挖掘机液压系统挖掘机液压系统帕斯卡原理帕斯卡原理 液体不可压缩 处于密闭容器内的 液体对施加于它表 面的压力向各个方 向等值传递。 速度的传递按“容积 变化相等”的原则。 液体的压力由外载 荷建立。认为泵一 出油就有压力是错 误的。 能量守恒。重物充满油面积小面积大力压力力压力 面积面积 速度流量速度流量 面积面积 功率速度功率速度 力力液压系统原理图常用线型和符号液压系统原理图常用线型和符号1. 粗实线：主管路和主油道。 2. 虚线：控制管路和控制油道。 3. 双点划线：部件组成，它一般是 封闭的。 4. 油路接通与否：有3种方式表达。 圆点与交叉；交叉与小圆弧 ；圆点与小圆弧 5. 符号：P泵压力油A、B油缸或马达的工作油口O、T、Dr油箱差动原理差动原理差动阀杆差动油缸双作用油缸S1S2F弹簧PP阀杆受力平衡方程：阀杆受力平衡方程： PS1PS1P S2 P S2 F F弹簧弹簧 PP（ S1S1 S2 S2 ） F F弹簧弹簧液压系统的基本组成液压系统的基本组成 液压泵：将机械能转换为液体压力能。 执行元件：将液体压力能转换为机械能 。例如油缸、油马达等。 控制调节装置：各种阀。大致有压力控压力控 制阀、流量控制阀、方向控制阀制阀、流量控制阀、方向控制阀等。 辅助装置：油箱、过滤器、管路、接头 、密封、冷却器、蓄能器等等。液压泵液压泵齿轮泵齿轮泵吸油：封闭的容积总是处于不断增大的状态 排油：封闭的容积总是处于不断减小的状态液压泵与液压 马达原理上是 可逆的，但结 构略有不同。液压泵液压泵轴向柱塞泵轴向柱塞泵液压控制阀液压控制阀 流量控制阀 压力控制阀 方向控制阀流量控制阀流量控制阀 主要控制流过管路的流量，通过 对流量的控制还可以对回路的压 力产生一定影响。注意节流会产 生损失。 节流阀（阻尼孔）节节 流流 阀阀使液压油通过小孔、缝隙、窄槽等结构元素后流 量减小并产生压力降P（阻尼） 。注意流动的 液压油才具有上述性质。如果液压油是静止状态 ，则根据连通器原理，前后的压力是相等的。P前P后P=PP=P前前P P后后压力控制阀压力控制阀 安全阀限制系统最高压力，保护系统元 件不被高压损坏。 直动式：中低压系统 先导式：高压系统 过载阀：限制封闭管路最高压力。 减压阀一个泵同时供给两个以上压力不 同的回路。 直动式：中低压系统 先导式：高压系统直动式安全阀直动式安全阀弹簧比较硬先导式安全阀先导式安全阀液压油通过节流孔 时，在节流孔的前 后产生压力差P P=PP=PP P 弹簧很软弹簧比较硬KAWASAKIKAWASAKI先导泵安全阀先导泵安全阀直动式减压阀直动式减压阀液压油通过缝隙 产生压力降P P PC C=P=PA A P P保持出口压力 稳定的措施先导式减压阀先导式减压阀原理与先导式安全阀类 似，用于高压系统。缝隙方向控制阀方向控制阀 主要控制方向，还可以利用阀的开度适度控 制回路的流量和压力。 单向阀：只允许液压油单方向通过。 选择阀：根据回路中压力的高低自动选择液 压油通过的方向。 截止阀：一个位置封闭，另一个位置通过。 液压控制换向（液压先导控制） 电磁阀控制换向 二通插装阀单向阀单向阀选择阀（梭阀）选择阀（梭阀）A1A2液控换向阀液控换向阀先导泵 来油先导泵 回油回位弹簧电磁阀电磁阀二二 通通 插插 装装 阀阀方方 向向 控控 制制 回回 路路AB二通插装阀单向锁定二通插装阀单向锁定无 控 制 油 压abcdefgA B A B ，通；通；B AB A单向锁定不通。单向锁定不通。 锁定油路：锁定油路：B a b c d e f gB a b c d e f gKAWASAKIKAWASAKIABB B A解锁解锁有 控 制 油 压abcde fgB A解锁：c口封闭， B a b 与g不通 g f e d 环槽i h油箱 hiKAWASAKIKAWASAKI无控制油压AB单向阀A B，通； B A单向锁定，不通。