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液压挖掘机是一种多功能机械,被广泛应用于水利工程,交通运输,电力工程和矿山采掘等机械施工中,它在减轻繁重的体力劳动,保证工程质量,加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。
简介

挖掘机液压传动紧密地联系在一起,其发展主要以液压技术的应用为基础。其结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成,由于挖掘机的工作条件恶劣,要求实现的动作很复杂,于是它对液压系统的设计提出了很高的要求,其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此,对挖掘机液压系统的分析设计已经成为推动挖掘机的重要一环。单斗液压挖拓机是一种周期作业的机械设备,它由工作装置、回转装置和行走装置三部分组成。工作装置包括动有、斗杆以及根据工作需要可更换的各种换装设备,如正铲、反铲、装载斗和抓斗等,其典型工作循环如下:(1)挖掘在坚硬土城中挖掘时一般以斗杆动作为主,用铲斗缸调整切削角度,配合挖掘;在松软土坡中挖翻时,则以铲斗缸动作为主;在由特殊要求的挖掘动作中,则使铲斗缸、斗杆缸和动臂缸三者复合动作.以保证铲斗按特定轨迹运动。(2)满斗提升及回转挖掘结束,铲斗缸推出,动仲缸升起,满斗提升;同时回转马达启动,转台向卸土方向回转。(3)卸载转台转到卸载地点.转台制动斗杆缸调整卸料半径.铲斗缸收回,转斗卸载。当对卸载位工及高度有严格要求时.还需动臂kr配合动作。(4)卸载结束后.转台向反向回转,同时动臂缸与斗杆缸配合动作,使空斗下放到新的挖掘位里。单斗液压挖掘机在建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有十分广泛的应用,是各种土石方施工中不可缺少的主要机械设备。
六大系统
传动系统

单斗液压挖掘机在建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有十分广泛的应用,是各种土石方施工中不可缺少的主要机械设备。流体传动包括以下三种形式: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。
动力系统

由柴油机的外型特性曲线可知,柴油机是近似的恒扭

矩调节,其输出功率的变化表现为转速的变化,但输出扭矩基本不变化。油门开度增加(或减小),柴油机输出功率就增加(或减小),由于输出扭矩基本不变,所以柴油机转速也增加(或减小),即不同的油门开度对应着不同的柴油机转速。由此可见,对柴油机控制的目的是,通过对油门开度的控制来实现柴油机转速的调节。应用在液压挖掘机柴油机上的控制装置有电子功率优化系统、自动怠速装置、电子调速器、电子油门控制系统等。 [1]
元件系统

对液压泵的控制都是通过调节其

变量摆角来实现的。根据控制形式的不同,可分为功率控制系统、流量控制系统和组合控制系统等三大类。其中的功率控制系统有恒功率控制、总功率控制、压力切断控制和变功率控制等;流量控制系统有手动流量控制、正流量控制、负流量控制、流量二段控制、负荷传感控制和电气流量控制等;组合控制系统是功率控制和流量控制的组合控制,在液压控制机上应用多。

阀控系统实质上是节流式系统。在液压挖掘机上,常用的是一般的三位六通多路阀,其滑阀的微调性能和复合操作性能差。20世纪90年代以来,在液压挖掘机上开始采用负荷传感控制系统,其控制闪不论是中位开式方式还是中位闭式方式,都附带有压力补偿阀。采用电子控制压力补偿的液压挖掘机液压系统与传统的液压系统比较,负荷传感控制系统的主要优点是:(1)节省能源消耗。普通三位六通换向阀无论采用定量泵还是变量泵,总要有一部分油液经溢流阀溢掉,浪费了能量。而使用负荷传感变量系统,泵的流量全部用于负载上,泵的压力仅比负荷压力大1-3MPa(2)流量控制精度高,不受负荷压力变化的影响。(3)几个执行元件可以同步运动或以某种速比运动,且互不干扰。普通三位六通阀系统用的是并联油路,当几个执行元件同时动作时,泵输出的油液首先流向压力低的执行元件,不能同步。负荷传感控制系统包括负荷传感控制阀和负荷传感控制泵(或定量泵)。3)完全负荷传感控制系统 完全负荷传感控制系统由负荷传感控制阀和负荷传感控制变量泵组成。上述的负荷传感控制阀只解决了滑阀的微调性能和复合操作性能,而没有解决节省能源问题。定量泵和负荷传感控制阀的系统也没有节省能源消耗,因为泵所输出的流量超过执行元件(液压缸和液压马达)所需要的流量时,多余的油液经压力补偿阀流回油箱(为保持压差恒定)变为热能。只有完全负荷传感控制系统才能解决节省能源问题。4)带次级压力补偿阀的负荷传感系统

行走自动二速系统 行走自动二速系统只有在行走速度转换开关处于二速位置时才具有此功能。此时,其信号使行走二速电磁阀换向;与此同时,通过二速用伺机服缸使行走马达处于二速位置,挖掘机可高速行走。

