挖掘机液压原理基本知识

挖掘机液压原理基本知识国内营销事业部培训中心刘新国培训内容一、挖掘机基本知识二、挖掘机液压原理基本知识第一部分挖掘机基本知识挖掘机的特点挖掘机是开挖和装载土石方的一种主要施工机械，其主要特点是使用范围广，可以完成挖、装、填、夯、抓、刨、吊、钻、推、压等多种作业；作业效率高，经济效益好。挖掘机作业特点分析挖掘机在工民建、交通运输、水利施工、露天采矿及现代军事工程中都有广泛应用，其典型的工作循环如下。切削土石铲斗提升、回转卸料、回转在上述循环工作中，各执行机构启动制动频繁，负载变化大，振动冲击多，主要执行机构要能实现复合动作，有足够的可靠性和较完善的安全保护措施，能充分利用发动机功率和提高传动效率。挖掘机的分类挖掘机周期作业式连续作业式斗轮挖掘机、挖沟机正铲反铲抓斗起重正铲反铲抓斗拉铲单斗液压挖掘机机械式挖掘机电铲单斗液压挖掘机按行走装置的不同又可以分为履带式、汽车式、悬挂式、拖式等。履带式单斗液压挖掘机的特点履带式单斗液压挖掘机的主要特点有：1、挖掘力大，可以挖Ⅳ级以下的土和爆破后的岩石；2、效率高、经济效益好；3、使用范围广，可完成多种作业；4、结构形式繁多，可适应多种实际工程需要。第二部分液压传动技术流体传动形式1、液压传动—借助于液体的压力能来传递动力和运动的传动形式；2、液力传动—借助于液体的动能来传递动力和运动的传动形式；（如液力变矩器）3、气压传动—借助于气体的压力能来传递动力和运动的传动形式。流体传动包括以下三种形式：液压传动技术及其优点液压传动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式，通过各种液压元件组成不同功能的基本回路，再由这些基本回路组成能够满足各种要求的液压系统。液压传动与机械传动和电力拖动系统比，其主要优点有：1、元件布局安装有很大的灵活性，能构成复杂系统；2、可实现大范围无级调速，范围可达2000：1；3、传递运动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向；4、操作控制方便、省力，易于实现自动控制和过载保护；5、能自行润滑，元件寿命长等。液压传动的缺点液压传动的主要缺点有：1、以液体为介质，易泄露和可压缩，不能保证定比传动；2、传动中有机械损失、压力损失、泄露损失，效率偏低；3、对油温敏感，不宜在低、高温下使用；4、对液压油的污染很敏感；5、元件制造精度高，造价高；6、装置出现故障时不易诊断等。液压传动的应用和发展相对于机械传动，液压传动是一门新的技术。液压传动起源于1654年帕斯卡提出的静压传动原理，1795年英国第一台水压机问世。液压传动的推广应用得益于19世纪蓬勃发展的石油工业。二战期间，军工上的需要进一步推动了液压传动的发展。战后，液压传动迅速转入民用。20世纪60年代以后，液压传动向更广阔的领域渗透。如今，采用液压传动已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。第三部分挖掘机液压原理基本知识基本原理及现象-帕斯卡原理帕斯卡原理是一个静力学原理，对于“理想液体”有：1、处于密闭容器内的“理想液体”对施加于它表面的压力向各个方向等值传递；2、速度的传递按“容积变化相等”的原则；3、液体的压力由外载荷建立。4、能量守恒。重物充满油面积小面积大力＝压力×面积速度＝流量÷面积功率＝速度×力基本原理及现象-管道流动由于流动液体具有粘性，以及液体在管道中流动时突然转弯和通过阀口产生相互撞击和出现漩涡等，液体在管道中流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，液体流动时需要损耗一部分能量。这种能量损失包括沿程压力损失和局部压力损失，液体在管道中流动时的压力损失和液体的流动状态有关。由上述分析可知，油液在管道中流动时，其压力会有所减小。基本原理及现象-孔口流动AmKpdqpdRLm1在液压元件特别是液压控制阀中，对液流压力、流量及方向的控制通常是通过一些特定的孔口实现的，他们对流过的液体形成阻力，使其产生压力降，其作用类似电路中的电阻，因此被称为液阻。流经孔口的流量及液阻的定义如下：p式中为孔前后压力差；为一个系数；m与小孔的类型（薄壁小孔、滑阀阀口、锥阀阀口及短孔）有关，A为孔口的通流面积。