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1、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）12-0049-06Analysis of Rexroth hydraulic system in excavatorsHuANG 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
2、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：多路阀液压系统（主油路）；液压泵控制液压系统（包括与发动机综合控制）；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；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
3、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
4、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
5、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（P1=P2=P=PP-PLmax），则通过各操纵阀的流量 Q=kP，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：PC=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
6、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
7、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 3A11VO 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
8、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=PLma
9、xA+FSP=P-PLmax=FS/A当P 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P 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，
10、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U415.52+4文献标识码B文章编号1001-1366（2004）12-0054-03Research and design of measure system of oil tankQu 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
11、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
12、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