另外,控制选择阀还受行走压力的作用,在上坡等负载大的时候,控制选择阀向一速的一侧换向;二速用伺服的控制油压卸荷,使行走马达自动向一速位置转换,驱动力增大。挖掘机在平地上行走及下坡行走等工况时,行走阻力变小,控制选择阀再换向,对二速用伺服缸作用,行走马达自动地又回到二速位置上,使控制机高速行走。转台回转摇晃防止机构 转台回转摇晃防止机构是挖掘机转台回转停止后消除其摇晃的机构,其工作原理是:回转马过停止运转的过程中,反转防止阀两侧受卸荷压力作用,弹簧压缩。由于左、右压力相等,反转防止阀不能换向。回转马达停止运转后B口侧压力比A口侧高,对回转马达产生反力作用,回转马达摇晃,此时A口侧压力比B口侧的高,对反转防止阀产生压力。由于阀中有节流孔,产生时间滞后,滑阀向右移动,从而使A口与B口联通、压力相等。因此,转台回转摇晃仅一次而已。工作装置控制系统 液压挖掘机的液压系统中有六个执行元件——左、右行走马达,转达台回转马达,动臂液压缸,斗杆液压缸,铲斗液压缸。为了提高挖掘机的生产率和节省能源消耗,在挖掘机的挖掘装载过程中,需要回转马达和三种液压缸协调动作,即工作装置控制系统应具备如下三项功能:(1)控制机控制功能。铲斗沿水平面或与水平面成一定角度的直线运动,圆弧运动;任意轨迹运动。(2)装载挖掘功能。完成满斗提升、回转和卸载。在这一过程中要求铲斗相对于地平面保持开始提升时的角度,以防止铲斗内物料在提升过程中撒落。(3)复位控制功能。卸载后通过动臂、斗杆、铲斗和回转等四个动作的联动,使铲斗恢复到开始挖掘的位置。
控制系统
a.液压油温度控制系统 液压系统

功率损失大部分转变为热量,引起油温升高。其结果不仅使液压系统效率下降,也加速油质恶化。据资料介绍,液压油温度超过55度每升高9度,油液的使用寿命将缩短一半。因此,应尽量避免液压油温度过高。油温控制装置与节能控制装置组合后处于报警状态,该装置工作时先将热熔式超温保护器设定在系统的合理温度范围之内,然后闭合磁钢式限温开关,在自锁功能的控制下使温度控制开关断开。当油液温度升高到热熔工超温保护器的调定温度时,磁钢式限温开关自动断开,而温度控制开关吸合。与此同时,温度控制指示灯发亮,给以预警指示。该指示信号又通过电子节能控制模块的作业模式选择开关和油门电子控制器,对柴油机的油门开度进行控制,使用柴油机转速降低,从而减少液压泵的流量,控制液压系统的热量产生,避免油液温度持续上升。温度预警解除后通过磁钢式限温开关的吸合,消除油液升温对电子节能控制模块的影响,从而使挖掘机恢复正常工作状态。 [1]
b.液压挖掘机工况监测与故障查找系统 液压挖掘机工况监测与故障查找系统在改进维修方式,保证安全运行和消除事故隐患等方面起着重要作用。该系统有两种形式:一种是诊断计算机——插入机上系统的手持式终端形式,如日本的日立建机公司的Dr.EX故障诊断系统;另一种是随机安装的系统,如德国O&K公司的工况控制系统(BCS),它率先运用卫星通讯技术,将各台作业中的挖掘机技术状况和故障住处由机载发射机发射到同步卫星上,再由卫星上的转发器发回维修管理中心,管理中心的计算机屏幕上实时显示各台挖掘机的运转情况。
c.自动液压挖掘机控制系统 利用激光发射器的自动挖掘控制系统,其基本原理是在施工现场设置一个回转式激光发射器,它可以控制数台挖掘机在同一要求的基准面上作业。在挖掘机上装有激光接收器,其上有三只光靶——上、下光靶和基准光靶。当激光发射器发出的激光束恰好击中基准光靶时,挖掘机的工作装置保持在要求的理想工作面上作业。若外界因素变化使挖掘机的工作装置偏离了要求的理想工作面,则激光束或射在上光靶或射在下光靶,说明工作装置已产生了偏离现象。这时上光靶或下光靶会把光信号转化为电子指令信号驱使设在挖掘机上的分流阀动作,从而达到控制液压油的流向,使挖掘机的工作装置再次回到要求的理想工作面上作业。利用激光发射器的自动挖掘控制系统可大大减轻驾驶员的劳动强度,并获得较好的挖掘作业质量。
d.遥控挖掘机 遥控挖掘机是指通过有线或无线电路装置进行操纵的挖掘机。一般有线遥控距离为150-300m,无线遥控距离为1500-2000m。在远距离操纵装置内,操纵手柄的位移量转换为电压,再由A/D转换器转换成数字值,各操纵手柄的并联信号转换为串联信号,用无线电机进行发射处理,其信号被发射到挖掘机上。挖掘机接收的信号与发射时的动作相反,转换成电流值,通过电磁比例减压阀,使执行元件(液压缸或液压马达)动作。其他动作也是靠接收无线信号后通过电磁阀来使执行元件动作的。内蒙古挖掘机

e.液压挖掘机综合控制系统液压挖掘机控制系统的主要特点有:(1)采用了电子控制压力补偿的负荷传感受液压系统。它由负荷传感控制阀和负荷传感控制变量泵组成,液压泵的输出流量始终等于执行元件(液压缸、液压马达)所需要的流量。(2)采用了电子控制动力调节系统。这主要是通过计算机对发动机和液压泵进行功率设定,确定发动机油门开度和液压泵的排量。这样,可根据挖掘机不同的作业工况,采用不同的发动机特性和液压泵特性,其特性曲线都是由计算机软件来决定的。(3)采用了人工与电子联合控制的操纵系统。因挖掘机的作业现场情况多变,操作复杂,尚不能离不开人工操纵,但电子控制起到了重要的辅助调节作用。例如,在挖掘机整个作业过程中驾驶员可以只操纵一个手柄,其余动作都是自动化的联锁运动。但采用手动优先原则,手动操纵时自动控制系统暂停运作。(4)采用了手持式终端故障诊系统,可以使挖掘机出现的故障及时发现和处理。

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