LKmLpAKq基本原理及现象-液压冲击在液压系统中，因某些原因液体压力在瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击不仅会引起振和噪声，而且会破坏密封装置、管道和液压元件；有时还会使某些液压元件产生误动作，造成设备事故。液压冲击按产生原因可以分为：1、液流的惯性导致的液压冲击—液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向发生突然变化。2、工作部件的惯性导致的液压冲击—运动的工作部件突然制动或换向。基本原理及现象-减小液压冲击措施减小液压冲击的措施有：1、延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间；2、限制管道流速及运动部件的速度（一般工作、回油、吸油管路分别不超过8、4、1.2m/s）；3、在满足要求的情况下，适当增加管径，缩短管道长度；4、用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲击能量。5、在容易出现冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。基本原理及现象-气穴现象在液压系统中，如果如果某点压力低于液压油所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就分离出来，使液体中迅速出现大量气泡，这种现象叫做气穴现象。一般通流截面较小会使流速很高，根据伯努利方程可知此时油压会很低，以致产生气穴现象。在液压泵吸油过程中，吸油口的绝对压力会低于大气压，如果泵安装过高，在加上过滤器和管道阻力，亦会产生气穴现象。基本原理及现象-气穴现象的危害当液压系统出现气穴现象时，带来的危害有：1、将造成流量和压力的不稳定；2、引起局部高温和很高的冲击压力，导致噪声和振动；3、降低液压系统的容积效率；4、造成液压元件的气蚀，缩短元件使用寿命等。基本原理及现象-减少气穴现象的措施减少气穴现象的措施有：1、及时向液压油箱加油，使油面保持在规定的平面上；2、低压区密封可靠；3、向油箱加油时，应拧松放气螺塞放气；4、及时清洗更换滤油网。液压系统的组成液压系统由4部分组成：动力元件-液压泵，将原动机的机械能转变为液压能，常见的有齿轮泵，叶片泵，柱塞泵。执行元件-液压马达、液压缸，将液压能转变为机械能，驱动工作装置。控制元件-液压控制阀，控制油液的压力、流量和方向。辅助元件-油箱、软管等，主要用于液压能的储存，油路的连接和密封，油液的过滤、加温和冷却等。液压系统常用线形及符号粗实线表示工作管路虚线表示控制管路双点划线表示组合元件有小圆点的相交线表示连接管路有小圆弧的相交线表示不相交连接管路常用线形有：常用符号有：P——泵压力油A、B——油缸或马达的工作油口O、T、Dr——油箱液压工作介质-液压油工程机械液压系统所采用的工作介质通常为石油型，目前柳工挖掘机用液压油为46号和32号抗磨液压油。液压油一个重要的物理特性是其具有粘性，液体粘性的大小用粘度来表示。常用的粘度有以下三种：1、动力粘度μ-表征粘度的内摩擦系数，具有特定的物理意义，单位为Pa.s；2、运动粘度ν-无特定物理意义，单位为m2/s，常用St（mm2/s），如46号油表示在40℃时运动粘度为46St（mm2/s）。3、相对粘度-采用特定的粘度计在规定条件下测出的粘度，各国单位不一致，如我国采用恩氏粘度，美国采用赛氏秒等。液压工作介质-液压油为了更好地传递运动，挖掘机用液压油应具有以下性能：1、合适的粘度和良好的粘温特性-粘度过高运动阻力加大，温升快等；反之粘度过低，容积损失增大，导致摩擦体之间的干摩擦等；2、润滑性能要好；3、对密封材料的相容性；4、对氧化、乳化和剪切都有良好的稳定性等。液压泵-液压系统的动力元件，将原动机（柴油机、电动机）输入的机械能（转矩T和转速ω）转换为压力能（压力p和流量q）输出，为执行元件提供压力油。液压泵-主要性能参数有：1、液压泵的压力-工作压力取决于负载；2、泵的排量、流量和容积效率；3、功率和效率；4、转速。