第三章--典型工程机械液压系统分析ppt课件.ppt
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1、第三章 典型工程机械液压系统分析 1 轮式装载机液压系统 轮式装载机的工作特点及其对液压系统的要求 ZL50装载机液压系统 进口2.8m3斗容量轮式装载机液压系统 ZL90装载机液压系统 5m3斗容量装载机液压系统 ZL100装载机液压系统 轮式装载机的工作特点及其对液压系统的要求 对松散堆积物料可进行装、运、卸作业 对岩石、硬土进行轻度铲掘作业 进行清理、刮平场地及牵引作业。 如果换装相应的工作装置后,还可以完成推土、挖土、松土、起重以及装载棒料等工作。 在道路、特别是在高等级公路施工中,装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。 装载机根据行走机构不同可分为轮
2、胎式和履带式两种。 装载机按铲斗的额定载重量可分为:小型(10t)。 轮式装载机一般由车架,动力传动系统、行走机构、工作装置、转向系统、液压系统和操纵系统组成。 轮式装载机的工作装置及转向系统采用液压传动,而行走系统则采用机械传动。 工作装置是由动臂、铲斗、杠杆系统、动臂液压缸和铲斗液压缸等组成。轮式装载机的基本动作 将铲斗插入物料,向后翻转铲斗(将铲斗装满) 保持载荷并提升到一定高度 将载荷运送到指定地点倾卸,再回到装料处,如此循环作业。 铲斗翻转和起升是由铲斗液压缸和动臂液压缸通过四杆机构的配合完成的。 铲斗缸与动臂缸不需要复合动作,但要保证铲斗缸优先动作,且铲斗缸动作时动臂缸不能动作。这
3、就保证了铲装及举升到一定高度时才可以卸料。 由于铲斗缸与动臂缸之间是通过四杆机构联系在一起的,当动臂缸运动时,会使铲斗缸活塞受牵连而运动,因而应在铲斗缸的大小腔油路上设置过载补油回路。 装载机的工作特点是作业周期短,动作灵活,因而转向频繁。提高转向系统的操作纵性能便成为提高装载机生产率的重要问题之一。 目前轮式装载机全都采用液压转向。在液压转向系统中,应考虑:(1)必须保证转向油路有稳定的流量,不受发动机转速变化的影响;(2)转向的控制必须是位置伺服系统。其输入量是转向器的转角,输出量是车体的摆角,是一个机械液压位置伺服系统,其反馈机构由机械反馈系统构成。 ZL50装载机液压系统 ZL50装载
4、机的发动机功率为150KW,工作装置液压系统的调定压力为15MPa,过载阀调定压力为18MPa,转向系统的调定压力为10MPa。 液压油源由三台定量液压泵和一个流量控制阀构成。 工作装置回路采用顺序单动回路 铰接式转向系统三位六通换向阀电磁气阀abc18MPa10MPaDE双作用安全阀铲斗液压缸储气筒15MPa电磁气阀动臂液压缸右四位六通换向阀流量控制阀转向阀单向节流阀左锁紧阀转向液压缸“撞斗撞斗”及双作用安全及双作用安全阀阀卸料时压力油进入铲斗液压缸的小腔,通过摇臂和推杆使铲斗翻转,当铲斗的重心越过铰支点后,便在重力作用下加速翻转,铲斗液压缸的运动速度会逐渐超过供油量控制的速度,由于补油阀能
5、及时向铲斗液压缸的小腔补油,使铲斗可以快速下翻撞击限位档块,以便将斗内的剩料震落。 流量Q发动机转速n(转/分)理想流量图3-3 独立式转向回路流量特性 (b)(a)齿轮泵P3Ad1d2D2P2D1P1通往液压转向系统液压泵进油口回油d2P3P2d1P1图3-4 转向齿轮泵大型装载机转向与工作回路之间有下列的相互关系:(1)在一个正常的作业循环中,工作装置的高负荷和转向回路的高负荷通常不是同时发生的。(2)发动机在高转速时,工作装置输出大的功率。即工作装置的高负荷发生在发动机高转速范围内。(3)发动机在所有转速范围内,要满足转向机构输出大的功率。即转向系统的高负荷发生在发动机的整个转速范围内。
