是由 于系統(tǒng)的原理及工作過(guò)程決定，這種壓力源存在大量的能量損耗。 322先導(dǎo)泵供油系統(tǒng)的缺陷 用先導(dǎo)泵的液壓先導(dǎo)操縱有明顯的能量損耗。 裝載機(jī)工作過(guò)程，大致為鏟裝、收斗、運(yùn) 輸，卸斗、動(dòng)臂下降，在這個(gè)過(guò)程中如運(yùn)輸?shù)葼顟B(tài)，工作裝置不工作，多路閥處于中位狀態(tài) 時(shí)，整個(gè)先導(dǎo)系統(tǒng)也就處于封閉的狀態(tài)， 這樣從先導(dǎo)泵流出的油液不給系統(tǒng)供油， 全部經(jīng)過(guò) 溢流閥到油箱，溢流閥是元件中功率損失較大的元件， 經(jīng)過(guò)溢流閥損失的壓力能最終會(huì)轉(zhuǎn)化 為熱能，會(huì)嚴(yán)重影響到熱平衡， 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響， 而且只要裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)先導(dǎo) 泵就會(huì)不停的工作，

14、這樣會(huì)給先導(dǎo)系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)不良的影響， 所以說(shuō)用先導(dǎo)泵給先導(dǎo)系 統(tǒng)供油對(duì)系統(tǒng)熱平衡和可靠性都會(huì)產(chǎn)生不良效果。 3.3蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供油分析 蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供油概述 蓄能器是一種用來(lái)貯存和釋放液壓能的裝置?合理利用蓄能器是節(jié)約能源的手段之一。 因蓄能器是用來(lái)蓄積或儲(chǔ)存液壓能的容器，它的具體用途歸納如下： (1) 作儲(chǔ)存能量用。若機(jī)器在一個(gè)工作循環(huán)中其最大需油量比平均流量大很多時(shí)，可在系 統(tǒng)中裝一臺(tái)蓄能器來(lái)補(bǔ)充峰值流量的需要，以減少油泵和原動(dòng)機(jī)的容量，并降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 (2) 緩沖和吸振。系統(tǒng)安裝蓄能器來(lái)吸收能量，可以減小系統(tǒng)的壓力沖擊和緩和壓力脈動(dòng)。 (3) 作應(yīng)急能源。蓄能

15、器可以作為油泵發(fā)生故障或突然停電時(shí)的應(yīng)急能源。 (4) 保壓。對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作而又需要保持恒定壓力的系統(tǒng)，設(shè)置蓄能器后，在保壓的 同時(shí)，油泵可卸荷，避免功率損耗。對(duì)于間歇運(yùn)行的液壓系統(tǒng).或在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)速度差 別很大.即對(duì)油泵供油量的要求差別很大， 這樣的液壓系統(tǒng)使用蓄能器.在其需要供油量大 時(shí)，讓蓄能器與泵一起供油，這樣便可選用較小流量的泵，不但減小傳動(dòng)功率，還可減小泵 源占地面積，節(jié)省投資?；谛钅芷髯鰟?dòng)力源的作用，所以它可以給先導(dǎo)系統(tǒng)提供壓力油源。 蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供油原理 nxs stt器個(gè)先詁ttfer匸作裝買液壓廉統(tǒng)UJ1圏 I?動(dòng)■紬M 2.訶斗油泣3齢畸

16、閥4.光制闕5?蓄碟器出單向閔匸轉(zhuǎn)向豪 此系統(tǒng)同先導(dǎo)泵為先導(dǎo)供油系統(tǒng)的差別如圖所示，用單向閥 6和蓄能器5取代原來(lái)的先 導(dǎo)泵，從裝載機(jī)工作過(guò)程來(lái)看， 出于安全方面的因素， 整個(gè)工作過(guò)程很少有工作裝置和轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)同時(shí)工作的情況，這樣在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作時(shí)，轉(zhuǎn)向泵 7通過(guò)單向閥6為蓄能器5充油, 蓄能器充滿是個(gè)很短暫的過(guò)程， 當(dāng)蓄能器充滿時(shí)轉(zhuǎn)向泵 7多余的油液將回到油箱，當(dāng)工作裝 置需要?jiǎng)幼鲿r(shí)，蓄能器 5的油液迅速釋放，為先導(dǎo)系統(tǒng)提供壓力油，控制工作裝置的運(yùn)動(dòng)， 整個(gè)系統(tǒng)的原理來(lái)看，只要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作， 轉(zhuǎn)向泵就為蓄能器充油， 直到充滿為止，這樣 蓄能器就可以有足夠的液壓油，源源不斷的為先導(dǎo)

