挖掘機的工作原理.doc

挖掘機的工作原理液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。 液壓挖掘機一般由工作裝置、回轉(zhuǎn)裝置和行走裝置三大部分組成。根據(jù)其構(gòu)造和用途可以區(qū)分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全回轉(zhuǎn)、非全回轉(zhuǎn)、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。 工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。動臂起落、斗桿伸縮和鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復式雙作用液壓缸控制。為了適應各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具。 回轉(zhuǎn)與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉(zhuǎn)臺上部設有動力裝置和傳動系統(tǒng)。發(fā)動機是液壓挖掘機的動力源，大多采用柴油要在方便的場地， 也可改用電動機。 液壓傳動系統(tǒng)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業(yè)。挖掘機液壓系統(tǒng)是怎么工作的?挖掘機有三個部分的液壓缸分別是動臂，斗桿，鏟斗。有三個液壓馬達，左右行走和一個回轉(zhuǎn)。這些都由換向閥控制供油。油液從液壓泵出來經(jīng)換向閥分配到以上各執(zhí)行元件。挖掘機的換向閥大多是液控的就是用一股壓力較小的油推動換向閥的閥芯。一般中型挖掘機用的是三聯(lián)泵，兩個大泵提供工作所需要的壓力。一個小齒輪泵給控制油路供油?？刂朴屯ㄟ^手柄下邊的控制閥調(diào)節(jié)主油路換向閥閥芯的位置從而實現(xiàn)動臂斗桿和鏟斗油缸的伸縮。以及液壓馬達的轉(zhuǎn)與停以及轉(zhuǎn)動方向。主油路設溢流閥，壓力超過限定值就會打開，油液直接回油箱。所以系統(tǒng)壓力始終保持在一定范圍內(nèi)。同樣道理在各油缸的支路也設溢流閥，實現(xiàn)二次調(diào)定壓力。不光是挖掘機，任何液壓系統(tǒng)工作原理都是 油箱中油液-泵-控制元件-執(zhí)行元件-油箱。 液控比例閥換向閥的作用和液控比例閥換向閥串聯(lián)的先導閥是什么作用傳統(tǒng)換向閥的進出油口控制通過一根閥芯來進行，兩油口聽開口對應關(guān)系早在閥芯設計加工時已確定，在使用過程中不可能修改，從而使得通過兩油口的流量或壓力不能進行獨立控制，互不影響。 隨著微處理控制器、傳感器元件成本的下降，控制技術(shù)的不斷完善，使得雙閥芯控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域得以應用。英國Utronics公司利用自己的技術(shù)及專利優(yōu)勢研制出雙閥芯多路換向閥，已廣泛應用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的挖掘機、*車、裝載機及挖掘裝載機等產(chǎn)品上。為適應中國工程機械產(chǎn)品對液壓系統(tǒng)功能要求。穩(wěn)定性以及自動化控制程度的不斷提高，Utronics公司產(chǎn)品適時進入中國市場，現(xiàn)已初步完成廈工（5t）裝載機、詹陽（8t）挖掘機樣機調(diào)試并進入試驗階段。 1、傳統(tǒng)單閥芯換向閥的缺陷 傳統(tǒng)的單閥芯換向閥所組成的液壓系統(tǒng)難以合理解決好以下功能和控制之間存在的矛盾： （1）液壓系統(tǒng)設計時為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少負載變化對速度的影響，要么犧牲部分我們想實現(xiàn)的功能，要么增加額外的液壓元件，如調(diào)速閥、壓力控制閥等，通過增加阻尼，提高系統(tǒng)速度剛度來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是這樣元件的增加又會降低效率，浪費能源；還會使得整個系統(tǒng)的可*性降低、增加成本。 （2）由于換向結(jié)構(gòu)的特殊性，使得用戶在實現(xiàn)某一功能時必須購買相應的液壓元件，再加上工程機械廠家會根據(jù)不同最終用戶要求設計出相應的功能，這樣會造成生產(chǎn)廠家采購同類、多規(guī)格的液壓控制元件來滿足不同功能要求的需要，不利于產(chǎn)品通用化及產(chǎn)品管理，同時會大大提高產(chǎn)品成本。 （3）由于執(zhí)行機構(gòu)進出液壓油通過一根閥芯進行控制，單獨控制執(zhí)行機構(gòu)兩側(cè)壓力是不可能的。因此，出油側(cè)背壓作用于執(zhí)行機構(gòu)運動的反方向，隨著出油側(cè)背壓升高，為保質(zhì)執(zhí)行機構(gòu)的運動，必須提高進油側(cè)壓力。這樣會使得液壓系統(tǒng)消耗的功能增加，效率低，發(fā)熱增加。 采用雙閥芯技術(shù)的液壓系統(tǒng)，由于執(zhí)行機構(gòu)進出油側(cè)閥口閥芯位置及控制方式各自獨立，互不影響，這樣通過對兩閥芯控制方式的不同組合，利用軟件編程能很好解決傳統(tǒng)單閥系統(tǒng)不能解決的問題，同時還可以輕易實現(xiàn)傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中難以實現(xiàn)的功能。 2、雙閥芯換向閥的兩種基本控制策略 由于雙閥芯換向兩油口控制的靈活性，兩油口可分別采取流量控制、壓力控制或流量壓力控制。正面介紹兩種簡單的控制策略。 （1）負載方向在整個工作過程中保持不變 我們知道，對于汽車起重機、挖掘機、裝載機等而言，其液壓缸在整個工作過程中負載方向始終維持不變。下面以起重機變幅液壓缸為例來探討雙閥芯的控制策略。 起重機變幅缸在工作過程中其受力，負載方向始終保持不變，因此我們可以采取液壓缸有桿控用壓力控制、無桿腔用流量控制的控制策略。 無桿腔流量控制是通過檢測連接到無桿腔側(cè)閥前后兩側(cè)的壓差，再根據(jù)所需流入或流出流量的多少，計算出閥芯開口大??；有桿腔側(cè)采用壓力控制，使該側(cè)維持一個低值的壓力，使得更加節(jié)能、高效。 由于我們在無桿腔采用了流量控制，因此原控制系統(tǒng)中所用的平衡閥可用一個液控單向閥來代替。這樣可消除因平衡閥所帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 （2）負載方向在工作過程中發(fā)生改變 在這種情況下，采取“進油側(cè)壓力控制，出油側(cè)流量控制”，在液壓缸有桿腔側(cè)用壓力控制，無桿腔側(cè)有流量控制。 如負載方向不變，由于出油側(cè)采取了流量控制，我們可將雙向平衡閥用液控單向閥來替換，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進油側(cè)用壓力控制器來維持一個較低的參考壓力，一方面提高系統(tǒng)效率，另一方面使系統(tǒng)不發(fā)生氣穴。 為了使負載方向變化的工作機構(gòu)能得到很好控制，另外一個PI控制器將被運用到有桿腔的壓力控制器中，當負載方向改變后，無桿腔的壓力將減小；如果仍將有桿腔維持一個很低的壓力，當負載很大時，液壓缸將向反方向運動。此時我們可用所增加的PI控制器監(jiān)視無桿腔壓力的變化，當PI控制器檢測到無桿腔壓力低于所設定的參考值時，將提高有桿腔壓力控制器所設定的壓力，從而保證系統(tǒng)的正常工作。 3、Ultronics液壓控制系統(tǒng) Ultronics公司是一家集設計、研究和制造的電子液壓技術(shù)公司。其液壓控制系統(tǒng)采用了CAN總線通信，雙閥芯控制技術(shù)，通過兩個閥芯的組合控制，可實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)多種控制，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低能源損耗，同時還可使得系統(tǒng)更加簡單，降低成本，加快產(chǎn)品開發(fā)速度，這些都是傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)所不能做到的。 