6、(4)发动机在高转速时,同时需要大的牵引力和大的工作装置输出功率。即高的牵引力和高的工作装置负荷是在发动机最大的转速下同时发生的。 工作系统工作泵转向泵辅助泵发动机转速n(转/分)流量Q(升/分)图3-5 组合式转向回路发动机转速与各回路流量关系图 组合式转向回路的特点:(1)在发动机全部转速范围内,转向速度近于恒定;(2)工作装置在作业范围内,并无速度损失;(3)全部液压泵的总输出流量比通常的要小,提高了转向性能,又减少了发热;(4)可以采用较小和更经济的液压泵;(5)因所需的液压总功率比非组合式(独立式油路)的小,故改善了整机性能 ABBA中心箱阀杆阀体液压缸前车架铰接折腰转向的优点:(1
7、)在轴矩长、轮距宽的情况下,可使转弯半径小,转弯灵活;(2)转向时因前后轮在同一轨迹上,行使阻力小,因此即使在松软的土地上也能获得较大的牵引力;(3)装载机的铲斗部分,就地可以屈折,因此允许装载与卸载的位置有一些变化,使装卸作业周期时间缩短;(4)装载机因车体折腰使铲斗左右摆动,铲装物料均匀 进口2.8m3斗容量轮式装载机 该机型的载重量为5吨,发动机功率为150KW,与国产ZL50相当 开式多泵定量液压系统。 工作装置回路 转向回路5212027621314141516181312114232224252826291998717ZL90装载机液压系统 斗容量5m3 发动机功率为294KW。
8、泵源是三个CBG型齿轮泵 包括工作装置和转向两个液压回路。 采用换向阀式先导控制阀 工作泵出口处设置卸荷阀 ,达到轻载低压大流量,重载高压小流量的目的,能够更合理的使用发动机的功率。 15248671312910铲斗液压缸11314动臂液压缸1-转向泵;2-辅助泵;3-工作泵;4-双泵单路稳流阀;5-溢流阀;6-转向阀;7-锁紧阀;8-转向液压缸;9-储气罐;10-电磁气阀;11-卸荷阀;12-单向节流阀;13-液控多路换向阀;14-换向阀式先导控制阀 5m3斗容量装载机液压系统 载重量9吨,与ZL90相当 由一台功率为309Kw的柴油机带动2台双联叶片泵作为液压源。 系统工作压力为17.5M
9、Pa。 用减压阀式先导阀操纵多路换向阀动作 。 阀外合流。 在该系统动臂缸回路中串联一个快速下降阀及卸荷阀。使铲斗轻载快降,重载慢降。 2416232019181715988321313212211141210765411-铲斗缸;2-卸荷阀;3-快速下降阀;4-动臂缸;5-转向缸;6、11-多路换向阀组;7、12-动臂换向阀;8、13-双作用安全阀;9、24-铲斗换向阀;10、14、22-溢流阀;15-双泵单路稳流阀;16-转向控制阀组;17、19-转向泵;18-工作泵;20-辅助泵;21-减压式先导阀;23-控制泵 Hd出口入口铲斗轻载快降 Hd入口出口铲斗重载慢降 ZL100装载机液压系
10、统 斗容量为6m3 油源部分共有5台泵组成 换向阀式先导控制阀操纵 独特的转向系统 系统更复杂,功能更全面,性能更好。 abcd13121415981715576234EDAB182016191110CfGabcB(前车架)转向缸反馈杆固定点A后车架固定点向阀芯转向阀油箱流量控制阀转向小泵中心销前车架转向泵(大)4P1P23521转向泵(小)辅助泵调压阀流量分配阀去工作油路流量分配阀的先导阀转向阀拉杆(反馈机构)转向液压缸转向液压系统 C+D+E 最大流量转向用大泵 D(发动机低转速)发动机转速 n工作液压系统 A+B+E 最大流量工作泵 A+B转向用小泵 C辅助泵 E流量Q转向速度与发动机转
11、速无关,根据驾驶员的转向要求决定转向速度,即使发动机转速很高,驾驶员缓慢转动方向盘转向速度就可很缓慢。能获得最完善的转向性能,从流量特性图中可看出,没有ZL50装载机转向系统中那种在低、中速不转向时,辅助泵仍向转向油路供油的情况。这种转向油路不转向时辅助泵输出的油全部供给工作油路。即使在转向时,当转向速度较低,转向泵输出的流量可满足需要时,辅助泵的流量仍可全部供给工作油路。可见液压能的利用非常充分。 全液压装载机液压系统 井下使用的一种低车身铰接型轮式全液压前端装载机 行走液压系统采用了双向缸体摆动的轴向柱塞变量泵,分别与前后桥两对液压马达组成闭式系统。 斗容量为1.5m3,行走速度最高15k
