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挖掘机力士乐液压系统分析 黄宗益，李兴华，陈明 （同济大学，上海 200092） ［摘要］介绍了力士乐闭中心负载敏感压力补偿挖掘机液压系统组成及其工作原理、特性。重点分析了多路阀 液压系统、液压泵控制系统、各主要液压作用元件液压回路及多路阀先导操纵系统等。 ［关键词］挖掘机；液压系统；控制系统；闭中心 ［中图分类号］TU621；TH137.7［文献标识码］B ［文章编号］1001-1366 （2004） 12-0049-06 Analysis of Rexroth hydraulic system in excavators HuANG Zong-yi，LI Xing-hua，CHEN Ming 目前液压挖掘机有两种油路开中心直通回油 六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统，我国 国产液压挖掘机大多采用“开中心”系统，而国外 著名的挖掘机厂家基本上都采用“闭中心”系统。 闭中心具有明显的优点，但价格较贵。国内厂家对 开中心系统比较熟悉，而对闭中心系统不太了解， 因此有必要来介绍一下闭中心系统，本文重点分析 力士乐闭中心负载敏感压力补偿（LUDV）挖掘机 油路。 力士乐挖掘机液压系统可以看作由以下 4 部分 组成①多路阀液压系统（主油路） ；②液压泵控 制液压系统（包括与发动机综合控制） ；③各液压 作用元件液压子系统，包括动臂、斗杆、铲斗、回 转和行走液压系统，还包括附属装置液压系统；④ 多路阀操纵和控制液压系统。 1多路阀液压系统 多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路，它确 定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式，决 定了液压挖掘机的工作特性。力士乐采用的闭中位 负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理见图 1（因换向阀不影响原理分析，故未画出） 。 挖掘机力士乐主油路由工装油路和回转油路二 个负载敏感压力补偿系统组成。 1.1工装油路 工作装置和行走油路（除回转外）简称工装油 图 1 挖掘机力士乐主油路简图 路， 用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿 （LUDV） 系统，具有抗饱和功能。在每个操纵阀阀杆节流口 后，设压力补偿阀，然后通过方向阀向各液压作用 元件供油。LUDV 多路阀原理符号见图 2。 LUDV 每个阀块主要由操纵阀和压力补偿阀组 成，其原理符号如图 2a 所示。为了便于理解阀的 原理，把操纵阀进行分解后可知，它实际上由阀的 节流部分和阀的换向部分两部分组成。阀块原理展 开如图 2b 所示，压力油进入操纵阀先通过阀节流 部分，后经压力补偿阀，最后通过阀换向部分去液 压作用元件。阀后补偿压力补偿阀布置在操纵阀 94 综 合 篇 设计研究 2004/12 图 2 力士乐多路阀原理符号图 可变节流口之后，由于液压作用元件一般都是双作 用，有 A、B 两条油路，为了避免两条油路都设压 力补偿阀，因此油路换向部分必须设在压力补偿阀 之后。为了简化阀的结构，把节流部分和换向部分 集成于一体（操纵阀中） ，如图 2a 所示。 工作装置和行走操纵阀虽基本相同，但中位油 路连通有所区别。工作装置操纵阀中位 A、B 油口 封闭，如图 2a、2b 所示，行走操纵阀中位 A、B 油 口与回油路通过节流相通，如图 2c 所示。 对压力补偿阀取力平衡得（见图 1） Pm1 PLmax Pm2。即压力补偿阀进口压力都相等，故经 各操纵阀的压差都相等（ΔP1ΔP2ΔP PP - PLmax） ，则通过各操纵阀的流量 Q k ΔﾍP，只 与反映阀杆行程（开口量）的 k 有关，具有抗饱 和的功能。 负荷低的压力补偿阀产生压力降ΔPC PLmax- PL2（设 PL1 PLmax） ，此压降正好补偿负荷 压力差，因此压力补偿阀实际上起了负荷均衡器的 作用。多路阀液压系统工作原理图 1 中，检出最高 负载压力 PLmax采用的是梭阀网，而实际液压系统 中，工装和行走油路不采用梭阀网，而是采用三位 三通的压力补偿阀来检出最高负载压力作为补偿压 力。 1.2回转油路 力士乐把回转独立出来，采用阀前补偿（减压 阀型压力补偿阀）负载敏感压力补偿油路。它与工 作装置油路并联。回转负载油压通过单向阀与油泵 负载敏感腔相通。 当工作装置油路中各液压元件单独动作或同时 动作时，就如同单泵阀后补偿分流比负载敏感压力 补偿系统一样，油泵单独供 该系统。当回转单独动作 时，为阀前补偿负载敏感系 统。 回转油路和工装油路同 时动作情况当工装油路最 高负载压力高于回转油路 时，工装油压由于受单向阀 阻隔，传不到回转油路，由 于两油路是并联系统，油优 先流向负载压力低的回转油 路；当工装油路最高负载压 力低于回转油路时，回转油压 PC通过单向阀传至 工装油路负载压力补偿，工装和回转负载压力均衡 平衡相等，按各自操纵阀的开度大小向各执行器分 配供油。 