Ultronics控制系統(tǒng)的硬件一般由操縱手柄、電控單元ECU、調(diào)節(jié)閥、雙閥芯液壓閥組和外接傳感器或開關(guān)等組成，其間通過CAN總線通信，液壓閥組為電控系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的交匯點，系統(tǒng)的另一個重要組成部分就是軟件。 手柄為光電非接觸形式，最多可帶4個比例輸出或2個比例輸出和最多5個開關(guān)。開關(guān)有比例式和自鎖式供選擇。其防護等級達到了IP67。手柄的延時特性、輸出曲線和死區(qū)等可通過專用軟件JoyVal進行修改。 電控單元ECU其供電壓有12V和24V兩種，25路和50路兩種接口，提供模擬與數(shù)字輸入、輸出接口，同時該電控單元還提供了CAN信接口，使得系統(tǒng)可以接收傳感器或控制信號或與其它系統(tǒng)進行連接。ECU中存儲了系統(tǒng)控制所需的所有應用程序，該應用程序可將來自于手柄或連接于ECU上的其它器件和信號（如傳感器檢測信號、發(fā)動機控制系統(tǒng)信息等），經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換成各個閥芯動作的指令。 Ultronics控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其獨特的雙閥芯控制技術(shù)，每片閥有兩個閥芯，相當于將一個三位四通閥變成兩個三位三通閥的組合，兩個閥芯既可單獨控制，也可根據(jù)控制邏輯進行成對控制，并且兩個工作油口都有壓力傳感器，每一個閥芯都有位置傳感器，通過對傳感信號的閉環(huán)控制可以分別對兩路液壓油的壓力或流量進行控制，具有很高的控制精度，通過不同的組合可以得到許許多多的控制方案，以滿足系統(tǒng)的需要。 每片閥都有兩個完整的設置好的混合信號ASIC（模擬型專用集成電路）和一個RISC（精簡指令處理器）。這些控制器給傳感器提供激勵和補償、給控制傳動裝置提供動力、提供閥芯控制軟件以及CAN總線通信。閥芯動作控制策略以及具體的參數(shù)可由用戶根據(jù)被控執(zhí)行元件的要求進行設置或修改?？刂崎y接收到指令后，其內(nèi)嵌式處理器就運行閥芯動作控制軟件實現(xiàn)設定的機能，多個閥間的功能協(xié)調(diào)是由ECU完成的，從而實現(xiàn)復雜的系統(tǒng)功能。這種分級控制方式使系統(tǒng)的應用具有非常好的靈活性，同時易于構(gòu)建復雜的控制系統(tǒng)。 Ultronics控制系統(tǒng)功能的多樣性是通過應用軟件實現(xiàn)的，通過有針對性的編制控制軟件。Ultronics控制系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能是極其廣泛的。履帶挖掘機、輪式挖掘機、裝載機等先進機型在操作舒適性、作業(yè)效率、作業(yè)成本消耗、故障診斷、環(huán)境保護等方面所做的努力，比如發(fā)動機狀態(tài)與液壓系統(tǒng)的適應控制、特定作業(yè)功能等，采用Ultronics系統(tǒng)都可實現(xiàn)。 總之，通過CAN總線通訊、獨特的雙閥芯結(jié)構(gòu)和壓力、位移傳感器的應用以及壓力或流量的閉環(huán)控制技術(shù)、Ultronics公司的電子液壓控制系統(tǒng)使工程機械控制系統(tǒng)在功能的多樣性、實現(xiàn)的靈活性、較低的性價比以及控制理念、維修模式等諸多方面都將引發(fā)一次革命性的變化。 方向控制閥分類在實際應用中，可根據(jù)不同的需要將方向控制閥分成若干類別：（1）按照氣體在管道的流動方向，如果只允許氣體向一個方向流動，這樣的閥叫做單向型控制閥，比如單向閥，梭閥等；可以改變氣體流向的控制閥叫做換向閥，比如常用的2way2port，2way3port，2way5port，3way5port等。（2）按照控制方式可分為電磁閥，機械閥，氣控閥，人控閥。