12、m/h,单侧转向角度46度。柴油机功率74kW,最大牵引力70KN,最大铲掘力55KN,整机重量为110KN。 12122282928293567675891110121314151617181920431240393811373132303334353627262524232425262742525 轮式装载机液压系统分析小结 轮式装载机液压系统的特点是采用组合油路。系统的形式一般为多泵定量开式系统。它的好处是可将成本低、体积小、工作可靠,对油液的污染不敏感的齿轮泵应用于各类型的装载机上。系统的工作压力国产机型一般为1618MPa,进口机型为2125MPa。 各种类型装载机的工作装置回路均采
13、用顺序单动的连接方式,以保证铲斗可优先动作。中小型装载机采用手动换向阀直接操纵,大型装载机一般均采用手动先导式的换向阀。 由于轮式装载机都是铰接式车身结构,而且转向频繁,因此都采用组合式转向系统,一般的大中型装载机均采用三泵组合油路,超大型装载机则采用多泵组合油路。 2 单斗挖掘机液压系统 挖掘机工况概述 YW-40挖掘机液压系统 YW-60挖掘机液压系统 YW-100液压挖掘机 YW160挖掘机液压系统 YW180挖掘机液压系统 挖掘机液压系统分析小结 132挖掘机工况概述 挖掘工况通常以斗杆和铲斗液压缸2、3的伸缩、驱动斗杆和铲斗转动来进行挖掘。有时还要以动臂液压缸1的伸缩驱动臂转动来配合
14、,以保证铲斗按特定的轨迹运动。 满斗回转工况挖掘结束,动臂液压缸1伸出使动臂提升。同时回转液压马达(图中未示出)旋转,驱动转台回转到卸土处进行卸土。 卸载工况回转到卸土处,回转停止。通过动臂和斗杆液压缸1、2的配合动作,使斗对准卸土位置。缩回铲斗液压缸3,使铲斗向上翻转卸土。 返回工况卸载结束,转台反转,配以动臂和斗杆复合动作,把空斗返回到新的挖掘位置,开始第二个工作循环。 结论:执行元件多,复合动作频繁。 YW-40挖掘机液压系统 铲斗容量:0.4m3;回转速度:6.4r/min;行走速度:1.7km/h; 液压泵形式:阀式配流径向柱塞泵双排直立式;额定流量:255L/min 液压马达型式:
15、静力平衡液压马达;液压系统工作压力:21MPa 双泵双回路定量系统 液压制动,行走限速。 联动阀合流铲斗缸动臂缸斗杆缸14YW-60挖掘机液压系统 铲斗容量:0.6m3 液压泵型号:2ZB725双联轴向柱塞泵;液压泵排量:2106.5ml/r 液压马达型号:内曲线多作用径向柱塞式;液压马达转速:6.3r/min 液压马达排量:1.791/r;液压工作压力25MPa 双泵双回路总功率变量系统 采用手动减压式先导阀操纵液控换向阀 回转与行走采用由低速大扭矩马达直接驱动 的低速方案YW-100挖掘机液压系统 铲斗容量:1m3;发动机功率:110kW;机重:25104 N;系统工作压力:32MPa 液
16、压马达型式:内曲线多作用低速大扭矩马达;行走马达型号:2ZMS4000 (双排);排量:26.3610-4 m3/rad;回转马达型号:ZM2000;排量:3.1810-4 m3/rad 行走速度:3.4km/h(高速);1.7km/h(低速); 液压泵型号:2-65ZB6464I;排量:210410-2 m3/rad;额定流量:216.510-4 m3/s;额定工作压力:32MPa 液压系统的主要特点 双速行驶 限速措施 合流 防止热冲击的排灌油路 单独的泄油回路 补油油路 定量系统,效率较低、发热量大 A左5右5左6右623121514171617174201921222218779111
17、31088388888812YW160挖掘机液压系统 正铲斗容量:1.6m3;系统工作压力:28MPa 液压泵型号:2ZBZ140;最大排量2140ml/r 回转液压马达型号:ZM732;最大排量140ml/r 行走液压马达型号:ZM732;最大排量2140ml/r 采用手动减压式先导阀操纵 采用了压力油箱 独立的冷却循环油路 回转和行走采用高速马达配减速机构,即采用高速方案。高速马达和液压泵的型号、规格相同。 28MPa28MPa3MPa6580升BA87左 右210.15MPa3前 后ZF32174前后18ZF32后前5后前右左后前932MPa24.4MPa151625.6MPa32MPa