17、系統(tǒng)供油。 334蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供油優(yōu)點(diǎn) 從以上介紹的兩種不同的壓力源為先導(dǎo)系統(tǒng)供油原理可以看出， 用蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供 油，這樣可以取代先導(dǎo)泵，減少油液的能量損失。 所以蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)提供油源，由轉(zhuǎn)向 泵間歇性為蓄能器供油?就原系統(tǒng)而言，無(wú)論是先導(dǎo)系統(tǒng)正常工作還是處于溢流統(tǒng)取消先導(dǎo) 泵，它相對(duì)于改后的系統(tǒng)都是能量損失， 如果不分能量最終要由液壓能會(huì)轉(zhuǎn)為熱能， 影響系 統(tǒng)的熱平衡，而的動(dòng)作，這樣也比原系統(tǒng)提高了可靠性。 整個(gè)工作液壓系統(tǒng)模型分析 由蓄能器為先導(dǎo)系統(tǒng)供油， 工作泵為定量的齒輪泵， 且有溢流閥，當(dāng)達(dá)到一定壓力時(shí)工 作泵溢流，所以整個(gè)工作裝置的系統(tǒng)模型的建立可以把工

18、作泵的壓力視為常數(shù)， 又先導(dǎo)系統(tǒng) 的換向閥只是起到換向的作用， 對(duì)先導(dǎo)系統(tǒng)的壓力影響可以忽略， 故液壓系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為下圖： ffi3.ll HkJl-泵冼L什裝陰FW；制桶引 上面為電液比例減壓閥 從上式可以看出，負(fù)載的流量變化和比例減壓閥的輸出壓力是線性關(guān)系， 也就是說(shuō)，如果比 例減壓閥的輸出壓力是穩(wěn)定的那么負(fù)載的速度就是穩(wěn)定的。由比例減壓閥的原理可以知道， 無(wú)論比例減壓閥的輸入壓力 P怎樣變化，系統(tǒng)的輸出壓力 Pc總是穩(wěn)定的值，也就是說(shuō)，雖 然蓄能器的輸出壓力是變化的，隨著氣體體積的增大而減小，但是蓄能器的輸出壓力 P經(jīng) 過(guò)比例減壓閥后的輸出壓力 Pc是穩(wěn)定的，對(duì)負(fù)載的

19、運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度取決于 比例減壓閥的動(dòng)態(tài)特性，和整個(gè)系統(tǒng)的總體匹配情況。 第四章工作泵的節(jié)能研究 裝載機(jī)在不同工況時(shí)動(dòng)力源的能量消耗往往有很大差別。 供過(guò)于求，動(dòng)力源的輸出流量 過(guò)剩和壓力過(guò)剩?是造成能耗的根本原因。所以提高匹配效率是動(dòng)力源節(jié)能的最有效辦法， 也就是要流量適應(yīng)動(dòng)力源， 即泵供給系統(tǒng)的流量自動(dòng)地和需要量相適應(yīng)、 沒(méi)有流量過(guò)剩，它 能將流量損失減到最小的程度。但是要實(shí)現(xiàn)流量適應(yīng)控制必須采用變量泵。 而變量泵的價(jià)格 高，裝載機(jī)的生產(chǎn)廠家為了占據(jù)市場(chǎng)， 就要降低成本，所以目前國(guó)內(nèi)的裝載機(jī)大部分的壓力 源采用的是定量齒輪泵。 定量泵具有簡(jiǎn)單、價(jià)廉、 可靠等許多優(yōu)

20、點(diǎn)，所以若能根據(jù)工況特點(diǎn) 采用簡(jiǎn)單措施合理利用其輸出能量，也能達(dá)到一定的節(jié)能效果。 4.1單工作泵系統(tǒng)分析 單工作泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理 下圖為裝載機(jī)單工作泵工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖， 目前裝載機(jī)的工作液壓系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方 式有幾種不同的類型， 但大部分只是多路閥的控制方式不同， 動(dòng)力源部分基本相同， 所以本 文就以下面的普通、常見(jiàn)的 50型裝載機(jī)液壓系統(tǒng)來(lái)做以分析。 動(dòng)臂液壓缸換向閥 3和轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥 4，用來(lái)控制轉(zhuǎn)斗液壓缸的和動(dòng)臂液壓缸的 運(yùn)動(dòng)方向，使鏟斗和動(dòng)臂能停在某一位置，并可以通過(guò)控制換向閥的開(kāi)度來(lái)獲得液壓缸的不 同速度。轉(zhuǎn)斗液壓缸換向閥是三位六通滑閥， 它可控制鏟斗前傾、 后