其中電磁閥又可以分為單和雙電控閥兩種；機械閥可分為球頭閥，滾輪閥等多種；氣控閥也可分為單氣控和雙氣控閥；人力閥 可以分為手動閥，腳踏閥兩種。（3）按工作原理可以分為直動閥和先導閥，直動閥就是靠人力或者電磁力，氣動力直接實現(xiàn)換向要求的閥；先導閥是由先導頭和閥主體2部分構(gòu)成，有先導頭活塞驅(qū)動閥主體里面的閥桿實現(xiàn)換向。（4）根據(jù)換向閥桿的工作位置可以將閥分為2way，3way閥。（5）根據(jù)閥上氣孔的多少來進行劃分，可以分為2port，3port，5port閥。普通單向閥（逆止閥或止回閥） 功用：只允許油液正向流動，不許反流。 分類：直通式、直角式 結(jié)構(gòu)：閥體、閥心錐形、鋼球式 、彈簧等 工作原理：液流從進油口流入時，A B 液流從出油口流入時，A B 開啟壓力：0、040、1MPa 做背壓閥：Pk=0.20.6 MPa 3 液控單向閥 功用：正向流通，反向受控流通 結(jié)構(gòu)：普通單向閥+液控裝置 K不通壓力油，A B 工作原理 K通壓力油，A B 結(jié)構(gòu)特點：B A， PB=P工，很高 彈簧腔背壓很大，pk很大時才能頂開閥心,影響可靠性。 故 可采用如下措施 1) 采用先導閥預先卸壓 2） 采用外泄口回油降低背壓 應用： 液控單向閥具有良好的反密封性 常用于保壓、鎖緊和平衡回路梭閥、雙壓閥和快速排氣閥 1） 梭閥 2） 雙壓閥 3） 快速排氣閥 二 換向閥 作用：變換閥心在閥體內(nèi)的相對工作位置，使閥體各油口連通或斷開，從而 控制執(zhí)行元件的換向或啟停。 換向閥的分類 按結(jié)構(gòu)形式分：滑閥式換向閥、座閥式換向閥、轉(zhuǎn)閥式換向閥 滑閥式換向閥 （1）換向閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 閥體：有多級沉割槽的圓柱孔 結(jié)構(gòu) 閥芯：有多段環(huán)行槽的圓柱體 分類： 二位 按工作位置數(shù)分 三位 位：閥心相對于閥體的工作位置數(shù)。 四位 二通 按通路數(shù)分 三通 通: 閥體對外連接的主要油口數(shù) 四通 （不包括控制油和泄漏油口） 五通 電磁換向閥 液動換向閥 按控制方式分 電液換向閥 機動換向閥 手動換向閥 圖形符號含義： 1 位用方格表示，幾位即幾個方格 2 通 不通 、 箭頭首尾和堵截符號與一個方格有幾個交 點即為幾通。 3 油口有固定方位和含義，p進油口(左下）， T回油口（右下） , A.B與執(zhí)行元件連接的工作油口（左、右上）。 4 彈簧W、M，畫在方格兩側(cè) 二位閥，靠彈簧的一格。 5 常態(tài)位置 原理圖中，油路應該連接在常態(tài)位置 三位閥，中間一格。 滑閥的中位機能 滑閥機能：換向閥處于常態(tài)位置時，閥中各油口的連通方式，對三位閥即中間位置各 油口的連通方式，所以稱中位機能。 中位機能：三位換向閥處于中立位置時，閥中各油口的連通方式。 （3） 換向閥的主要性能 1） 工作可靠 2） 壓力損失小 3） 內(nèi)泄漏小 4） 換向時間與復位時間 5） 使用壽命長（4） 操作方式手動換向閥 特征：利用手動杠桿操縱閥芯運動以控制流向 分類：鋼球定位式、 彈簧復位式。 多路換向閥 特征：是一種集中布置的組合式手動換向閥 串聯(lián)式 分類：按組合方式有 并聯(lián)式 順序單動式機動換向閥（行程閥） 特征：利用擋鐵或凸輪使閥心運動以控制流向 分類：常為二位閥，有二位二通、三通、四通 舉例：二位二通機動換向閥 組成：閥體、閥心、彈簧、滾輪等 常態(tài)： P A 工作原理 滾輪壓下： P A 電磁換向閥 特征：利用電磁鐵推力，推動閥心運動以控制流向。 二通 四通 分類：二位 三通 三位 等 四通 五通 舉例：三位四通電磁換向閥： 組成：閥體、閥心、彈簧、電磁鐵等 工作原理： 圖示位置，P、A、B、T均不通 右電磁鐵通電，P A ， B T 左電磁鐵通電，P B ， A T 二位三通電磁換向閥： 工作原理 ： 圖示位置， P A B 電磁鐵通電，P B A 符號： 交流（D） 電磁鐵分類： 按電源分 直流（E） 本整形 干式 按內(nèi)部有無油液 濕式 壽命長液動換向閥 特征：利用壓力油改變滑閥位置以控制流向 分類：二位、三位等 組成： 工作原理： 圖示位置，p、A、B、均 T X1通壓力油，p A，B T X2通壓力油，p B，A T電液換向閥 特征：利用電磁閥控制液動閥，以變換液流方向。 