液压挖掘机作为类快速高效的施工机械愈来愈被人们所认识。 据统计，国内主要家主要挖掘机制造公司年挖掘机市场总计销售各级别挖掘机约 ,台，同比年大幅增长，再次创造中国挖掘机年度销量记录。 挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者相互促进，方面，液压技术是现代挖掘机 的技术基础，另方面，挖掘机的发展又促进了液压技术的提高。挖掘机的液压系统复杂， 其性能的优劣决定着挖掘工作性能的高低，可以说目前液压传动的许多先进技术都体现在 挖掘机上。近年来，有关挖掘机液压系统方面的文献并不少见，但文献的内容大多针对 专题进行研究，系统地论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究挖掘机液 压系统具有重要的现实意义和理论意义。 挖掘机及其液压技术概述 挖掘机的发展史可追溯到世纪三四十年代。美国实施西部大开发工程催生了以蒸 汽机作为动力，模仿人体大臂小臂和手腕构造，能行走和扭腰的挖掘机。随后的百多 年中，挖掘机并没有得到很大发展，其原因是当时的工程主要是国土开发大规模的筑 路和整修场地等，平面作业较多，使铲土运输机械成为当时的主力机种，二是挖掘机作业 装置动作多运动范围大采用多自由度机构，机械传动难以适应这些要求，而当时的液 压技术还不成熟，不能大规模地应用到实际工业中。随着社会的不断进步，工程建设和施 工形式逐渐向土木施工方向发展，同时液压技术也逐步得以完善，这些因素的变化反过来 又促进挖掘机的不断更新换代。世纪年代有了在拖拉机上配装液压铲的悬挂式挖 掘机，年代初期和中期相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机，年 代，当液压传动技术成为成熟的传动技术时，液压挖掘机进入了推广和蓬勃发展吉阶段， 各国挖掘机制造厂和品种增加很快见表，产量猛增。年间液压挖掘机 产量已占挖掘机总产量的，目前已接近，所谓挖掘机在现代主要是指液压挖掘 机，机械式挖掘机已很少见，液压传动技术为挖掘机的发展提供了强有力的技术支撑。 液压传动是挖掘机的重要组成部分之，目前常用的传动方式有机械传动电力传动 和流体传动。流体传动包括液体传动和气体传动，液体传动又分为液压传动和液力传动。 所谓液压传动是指在密闭的回路中，利用液体的压力能来进行能量的转换传递和分配的福州大学至诚学院本科生毕业设计论文 液体传动。在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动传动和控制，如 操纵车辆转向和制动，控制和驱动飞机机床工程机械农业机械采矿机械食品机 械和医疗机械等 年法国帕斯卡提出的封闭静止流体中压力传递的帕斯卡原理成为液压传动的理 论基础，此后液压传动理论不断得以丰富和完善，如年牛顿揭示了粘性流体的内磨 擦定律，世纪建立了流体力学的两个重要方程连续性方程和伯努利方程。丰富的理 论和实践的需要促进了液体应用技术和成果的不断涌现。年英国人约瑟夫步拉默发 明了世界上第台水压机随后出现在英国的工业革命促进了液压技术的迅速发展到 年液压传动技术已经被用来驱动各种液压设备，如液压机起重机绞车挤压机 剪切机和铆接机等年，世界上出现了第台轴向柱塞泵年及年海 勒肖及汉斯托马斯研制出用油作工作介质的径向柱塞泵第套由泵﹑控制阀和 执行元件组成的集成液压系统在美国诞生年哈里威克斯又发明了先导式液流阀。 第二次世界大战之后，美国麻省理工学院的布莱克本李诗颖等人对液压伺服控制问题作 了深入的研究，于年制造了喷嘴挡板型电液伺服阀世纪六十年代末，电液比 例阀应运而生年代后期，德美等国相继研制成负载敏感泵及大功率电磁阀近年来， 为适应机电体化控制柔性化和计算机集中控制的要求，液压系统的研究已由手动控制 转向数字控制和信号控制。目前液压技术的研究和发展动向主要体现在以下几个方面 提高效率，降低能耗。提高技术性能和控制性能。发展集成复合小型化轻 量化元件。开展液压系统自动控制技术方面的研究与开发。加强以提高安全性和 环境保护为目的研究开发。提高液压元件和系统的工作可靠性。标准化和多样化。 开展液压系统设计理论和系统性能分析研究。 国内外研究现状 我国挖掘机生产起步较晚，从年抚上。随着对挖掘机的工作效率节能环 保操作轻便安全舒适可靠耐用等方面性能要求的提高，机电体化技术在挖掘机上 得以广泛应用，并使其各种性能有了质的飞跃。世纪年代，以微电子技术为核心福州大学至诚学院本科生毕业设计论文 的高新技术，特别是微机微处理器传感器和检测仪表在挖掘机上的应用，推动了电子 控制技术在挖掘机上应用和推广，并已成为挖掘机现代化的重要标志，亦即目前先进的挖 掘机上设有发动机自动怠速及油门控制系统功率优化系统工作模式控制系统监控系 统等电控系统。所有这切，都是挖掘机的全液压化奠定的基础并为挖掘机的全面发展创 造了美好的前景。 重视采用新技术新工艺新结构，加快标准化系列化通用化发展速度。 例如美国林肯贝尔特公司新系列型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统， 可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费，还安装了计算机辅助功率系统，提高 了挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能日本住友公司生产的系列五种新 型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减 少燃油发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命德国奥加凯 公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率日本神钢 公司在新型的型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的 驾驶员也能进行复杂的作业操作德国利勃海尔公司开发了电子控制作业的操纵 装置，可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率低油耗的效果美国卡特 匹勒公司在新型系统挖掘机上采用最新的型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统 功率方式选择器等，进步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在型 挖掘机上采用了即电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所 吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样 既充分利用了发动机的功率提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。 