21、傾和固定在某一位置等 三個(gè)動(dòng)作；動(dòng)臂液壓缸換向閥是四位六通滑閥，它可控制動(dòng)臂上升、下降、 固定和浮動(dòng)等四 個(gè)動(dòng)作。動(dòng)臂浮動(dòng)位置可使裝載機(jī)在平地堆積作業(yè)時(shí)， 工作裝置能隨地面情況自由浮動(dòng)， 在 鏟掘礦石作業(yè)時(shí)可使鏟斗刃避開(kāi)大塊礦石進(jìn)行鏟掘，提高作業(yè)效率。 :f 1 2儒壓世:松-茂科液圧氛唏 6. 玄 誌油誓 9 AJ4即疋存曲疋定間 10.仃桿昵理作用蛋金需 11 無(wú)桿腔雙作用安全閥 9和有桿腔雙作用安全閥 10.它由過(guò)載閥和單向閥組成， 并聯(lián)裝在轉(zhuǎn)斗 液壓缸的回路上，過(guò)載閥一般壓力調(diào)定在，無(wú)桿腔雙作用安全閥為 16aMP，有桿腔雙作用 安全閥為8aMP其作用由三個(gè)：

22、 a） 當(dāng)轉(zhuǎn)斗液壓缸滑閥在中位時(shí)，轉(zhuǎn)斗液壓缸前后腔均閉死，如鏟斗受到額外沖擊載荷，引 起局部油路壓力劇升， 將導(dǎo)致?lián)Q向閥和液壓缸之間的元件、 管路的破壞。設(shè)置過(guò)載閥即能緩 沖該過(guò)載油壓。 b） 在動(dòng)臂升降過(guò)程中，使轉(zhuǎn)斗液壓缸自動(dòng)進(jìn)行泄油和補(bǔ)油。 裝載機(jī)連桿機(jī)構(gòu)上設(shè)有限位塊， 當(dāng)動(dòng)臂在升降至某一位置時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)的干涉現(xiàn)象。 例如動(dòng)臂在提升至某一位置 時(shí)，會(huì)迫使轉(zhuǎn)斗液壓缸的活塞桿向外拉出， 造成轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔壓力劇升， 可能損壞油圭寸和 油管，但由于有過(guò)載閥，可使困在液壓缸前腔中的油經(jīng)過(guò)過(guò)載閥泄出， 返回油箱。而同時(shí)后 腔容積增大，造成局部真空，緩沖補(bǔ)油閥中的單向閥隨即打開(kāi)

23、，向轉(zhuǎn)斗油缸后腔補(bǔ)油。 c） 裝載機(jī)在卸載時(shí)，能實(shí)現(xiàn)鏟斗靠自重快速下翻，并順勢(shì)撞擊限位塊，使斗內(nèi)剩料卸凈。 當(dāng)卸料時(shí)，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)斗。 當(dāng)鏟斗重心越過(guò)斗下鉸點(diǎn)后， 鏟斗在重力 作用下加速翻轉(zhuǎn)，但其速度受到液壓泵供油速度的限制， 由于緩沖補(bǔ)油閥中的單向閥及時(shí)向 轉(zhuǎn)斗液壓缸前腔補(bǔ)油，使鏟斗能快速下翻，撞擊限位塊，實(shí)現(xiàn)撞斗卸料。 單工作泵系統(tǒng)缺陷 從上面工作裝置液壓系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)可以看出， 當(dāng)動(dòng)臂和鏟斗處于限位或動(dòng)臂升降、 鏟 斗鏟掘遇到嚴(yán)重阻礙時(shí)，壓力會(huì)逐漸的升高，當(dāng)壓力超過(guò)動(dòng)臂和鏟斗的溢流閥調(diào)定的額定工 作壓力時(shí)，溢流閥打開(kāi)，油液通過(guò)溢流閥回油箱， 在這個(gè)過(guò)程中