電磁閥（先導閥） 組成 組合而成 液動閥（主閥） 工作原理： 電：p A、B T 圖示 液：p 、A 、B、T均不通 電：p A 液動閥左腔，液動閥右腔 B T 1YA通電 液：p A ，B T 電：p B 液動閥右腔，液動閥左腔 A T 2YA通電 液：p B，A T 特點：（1） 阻尼調(diào)節(jié)器（又稱換向時間調(diào)節(jié)器），實為一疊加式單向節(jié)流閥，可疊放在 先導閥和主閥之間。 （2） 主閥心行程調(diào)節(jié)機構(gòu) （3） 預壓閥常裝在以內(nèi)控方式供油的電液換向閥中。 3 球閥式換向閥 特征：球閥式換向閥是座閥式換向閥的一種形式，通過改變鋼球在閥體內(nèi)的相對位置來改變流向。 日立挖掘機請選擇型號迷你ZX8-2（1.1T）ZX10U-2(1.1T)ZX17U-2(1.85T)ZX22U-2(2.21T)ZAXIS35U-2(3.72T)ZAXIS50U-2(5.26T)中型ZX60（5.85T）ZX60USB-3(6.09T)ZX70(6.51T)ZX75US-A(7.1T)ZX110(10.7T)ZX120(12.2T)ZX135US(13.2T)ZX160LC-3(16.5T)ZX180LC-3(18.3T)ZX200-3(20.2T)ZX210LC-3(21.2T)ZX225US-3(23.2T)ZX240-3(23.8T)ZX250LC-3(25T)ZX270-3(27.7T)ZX330-3(32T)ZX360LC-3(33.4T)ZX400LCH-3（39T）ZX400R-3（38.7T）大型ZX450H（44.1T）ZX470H-3(47.1T)ZX470R-3(47.9T)ZX470LCH(BE)-3(49.2T)ZX520LCH-3(51.7T)ZX520LCR-3(52.5T)ZX670LCH-3(67.3T)ZX670LCR-3(81.7T)ZX870H-3(81.7T)ZX870H BE-3(82.4T)ZX870R-3(83.6T)EX1200-5D(108T)EX1900-6(191T)EX2500-6(248T)EX3600-6(359T)EX5500-5(518T)EX1200-5D(111T)EX1900-5(185.9)EX2500-5(242)EX3600-5(350)EX5500-5(518)EX8000(780)正鏟EX1200-5D（111）EX1900-5（185.9）EX2500-5(242)EX3600-5(350)EX5500-5(518)EX8000(780)輪式ZX140W-3(15.8)ZX170W-3(17.8)ZX190W-3(19.5)ZX210W-3(20.8)船上挖機EX1900-5EX2500-5EX3600-5EX5500-5小松挖掘機請選擇型號PC100-6PC120-6PC120-6 ExcelPC1250-7PC1250LC-7PC128US-2PC128US-2PC130-7PC130ES-6PC1400-1PC160LC-7PC1800-6PC200-7PC200-8PC200LC-7PC210-7PC210-8PC210LC-7PC220-7PC220-8PC220LC-7PC228US-3PC228USLC-3PC240LC-8PC270-7PC3000-1PC300-7PC300LC-7PC350-7PC360-7PC4000-6PC400-6PC400-6ExcelPC400-7PC400LC-6PC400LC-6ExcelPC400LC-7PC450-6MightyPC450-7PC450-LC6MightyPC50PC5500-6PC600-7PC600LC-7PC60-7PC750-6PC750-7PC750SE-7PC78MR-6PC78US-6PC800PC8000-1PC8000-6PC800SE-7其它卡特挖掘機請選擇型號CAT305.5CAT307CCAT307DCAT308D CRCAT311CCAT312DCAT314CCAT318CCAT320BCAT320CCAT320DCAT324DCAT325DCAT328D