小型挖掘机液压控制系统设计

（郑州华信学院，郑州 451100）

摘要： 小型液压挖掘机主要用于城市等狭窄地区，代替人力劳动。由于小型挖掘机的工作空间小、作业地形复杂、操作方便、可控性要求高，这就要求小型挖掘机具有良好的复合动作、精简的液压系统以及可靠的系统性能。

关键词： 挖掘机；液压系统；集成块；液压站

0引言

单斗挖掘机的动作繁复，主要机构经常启动、制动，换向，外负荷变化很大，冲击和振动多，而且野外工作，温度和环境变化大，所以对液压系统的要求是多方面的。对挖掘机的工况进行仔细分析，掌握其运动规律，从液压系统的基本回路着手，初步绘制系统原理图，对集成块、集成块装配、液压站进行设计，才能保证所设计出的液压系统性能可靠，实现预期功能。

1单斗液压挖掘机的作业过程

单斗液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作：动臂升降、斗杆收放、铲斗装卸、转台回转、整机行走，以及其他辅助动作。除辅助动作（包括轮式挖掘机的支腿收放、整机转向等）不需全功率驱动以外，其他都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。

单斗液压挖掘机一个作业循环的组成和动作的复合，包括：挖掘、满斗回转、卸载、返回。

2液压系统原理图设计

挖掘机的液压系统也是由许多基本回路构成，包括限压回路、卸荷回路、缓冲回路、行走限速回路、直线行走回路、节流调速和节流限速、回转优先回路等。将这些回路通过串并联，再添加一些辅助回路，就能构成复杂的挖掘机液压系统。

2.1 限压回路限压回路用来限制系统的工作压力，使其不超过某一调定值。限压的目的是：

2.1.1 限制系统的最大压力，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；

2.1.2 根据工作需要，使系统中某部分压力保持在定值，或不超过某值，通常用溢流阀来实现。

如图1所示先导溢流阀设置在主油泵出油口附近，溢流阀限制了系统的最高工作压力。另外单斗液压挖掘机执行元件的进油和回油回路上也成对地并联限压阀，即二次溢流阀。二次溢流阀有效的限制了液压缸、液压马达在闭锁状态下的最大闭锁压力，这种限压阀实际上起了卸荷阀的作用。

2.2 卸荷回路卸荷回路常采用液压泵以最低压力进行空转的卸荷方式。根据回路组合形式，有换向阀中位卸荷和穿越换向阀卸荷两种方式。

本设计采用穿越换向阀卸荷方式卸荷，如图1所示，液压泵输出流量流经三位六通阀的中心旁路，当换向阀未得到动作信号时，液压油经中心旁路，再经过回油过滤器流回油箱；当换向阀得到动作信号时，中心旁路被阻断，另外两个常闭的管路导通，液压油流入执行元件，执行元件动作。

2.3 缓冲回路单斗液压挖掘机满斗回转时，由于上车转动惯量很大，再启动、制动和突然换向时，引起很大的液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车，液压冲击极大，所以在挖掘机回转机构的回路上通常设有缓冲阀。回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路。回转缓冲回路如图2所示。

2.4 节流调速和节流限速回路节流调速是利用节流阀的可变通流截面来改变流量，进行调速，这种调速方式结构简单，能获得稳定的低速。根据其安装位置，有进油节流调速和回油节流调速两种。

单斗液压挖掘机的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上装上单向节流阀，形成节流限速回路。例如，为防止动臂因自重降落速度太快而有危险，其大腔回路上装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀，使动臂下降速度受节流控制。如图3所示。

2.5 行走限速回路履带式液压挖掘机下坡行驶时因自重加速，可能导致超速溜坡事故，发生危险，此时，行走马达超速运转，发生吸空现象，甚至损坏。因此，履带行走装置必须考虑行走液压马达的限速和补油，使马达转速控制在安全容许范围以内。

行走限速回路的工作原理为：按图4假定，通入高压油后阀二在高压油的作用下，阀芯二向上移动，高压油路的部分由经阀一流去，同时也使阀一的阀芯向下移动，部分高压油经阀一流入液压缸，使行走马达开启，挖掘机开始行走，若挖掘机出现超速溜坡现象将导致原来的高压油道产生吸空，压力减小，出现回油腔压力大于压力油腔的现象，此时阀二的阀芯在弹簧力的作用下将向下运动，恢复至中位，阀一也将因此闭合，失去压力油的液压缸也在弹簧力的作用下活塞向左运动，使行走马达制动，同时阀三的阀芯向下运动，回油腔的液压油沿管路1、2、3、4、5向压力油腔补油。消除吸空现象。

3液压装置结构设计

3.1 集成块的设计集成块的空隙结构复杂，设计者经验的多寡对于设计的成败及质量的优劣有很大影响，在综合了大量参考资料后，按照如下步骤完成了集成块的设计：

3.1.1 确定公用油道孔的数目。设计的公用油道数目为两条，一条为总进油管，另一条为总回油管。

3.1.2 制作液压元件样板。可按照液压阀的轮廓尺寸及油口位置预先制作元件样本，放在集成块的有关视图上，安排合适的位置。但由于条件的限制，采用catia三维制图软件做出液压元件的3D模型来实现。

3.1.3 确定孔道直径及通油孔间壁厚。与阀的油口相通孔道的直径，应与液压阀的油口直径相同，制作过程中出现的工艺孔应用螺塞或球胀堵堵死，固定液压阀的定位销孔的直径和螺钉孔的直径，应与所选定液压阀的定位销直径及配合要求与螺钉孔的螺纹直径相同。

需要集成的液压元件原理图，如图5所示。

3.2 油箱的设计液压系统设置有冷却器时，液压油箱的设计，可按下述方法进行，其中：Vmin为下游位时油箱容量：Vmax为上油位时油箱容量，Vt为液压油箱总容量，如图6所示。

参考文献：

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[2]姜继海.液驱及电动混合动力在挖掘机的运用.建筑机械技术与管理，2010，（10）：72-74.

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