24、損失大量的壓力能，這部分 壓力能最終要變成熱能，影響系統(tǒng)的熱平衡，這部分能量損失占裝載機(jī)液壓系統(tǒng)能量損失的 很大部分，因?yàn)樘幱谙到y(tǒng)安全的考慮，安全閥一定要存在系統(tǒng)當(dāng)中，并且系統(tǒng)保壓溢流也一 定要存在，但是通過(guò)溢流閥的油液過(guò)多，這是單泵系統(tǒng)的缺陷。由于裝載機(jī)的實(shí)際工作情況， 裝載機(jī)在鏟掘時(shí)，需要的是高壓小流量增加鏟掘力， 而鏟斗離開(kāi)料堆負(fù)載變小，所以升起的 過(guò)程中，需要低壓大流量增加上升的速度， 基于以上的工作特點(diǎn)就可以采用雙泵合分流系統(tǒng)， 盡量讓流量和系統(tǒng)的需要所匹配，減小系統(tǒng)的能量損失。 4.3改進(jìn)系統(tǒng)分析 改進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 下圖為針對(duì)原系統(tǒng)的缺陷改進(jìn)后的工作裝置結(jié)構(gòu)及原理圖

25、， 和原系統(tǒng)的主要差別是動(dòng)力 源部分，由原來(lái)的單泵改為兩個(gè)等排量的串聯(lián)泵。 從上圖可以看出，系統(tǒng)的由兩個(gè)等排量泵，通過(guò)單向閥 12和卸荷閥14合分流，除了 動(dòng)力源部分，其余的結(jié)構(gòu)和原理和原系統(tǒng)相同。系統(tǒng)中的卸荷閥 14卸荷壓力調(diào)定在 8aMP，當(dāng)裝載機(jī)進(jìn)行工作的時(shí)候， 主油路的壓力高于卸荷壓力調(diào)定在 8aMP時(shí)，泵13卸 荷回到油箱，當(dāng)壓力不足以開(kāi)啟卸荷壓力調(diào)定的壓力時(shí)，泵 13通過(guò)單向閥12和泵6合 流，給系統(tǒng)提供大的流量，當(dāng)系統(tǒng)合流時(shí)和原系統(tǒng)是等同的。 雙工作泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 由于針對(duì)單工作泵系統(tǒng)的缺陷做出系統(tǒng)改進(jìn)，顯然改進(jìn)后的系統(tǒng)自然是從減少能量損失 為出發(fā)點(diǎn)，從改

26、后系統(tǒng)的原理可以看出， 動(dòng)力源部分基本是通過(guò)雙泵的合分流， 來(lái)盡量達(dá)到 變量泵的效果，做到流量適應(yīng)控制，以減少不必要的損失。當(dāng)裝載機(jī)進(jìn)行鏟掘動(dòng)作時(shí)， 需要 大的壓力來(lái)提供鏟掘力， 并且在這個(gè)過(guò)程中，鏟斗的收放斗和動(dòng)臂的提升交替進(jìn)行， 并且速 度比較慢，顯然，這個(gè)過(guò)程中油缸的運(yùn)動(dòng)速度，不能使油缸全部吸收工作泵排出的油液，因 此系統(tǒng)的壓力升高，部分油液要從溢流閥回到油箱， 如果是原系統(tǒng)，那么工作泵的排出油液 大部分要從高壓溢流閥流走，而對(duì)于改進(jìn)后的系統(tǒng)，由于系統(tǒng)采用雙泵控制，并其中的一個(gè) 泵13聯(lián)有卸荷閥14,當(dāng)壓力超過(guò)卸荷閥的壓力時(shí)，卸荷閥 14打開(kāi)，泵13低壓卸荷回 到油箱。當(dāng)裝載機(jī)

27、工作過(guò)程中遇到嚴(yán)重阻力或限位時(shí)依然是一個(gè)泵卸荷，一個(gè)泵工作， 顯 然這些情況比原系統(tǒng)至少一半的流量通過(guò)溢流閥，因此少損失的很多的壓力能。 如圖4.4雙泵共同工作滿載工況動(dòng)臂上升時(shí)的壓力變化， 動(dòng)臂下腔壓力在鏟斗運(yùn)動(dòng)所 產(chǎn)生的慣性力作業(yè)下，經(jīng)過(guò)初期的壓力波動(dòng)后，壓力平穩(wěn)上升。這個(gè)過(guò)程兩個(gè)泵的壓力變化 一至，并且在上升過(guò)程中，兩個(gè)泵的壓力都在 8MPa以下，所以這也是把一個(gè)工作泵的卸 荷壓力調(diào)定在 8MPa的原因，如果卸荷壓力小于 8MPa那么就有可能在動(dòng)臂滿載上升過(guò)程 中一泵卸荷不能實(shí)現(xiàn)快速上升，如果壓力大于 8MPa，那么會(huì)有更多的壓力損失。在當(dāng)動(dòng) 臂達(dá)到頂點(diǎn)限位時(shí)，一個(gè)泵立刻卸荷，