18、28MPa141325.6MPa32MPa32MPa121110YW180挖掘机液压系统 双泵双回路 变量泵分功率调节 减压阀式先导操纵 323117P1P222121P318B415A1B2A3132627B3C2B1C37回转斗杆12302033C4A2B3A35A3B4A1B1B3C3C2B2B4B3B2B13315C4C3C2C14A2A4C1C4A4A3A2A161614C1323224282925A4A1右行走左行走8动臂10919B1铲斗11B4P2B231AB回转回路的功能:平稳启动 限速补油制动锁紧1平稳起动:由于制动阀1的两端控制油路上,均设有单向节流阀5、4,可使起动平稳
19、无冲击。2限速、补油:当液压马达有失速现象时,由于液压泵对液压马达进油腔的供油不够,制动阀1将因液控端压力不足而将向中位移动,从而使液压马达回油口逐渐关小,起到限速作用;在失速严重的极限情况下,液压马达制动阀完全可回到中位,使回路通路切断,马达停止旋转。这里进油端将会出现负压现象,则可通过中位单向阀进行补油。3制动、锁紧:液压马达在制动时,由于液压泵来的进油中断(换向阀处中位),制动阀回中位。此时中位的二个单向阀将对液压马达起到可靠的锁定作用 控制阀图 3-24弹簧止回阀柱塞DBCFAE动臂液压缸G滑阀滑阀弹簧动臂平衡阀工作原理图 挖掘机液压系统分析小结 双泵定量系统与双泵变量系统 回转机构液
20、压驱动 高速方案与低速方案 双泵定量系统与双泵变量系统 系统中每台液压泵的功率一般为发动机有效功率的1/2。定量泵的功率利用一般在5460之间 ,当发动机的转速不变时,双泵定量系统中各执行元件原则上只有一种速度。当只需要进行单独动作时,为了提高功率利用,可以采用合流供油,工作速度则可增加一倍。 双泵变量系统的功率利用要比双泵定量系统高。双泵变量系统按其对发动机功率利用情况的不同,可分为分功率变量系统和总功率变量系统。 为了改善功率利用率和加快工作速度,在进行单个动作时,分功率变量系统可采用合流供油 结构简单、制造容易、成本低,工作可靠; 由于液压泵很少在满载荷下工作,故使用寿命长; 执行元件的
21、速度受外载荷变化的影响小,工作装置的运动轨迹易于控制,挖掘质量较好。当要求挖掘轨迹有规则的形状时,这一点是很重要的; 发动机的功率得不到充分利用 在功率利用方面双泵变量系统要优于双泵定量系统 总功率变量系统要优于分功率变量系统 执行元件分组是否合理,对于提高功率的利用十分重要 采用合流也是提高功率利用的一个途径 回转机构液压驱动 在挖掘机的工作循环中。回转过程约占总工作循环时间的5070,能量消耗约占2540。要提高生产率,减少回转时间是重要的一环。因此,应尽量增加启动、制动力矩和角加速度,并减少回转过程中的能量损耗。角加速度的增加受发动机或液压泵及系统所提供的最大扭矩和行走部分与土壤的附着力
22、矩的限制。 回转时的动载荷不可太大,因此转台的回转加速时间又不可太短,这主要取决于缓冲制动阀或换向阀的性能。 回转机构液压驱动型式及加速特性。 转台回转时,惯性载荷是主要载荷。在工作过程中,其它载荷如风载荷、摩擦载荷等一般可忽略不计。回转角度为90,一般不超过120。因此,起动和制动时间在整个回转过程中占的比例较大,而动力则主要消耗在起动过程中。 (1)驱动形式:按液压泵和制动方式的不同 a)定量泵供油、机械制动。 b)定量泵供油、液压制动。 c)分功率变量泵供油、机械制动 d)变量泵供油、液压制动。 e)总功率调节泵供油、机械制动。 f)总功率调节泵供油、液压制动。 defbc(2)加速特性
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