单向、定量动力元件-液压泵双向、定量单向、变量动力元件-液压泵分类泵的分类齿轮泵，用于低压系统，如先导泵；叶片泵，用于中压系统，小于6.3MPa；柱塞泵，用于高压系统，造价高；螺杆泵，工程机械使用较少。挖掘机中最常见的是齿轮泵和轴向柱塞泵动力元件-齿轮泵齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的，原理图如下：面积不断减小，压油口面积不断增大，吸油口动力元件-柱塞泵柱塞泵是利用柱塞在有柱塞孔的缸体内作往复运动，使密闭容积发生变化而吸油和压油的，其结构图如下：执行元件-液压马达液压马达-液压系统的执行元件，将液压能转换成机械能的转换装置，用于实现旋转运动，液压马达与液压泵原理上是可逆的，但结构略有不同。液压马达-主要性能参数有：1、工作压力-取决于负载；2、排量与转速3、流量和容积效率；3、功率和总效率；4、转矩和机械效率等。同样液压马达也有齿轮式、柱塞式和叶片式；挖掘机中常用的是柱塞式液压马达。单向、定量双向、定量单向、变量执行元件-液压缸液压缸与液压马达一样是将液压能转变成机械能的一种能量转换装置，实现直线式或摆动式机械运动。更具作用方式，液压缸可以分为单作用和双作用两种形式。双作用液压缸的表示符号单作用液压缸的表示符号ABAB控制元件-液压阀液压阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照负载的需求进行工作。液压阀的基本结构主要包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。液压阀利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断及开口大小，来实现压力、流量和方向的控制。阀的分类流量控制阀压力控制阀方向控制阀控制元件-液压阀液压阀主要性能参数有：1、公称通径—代表阀的流通能力，对应于阀的额定流量；2、额定压力—阀长期工作所允许的最高压力。液压阀的基本要求：1、动作敏捷、使用可靠；2、所控制的参量稳定，受外界干扰时变化量要小；3、结构紧凑，安装、调式、维护方便，通用性好。控制元件-流量控制阀流量控制阀是通过改变阀口大小，改变液阻实现流量调节。mLpAKq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，注意节流会产生压力损失。普通流量控制阀包括节流阀、调速阀和分流集流阀。控制元件-节流阀节流阀是一种最简单的流量控制阀，实质相当于一个可变节流口。单向阀表示符号a）b）c）常用节流口型式a）为锥形，b）为三角槽形，c）为矩形控制元件-节流阀节流阀使液压油通过小孔、缝隙、窄槽等结构后，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。后前pppP前P后控制元件-压力控制阀压力控制阀用来控制液压系统中油液压力或者通过压力来实现其它控制。压力控制阀的分类溢流阀减压阀，由一个泵形成多个压力顺序阀压力继电器溢流阀与减压阀又分为直动式和先导式两种。控制元件-安全阀溢流阀常旁接在泵的出口，用来设定系统最高压力，此时其常被称为安全阀，挖掘机中广泛采用安全阀。a）b）直动式溢流阀a）为滑阀式，b）为锥阀式直动式溢流阀表示符号控制元件-安全阀先导式安全阀由先导阀和主阀两部分组成，先导阀为一锥阀，实际上是一个小流量的直动安全阀。液压油通过节流孔时，在节流孔的前后产生压力差△P，△P=P－P′1-主阀芯，4-先导阀芯远程控制油口先导式溢流阀控制元件-安全阀下图为川崎先导油泵的安全阀控制元件-减压阀减压阀是一种利用液流流过缝隙，液阻产生压力损失，使其出口压力低于进口的控制阀。减压阀的分类定值减压阀，保证出口压力为定值定差减压阀，保证进出口压力差为定值定比减压阀，保证进出口成比例控制元件-直动式减压阀直动式定值减压阀的原理图如下：液压油通过缝隙产生压力降△PPC=PA－△P保持出口压力恒定的措施直动式定值减压阀阀控制元件-先导式减压阀先导式定值减压阀常用于高压系统，其原理图如下：液压油通过缝隙产生压力降1-主阀芯，3-先导阀芯控制元件-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。方向