二通插装阀单向锁定二通插装阀单向锁定B B A解锁解锁 通道被阀杆遮断有控制油压该腔内的油被引回油箱AB液压蓄能器液压蓄能器膜片充满氮气原理：气体被压 缩后储存能量。 作用：吸收液压 振动和冲击并且 可以作为应急能 源使用。液压回路的串联液压回路的串联 串联：多路换向 阀中上一个阀的 回油为下一个阀 的进油。液压泵 的工作压力是同 时工作的执行元 件的总和，这种 油路可以做复合 动作，但是克服 外载荷的能力比 较差。液压回路的并联液压回路的并联 并联：多路换向阀 中各换向阀的进油 口都与泵的出油路 相连，各回油口都 与油箱相连。这种 油路克服外载荷的 能力比较强，但是 几个执行元件同时 工作时负载小的先 动，负载大的后动 ，复合动作不协调 。液压回路的合流液压回路的合流 合流：一般用于 双泵和多泵系统 中。用合流阀或 者使两个回路中 相应的换向阀同 时动作，让两个 泵同时向一个执 行元件供油以提 高该执行元件的 运动速度。主控阀杆合流阀杆泵1泵2挖掘机的液压系统挖掘机的液压系统 压力P（单位Mpa，兆帕）泵的输出压力由负载决定。负载压力 ，负载压力。安全阀限制最高压力。 排量q （单位ml/r，毫升/转）泵每转一周所排出的液压油的体积。排 量不可变的泵叫定量泵；排量可变的泵 叫变量泵。液压泵的基本性能参数液压泵的基本性能参数 流量Q（单位L/min，升/分钟）单位时间内输出液压油的体积。Q=qn（不考虑单位转换系数，下同）其中n是泵的转速，单位rpm，转/分钟 泵的功率N（单位Kw，千瓦）N=PQ液压泵的基本性能参数液压泵的基本性能参数 排量q（单位ml/r，毫升/转）液压马达每转一周所排出液体的体积。排量不 可变的叫定量马达，排量可变的叫变量马达 。 输出扭矩M（单位NM，牛米）M=P q 其中P为马达进出口压力差， 为马达的机 械效率。 输出转速n（单位rpm，转/分钟）n=Q /q 其中为马达的容积效率。液压马达的基本性能参数液压马达的基本性能参数液压柱塞泵和柱塞马达的变量液压柱塞泵和柱塞马达的变量变量泵变量马达液压系统的伺服控制液压系统的伺服控制液压泵液压泵控制阀控制阀液压缸液压缸输入输入输出输出误差误差反馈反馈 是一个位置跟踪装置，液压缸缸体位置始终跟 随阀杆。所以伺服控制系统又叫随动系统、跟 踪系统。 是一个力的放大装置。移动阀杆的力很小，液 压缸的推力却可以很大。必须有外部能源（液 压泵）。工作特点工作特点 系统工作时阀杆必须先有一定的开口度，就 是说缸体的移动必须落后于阀杆，或者说输 出始终落后于输入，这个称为系统的误差。 没有误差就没有动作，而动作又力图消除误 差。伺服控制系统就是这样由不平衡（有误 差）到平衡（消除误差），再由平衡到不平 衡地连续工作。工作特点工作特点 阀杆不仅起到控制液压缸的流量、压力和方向的作用， 而且还起到将系统的输出和输入信号加以比较以定出它 们之间误差的测量元件的作用，这种作用成为反馈。使 输入与输出的误差增大是正反馈；使输入与输出的误差 减小以致消除是负反馈。反馈是伺服控制系统的根本特反馈是伺服控制系统的根本特 征。征。这个例子的反馈是机械连接、闭式负反馈系统。闭式负反馈系统。反 馈可以是机械、电气、液压、气动或它们的组合。工作特点工作特点液压伺服控制系统的应用示例液压伺服控制系统的应用示例PO阀杆控制方式：手控、液控、电控或者它们的组合泵调节器液压恒功率液压恒功率 控制（单台泵）控制（单台泵） 泵调节器泵调节器 系统压力与弹簧力成正 比，与系统流量成反比 。