28、壓力急劇下降，如圖虛線部分為卸荷泵壓力變化過(guò)程， 實(shí)線部分給系統(tǒng)提供壓力，頂端壓力為溢流閥開(kāi)啟的壓力，這個(gè)壓力在多路閥換向時(shí)下降。 :嚼寒工作空'"出.fii 1^2 L3 :礦瓦：d 2V）嗣土頻率OOSz 圖4.5為雙泵系統(tǒng)動(dòng)臂起升到極限位置，動(dòng)臂處于機(jī)械限位的狀態(tài)，動(dòng)臂下腔的壓力 急劇升高，當(dāng)壓力達(dá)到其中泵 13的卸荷壓力約 8MPa時(shí)，泵13的油液卸荷回到油箱， 如虛線所示，虛線部分的壓力為經(jīng)過(guò)卸荷閥的壓力，此時(shí)由泵 6單獨(dú)供油，當(dāng)壓力達(dá)到 18MPa附近時(shí)溢流閥開(kāi)啟，系統(tǒng)的壓力變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程取決于溢流閥的工作特性。從圖中 可以看出，一個(gè)泵的油液先卸荷不經(jīng)過(guò)溢流閥， 顯然

29、工作裝置在這種狀態(tài)下， 經(jīng)過(guò)溢流閥的 流量減少，即減少了很多的溢流損失。雙泵共同工作動(dòng)臂空載起升時(shí)壓力變化圖， 動(dòng)臂下腔 壓力在鏟斗運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力作業(yè)下， 經(jīng)過(guò)初期的壓力波動(dòng)后， 壓力平穩(wěn)上升，從圖中可 以看出，兩個(gè)泵在合流過(guò)程中的壓力變化平穩(wěn)且是一至的，壓力都小于 8MPa，此時(shí)是雙 泵大流量實(shí)現(xiàn)快速上升。 雙泵共同工作動(dòng)臂下降工況，動(dòng)臂上腔進(jìn)油， 下腔回油，兩個(gè)泵處 于合流狀態(tài)，并且從圖中可以看出，兩個(gè)泵輸出壓力變化的趨勢(shì)相同。 兩個(gè)系統(tǒng)流量比較分析 1）當(dāng)鏟斗掘料時(shí)：由裝載機(jī)的實(shí)際工作情況，多路閥的閥口處于全開(kāi)狀態(tài)也就是說(shuō) A1（x） =A2（x）并且，當(dāng)外負(fù)載F決定著

30、泵的輸出壓力 Pp，當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)處于掘料時(shí)， 外力F基本相等，Pp也基本相等。由公式 （4.2）和（4.4）知Q1原~ Q1改進(jìn)件5） 2 ）當(dāng)鏟斗離開(kāi)料堆時(shí)：由于改進(jìn)系統(tǒng)的兩個(gè)液壓泵的輸出流量總和和原系統(tǒng)的液壓泵的 輸出流量相等，所以兩個(gè)系統(tǒng)給液壓缸的輸入流量相等。 3） 當(dāng)處于頂端限位時(shí)： 原系統(tǒng)液壓泵輸出所有的油液全部溢流， 改進(jìn)系統(tǒng)處于分流狀態(tài)， 一個(gè)泵油液泄荷，一個(gè)泵油液全部溢流。 4） 當(dāng)動(dòng)臂下降時(shí)：動(dòng)臂下降的時(shí)候幾乎是靠自重降落的，此時(shí)原系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)的輸入 流量相等為Q。顯然，原系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)在不考慮系統(tǒng)泄露時(shí)， 鏟斗掘料過(guò)程給油缸的輸入 流量幾乎是相等的，當(dāng)鏟斗離開(kāi)料堆時(shí)給油缸的輸入流量也相等， 限位的時(shí)候，系統(tǒng)沒(méi)有輸 入，動(dòng)臂下落的時(shí)候，兩個(gè)系統(tǒng)輸入流量相等，因?yàn)榱髁繘Q定著油缸動(dòng)作速度，原系統(tǒng)裝載 機(jī)的工作過(guò)程中速度是穩(wěn)定的， 所以改進(jìn)后的雙泵合流系統(tǒng)的速度也是穩(wěn)定的。 改后的系統(tǒng)， 裝載機(jī)從掘料一離開(kāi)料堆升起一頂端限位一下降一掘料， 在這個(gè)過(guò)程中，雙泵系統(tǒng)完成分流 —合流一分流一合流一分流。雖然在分流和合流的瞬時(shí)流量是變化的， 但是從上面分析可以 看出，它不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。綜合以上分析說(shuō)明，改進(jìn)后的系統(tǒng)是穩(wěn)定的。