小型液压挖掘机液压系统的设计 挖掘机液压系统概述 挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求 按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来 就组成个挖掘机液压系统。它是以油液为工作介质利用液压泵将发元件将液压能转变 为机械能，进而实现挖掘机的各种动作。按照不同的功能可将挖掘机液压系统分为三个基 本部分工作装置系统，回转系统行走系统。挖掘机的工作装置主要由动臂斗杆铲 斗及相应的液压缸组成，它包括动臂斗杆铲斗三个液压回路。回转装置的功能是将工 作装置和上部转台向左或向右回转，以便进行挖掘和卸料，完成该动作的液压元件是回转 马达。回转系统工作时必须满足如下条件回转迅速起动和制动无冲击振动和摇摆， 与其它机构同时动作时，能合理地分配去各机构的流量。行走装置的作用是支撑挖掘机的 整机质量并完成行走任务，多采用履带式和轮胎式机构，所用的液压元件主要是行走马达。 行走系统的设计要考虑直线行驶问题，即在挖掘机行走过程中，如果工作装置动作， 不至于造成挖掘机发生行走偏转现象。 挖掘机的动作复杂，主要机构经常启动制动换向，负载变化大，冲击和振动频繁， 而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此挖掘机的液压系统应满足如下要求 要保证挖掘机动臂斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合 动作。 工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能复合动作，以提高挖掘机的 生产率。 履带式挖掘机的左右履带分别驱动，使挖掘机行走方便转向灵活，并且可 就地转向，以提高挖掘机的灵活性。 保证挖掘机的切动作可逆，且无级变速。 保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件液压缸液压马达等有良好的过 载保护回转机构和行走装置有可靠的制动和限速防止动臂因自重而快速下降和整机超 速溜坡。 为此，液压系统应做到 有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。 液压系统和液压元件在变化大的负载急剧的振动作用下，具有足够的可靠性。 设置轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时的液压油温不 超过，或温升不超过。 由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要 好，液压元件对油液污染的敏感性要低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。福州大学至诚学院本科生毕业设计论文 采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘 机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。 挖掘机液压系统的基本动作分析 挖掘。通常以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别进行单独挖掘，或者两者配合进行 挖掘。在挖掘过程中主要是铲斗和斗杆有复合动作，必要时配以动臂动作。 满斗举升回转。挖掘结束后，动臂缸将动臂顶起满斗提升，同时回转液压马 达使转台转向卸土处，此时主要是动臂和回转的复合动作。动臂举升和臂和铲斗自动举升 到正确的卸载高度。由于卸载所需回转角度不同，随挖掘机相对自卸车的位置而变，因此 动臂举升速度和回转速度相对关系应该是可调整的，若卸载回转角度大，则要求回转速度 快些，而动臂举升速度慢些。 卸载。回转至卸土位置时，转台制动，用斗杆调节卸载半径和卸载高度，用铲 斗缸卸载。为了调整卸载位置，还需动臂配合动作。卸载时，主要是斗杆和铲斗复合作用， 兼以动臂动作。 空斗返回。卸载结束后，转台反向回转，同时动臂缸和斗杆缸相互配合动作， 把空斗放到新的挖掘点，此工况是回转动臂和斗杆复合动作。由于动臂下降有重力作 用压力低泵的流量大下降快，要求回转速度快，因此该工况的供油情况通常是个 泵全部流量供回转，另泵大部分油供动臂，少部分油经节流供斗杆。 挖掘机液压系统的基本回路分析 基本回路是由个或几个液压元件组成能够完成特定的单功能的典型回路，它是 液压系统的组成单元。液压挖掘机液压系统中基本回路有限压回路卸荷回路缓冲回路 节流回路行走回路合流回路再生回路闭锁回路操纵回路等。 限压回路 限压回路用来限制压力，使其不超过调定值。限压的目的有两个是限制系统 的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵 出油口附近二是根据工作需要，使系统中部分压力保持定值或不超过值，通常用溢 流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此溢流 阀是常开的。 液压挖掘机执行元件的进油和回油路上常成对地并联有限压阀，限制液压缸液压马 达在闭锁状态下的最大闭锁压力，超过此压力时限压阀打开卸载保护了液压元件和管路 免