起调压力p0弹簧预 紧力油压作用面积液压恒功率控制（单台泵）液压恒功率控制（单台泵）在这里，可以任意 增加阀杆的控制： 液控、电控或者它 们之间的组合，拓 展恒功率变量泵的 控制功能。负反馈当泵的转速发生 变化时，泵的恒功 率曲线也发生变化 。即随着泵转速的 下降，其流量和功 率也都下降。PQ转速高转速高 泵功率大泵功率大转速低转速低 泵流量和泵流量和 功率都小功率都小泵的恒功率曲线随转速变化规律泵的恒功率曲线随转速变化规律当泵的起调压 力发生变化时， 泵的恒功率曲线 也发生变化。即 随着泵起调压力 的下降，其功率 也下降。 PQ起调压力高 泵的功率大起调压力低 泵的功率小泵的恒功率曲线随起调压力变化规律泵的恒功率曲线随起调压力变化规律该点取决于第二根 弹簧何时进入工作状态 泵调节器是一种液压伺服控制机构，它至少要有两根 弹簧，构成两条直线段，在压力-流量图上形成近似 的恒功率曲线。 调节弹簧的预紧力可以调节泵的起始压力调定点压力 p0（简称起调压力），调节起调压力就可以调节泵的 功率。起调压力高，泵的功率大；起调压力低，泵的 功率小。因此恒功率变量又叫做压力补偿变量。 只有当系统压力大于泵的起调压力时才能进入恒功率 调节区段，发动机的功率才能得到充分利用。压力与 流量的变化为：压力升高，流量减小；压力降低，流 量增大。维持：流量压力=功率不变。 当泵的转速发生变化时，泵的流量（功率）也变化。液压恒功率控制要点液压恒功率控制要点液压伺服控制系统的应用示例液压伺服控制系统的应用示例PO液控阀杆如果这里设置双弹簧，就是液压 系统的恒功率控制的具体应用液压全功率控制液压全功率控制 （两台泵液压交叉控制）（两台泵液压交叉控制） P= P1P2液压交叉控制两个小活塞 的面积相等液压全功率控制要点液压全功率控制要点 具有单泵恒功率调节的特点。 两台泵相同，泵调节器也完全一样，两台泵输出的流 量相等，即Q1=Q2；但是压力可以不同，即P1P2，那 么两台泵的输出功率也就不同。有时一台泵功率很大 ，而另一台泵功率很小。 两台泵的功率总和始终保持恒定，不超过发动机的额 定功率。 全功率变量不是根据P1和P2的单数值，而是根据两台 泵的工作压力之和 P= P1P2来进行流量调节，只有 当 P= P1P2 2 p0时进入全功率调节区域，才能充 分利用发动机的功率。泵的负流量控制泵的负流量控制换向阀中位 回油道上有 节流孔，油 通过这个节 流孔产生压 差。将节流 孔前的压力 引到泵变量 机构来控制 泵的排量。泵泵 的的 负负 流流 量量 控控 制制 负流量控制全功率控制泵的压力切断控制泵的压力切断控制 泵输出压力在设定值 以上时，使泵的流量 自动减小，进行压力 切断控制，主要目的 是进一步减小高压溢 流损失。PQ无压力切断控制压力切断控制Q大 Q小顺序阀泵调节器结构泵调节器结构 原理原理 （KAWASAKIKAWASAKI）伺服阀杆伺服油缸反馈连杆驱动连杆负流量控制阀杆液压交叉和电控阀杆伺服阀杆伺服油缸反馈连杆驱动连杆负流量控制阀杆液压交叉和电控阀杆调节器杠杆机构原理图调节器杠杆机构原理图与壳体固定铰接点液压交叉和电控 压力阀杆伺服阀杆大圆孔 圆柱销负反馈阀杆到位后固定不动连接伺服油缸摇杆导杆 滑块支点伺服油缸的移动而带动液压系统全功率控制液压系统全功率控制 发动机与泵的功率匹配发动机与泵的功率匹配 发动机最高空转转速：额定转速调速率（ 1.081.10）。 一般情况下带动较大载荷后转速降低150 200rpm。 发动机的飞轮功率：扣除发动机各种附件后 飞轮净输出功率。 预留发动机的功率储备：避免发动机遇到大 的载荷时严重降速甚至熄火。 泵的功率设定：发动机飞轮功率 88 92% 。发发 动动 机机 的的 功功 率率扭矩功率油耗扭扭 矩矩 和和 油油 耗耗转速挖掘机液压系统