2液压泵控制系统 力士乐挖掘机液压泵控制系统有不同的配置， 具有不同的控制功能。 2.1A11VO 的 LRS 控制系统 如图 3 所示，该系统由以下部分组成。 图 3 A11VO 控制系统 2.1.1恒功率阀和杠杆式恒功率装置 恒功率阀 A 是二位三通阀。在弹簧力作用下， 恒功率阀 A 处于右位，下油缸压力油通过 A 阀回 油，在上油缸腔内油压和弹簧作用下油泵向大流量 方向摆动。油泵压力油通过上油缸腔作用在顶杆 上，顶杆顶推杠杆使杠杆绕支点摆动，推动 A 阀 向右移动，使 A 阀处于左位，油泵压力油通过 A 阀 经 B 阀进入下油缸，推动其活塞杆，克服上油缸 液压力并压缩弹簧使油泵向小流量方向摆动。同时 05 综 合 篇 设计研究 2004/12 由于上油缸活塞杆右移，顶杆顶推杠杆的力臂减 小，使杠杆推 A 阀的力下降，直至与 A 阀弹簧力 相等，油泵摆角处于新的平衡位置。 这种恒功率装置通过杠杆机构来实现，只要杠 杆系统设计得好，就能实现很理想的恒功率曲线。 2.1.2油泵流量调节阀 油泵流量调节阀（补偿压力阀，见图 3 中 B 阀）为二位三通阀，阀的左端受泵的出口油压 Pp 作用，阀的右端受多路阀负载敏感腔的油压 PLmax 和弹簧力 FS2作用，此阀的作用是设定系统的补偿 压力。从 B 阀力平衡可得 PA PLmaxA FS ΔP P - PLmax FS/ A 当ΔP FS/ A 时（A 为受压面积） ，该阀处左 位，油泵压力油通向下油缸，使油泵流量减少。 当ΔP 弹簧力，流量调节阀起作用，使油泵流量变小， 只输出少量液压油，冷却和冲洗系统，使油泵处于 待命状态，一旦系统工作油泵就能很快响应。使操 纵阀在中位时油泵在低压小流量工作，实现中位卸 载节能。 3）补偿负载压力溢流阀 C（切断阀）该阀 控制负载最高压力，超过此压力该阀打开，补偿负 载压力油通过它回油箱，由于油流经压力补偿阀油 压降低，使油泵压差增加，油泵排量减至最小，起 35 综 合 篇 设计研究 2004/12 储油罐计量系统研究及装置设计 曲春英，吴康雄 （长沙理工大学 汽车与机械工程学院，湖南 长沙 410076） ［摘要］本文介绍采用机电一体化技术设计一沥青储油罐的计量系统，并对硬件设计、软件设计进行了详细说 明。这一系统精度高，安装维护方便。 ［关键词］储油罐；机电一体化；计量系统；自动化管理 ［中图分类号］U415.524［文献标识码］B ［文章编号］1001-1366 （2004） 12-0054-03 Research and design of measure system of oil tank Qu Chun-ying，Wu Kang-xiong 在公路沥青路面施工设备中，经常使用储油 罐，施工现场也必须要对耗油量进行计量。目前计 量方法多采用地磅称量，称量范围较大，精度较低 且价格昂贵，对一些小规模的施工单位来说负担太 重。为此，应有关部门要求本课题拟采用机电一体 化技术，给储油罐研制一计算机辅助计量系统，实 现储油量的在线计量，该系统自动化水平高、精度 高、安装维护方便、操作使用简单，可达到管理和 计量的最佳效果，重要的是具有优良的价格性能 比。 1系统方案确定 该系统是对最大容量为 9t 的沥青罐进行自动 控制，包括机械和控制两部分的设计。对沥青储量 及用量随时监控，重量测量误差满足 0.5的要 求，同时系统具有温度报警功能，能有效地将温度 控制在设定范围内，并有显示温度和重量的功能。 本系统采用 3 个轮辐式称重传感器，安装在沥 青罐底部，利用三点确定一个平面，力求罐体水平 放置，测量重量参数。考虑到沥青罐常置于露天等 环境较差的地方，而传感器接触水或被腐蚀，极易 影响测量精度，所以要密封安装。另外还在传感器 下部安装一顶起装置，此装置是由液压千斤顶改 造，即 1 个泵体，3 个缸体。采用手动作业，需要 测量时其把传感器顶起，接触罐底，称量完毕，传 感器降低，使其不工作时停止受力。这是出于测量 精确及延长传感器使用寿命两方面的考虑。 储油罐在使用过程中，或是置于货车车厢，或 是单独作为挂车。由于施工现场路面不会十分平 整，会严重影响称重的准确程度，故采用两个倾角 传感器，测出罐体倾斜角度经过单片机计算得出实 际重量。 高压切断流量作用，实现过载节能。左行走先导操 纵阀通过梭形阀，将先导操纵油压加在补偿负载压 力溢流阀上，使行走时自动增压。 4）补偿压力卸压阀 D其作用是通过其节流 孔有极少量地油流至油箱，防止操纵阀中位时压力 补偿腔产生困油现象。使 LS 油压升压速度变缓， 增强系统动态稳定性。 5）回油背压阀 E使回油路保持一定背压。 6）双向变节流阀 F由两个单向阀和两个不 同的节流孔组成，该阀布置在补偿压力油通向油泵 流量调节阀的通道上，它使补偿压力油进入和排出 油泵流量调节阀时，其作用腔分别通过不同的节流 孔，起控制油泵流量调节阀双向响应速度，同时起 防止振动冲击作用。 （编辑吴学松） ［收稿日期］2004-06-03 ［作者简介］黄宗益（1936 - ） ，男，教授，搏士生导师，上海市 四平路 1239 号 . 45 综 合 篇 设计研究 2004/12