液压挖掘机液压系统概论

【摘要】本文从对液压挖掘机液压系统组成的概述入手，对液压挖掘机液压系统的基本要求及液压系统的基本类型与特点进行了分析和探讨，希望能够起到抛砖引玉的作用。

【关键词】液压挖掘机；液压系统；概论

挖掘机和液压传动紧密地联系在一起的，所谓挖掘机主要是指液压挖掘机，液压技术是挖掘机的技术基础。由于挖掘机对液压技术提出了很高的要求，液压传动很多的先进技术体现在挖掘机上，从而极大推动了液压技术的发展，液压挖掘机是一个很大家族，目前向小型化和大型化两个方向发展，从而促使液压元件的高压化、小型化和大型化。

1液压挖掘机液压系统的构成

按照液压挖掘机工作装置、上车回转机构及下车行走机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。一套完整的挖掘机液压系统同样由五个部分组成，即动力元件（液压泵）、执行元件（马达、油缸）、控制元件（液压多路阀）、辅助元件和液压油，其功能是以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件再将液压能再转变为机械能，实现挖掘机的各种动作。

2液压挖掘机对液压系统的基本要求

液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向，负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的基本要求。①挖掘机作为生产设备，工作时间长，能量消耗大，要求液压系统效率高，节能降低能耗和排放，使总发热量小，液压油温不要太高，因此对各液压元件和管路都要求降低能耗，以充分发挥发动机的动力性和燃油经济性。②液压系统和液压元件在大负载和剧烈振动冲击作用下，应具有足够的可靠性和耐久性。③由于液压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，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。④挖掘机技术通常采用液压先导或电液伺服操纵装置，提高液压挖掘机操作的舒适性，减轻操作人员的劳动强度。个别微型挖掘机操控也采用机械式操纵装置。⑤在液压系统中采用先进的自动控制技术，提高液压挖掘机的技术性能指标，使液压挖掘机具有节能、高效和自动适应负载变化的特点等。⑥挖掘机作业需各液压作用元件单独动作，但更多情况下要求各作用元件互相配合实现复合动作，而且动臂、斗杆、铲斗、回转和行走之间几乎都要复合动作，复合动作范围广，形式多样复杂，同时要求复合动作时有良好的复合操纵性能，能合理地分配共同动作时各液压作用元件的流量和功率。为了实现这些要求液压系统必须采用各种措施，因此挖掘机液压系统比较复杂。

3液压挖掘机液压系统的基本类型与特点分析

随着技术进步及全球经济一体化的迅速发展，液压挖掘机所用液压元件逐步实现了标准化、系列化，其规格、品种、质量、性能都有了很大提高，一些专业的液压件厂家能够为液压挖掘机的设计制造提供系列化的配套元件。微电子技术、液压伺服技术以及新材料、新工艺的发展和应用，使应用于液压挖掘机的液压元件及液压系统的性能和质量得到了显著改善，控制功能不断增强，从而使现代液压挖掘机发展成为具有完善自动控制功能的土石方施工机械。下面简单介绍应用于液压挖掘机的各种基本液压系统。

3.1液压挖掘机定量系统

液压挖掘机定量系统采用定量泵为液压系统提供压力油。系统中泵的输出流量恒定，不能随外负荷的变化而使流量做相应的变化。液压挖掘机在作业过程中，外负载是随作业工况不断变化的，发动机功率只能按最大负载压力和作业速度来确定。一般情况下，单泵定量系统的平均负荷为最大负荷的60%左右，所以发动机的功率平均只用了约60%。因流量恒定，当负荷发生变化时，不能通过改变流量来改变作业速度。为了获得不同的作业速度，常依靠多路阀来进行节流调节，其结果是发热量大，功率浪费严重。

3.2液压挖掘机变量系统

20世纪60年代，液压挖掘机上开始应用恒功率变量泵，其目的是既能充分利用发动机功率，又不会使发动机过载。采用恒功率变量泵与定量马达等组成变量系统，一般为双泵双回路系统，它能随负载变化而自动改变液压泵的流量，使发动机经常接近于其设计功率工作。随着液压技术的发展，针对挖掘机作业循环中的各种动作，以提高复合动作的准确性为目的，将恒功率控制原理应用于双泵系统，可以组合成分功率调节系统、全功率调节系统和交叉功率调节系统等，其功能各有所长。简述如下：

全功率液压泵中，双泵排量靠机械或液压机构保持一致，任何情况下双泵流量都相同。其优点在于：第一，能够在一定条件下充分利用发动机功率；第二，两个泵各自都能够吸收100%的发动机功率，提高了工作装置的作业能力；第三，结构简单。由于以上特点，全功率液压泵曾经在挖掘机上得到大量应用。但由于其本身的结构特点，全功率系统不可避免地存在功率损失，因此目前的大中型挖掘机已经基本上不采用。

分功率系统只是简单地将两个恒功率液压泵组合在一起，每一个液压泵最多吸收50%的发动机额定功率。这种系统的优点在于，两个泵的流量可以根据各自回路的负载单独变化，对负载的适应性优于全功率系统。其主要缺点在于，由于每个泵最多只能吸收50%的发动机功率，而当其中一个泵工作于起调压力之下时，另外一个泵却不能吸收这空余出来的功率，使发动机功率得不到充分利用，从而限制了挖掘机的工作能力，因此这种系统在大中型挖掘机上也基本上被淘汰。

针对全功率系统和分功率系统所存在的不足，国外一些液压件生产商开发了交叉功率传感双泵系统，这种系统既能像全功率系统那样充分利用发动机功率，又能像分功率系统那样根据每一个泵的负载状况调整输出流量。

3.3液压挖掘机系统控制方式

单纯的泵控系统能使挖掘机具有更高的液压效率，但出于成本和结构方面的考虑，不可

能为每一个执行机构都配备一个单独的液压泵。由于必须采用多个执行机构共用一个液压泵的方案，因此需要用阀控系统控制多个执行机构间的流量分配。另外，阀控系统的响应速度远高于泵控系统，有利于挖掘机的操作。在现代挖掘机中，多采用将泵控和阀控结合起来的方法，在保留了阀控系统优点的同时，使液压效率得到大幅度提高。根据多路阀的形式，将泵控和阀控结合起来的控制方法有多种，目前最常用的有负流量控制、正流量控制、负荷传感控制。这些技术发展到今天，已经成熟地应用于挖掘机液压系统中，但是随着技术进步的需求，仍然有许多值得改进的地方。

4结束语

液压系统设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定性的作用。同样的元件，若系统设计的不同，则机器的性能差异很大。随着工程机械特别是挖掘机行业井喷式发展时期的结束，用户对机器的性能要求将更加苛刻，关注工作效率的同时，用户对燃油经济性、操控舒适性的要求越来越高，因此，作为液压元件应用性企业或科研机构，弄清所选元件的设计结构及原理，分析和研究各种液压系统，在设计之初明确机器关键的目标特性，从而使液压件在系统设计应用时充分发挥功能，也可以通过各种方式消除部分元器件对机器目标特性有影响的薄弱环节。

参考文献：

[1]刘延俊主编，液压与气压传动，清华大学出版社，2010（12）.

[2]同济大学主编，单斗液压挖掘机，中国建筑工业出版社.