液压传动及控制工程学院 米伯林一、液压随动系统在工程机械中的应用
由于自行式工程机械的发展,促使随动转向机构的产生,所谓随动转向,就是利用液压能操纵行驶方向的随动机构。
转向的任务:提高转向性能,减轻驾驶员强度
根据转向器、控制阀和缸的布置不同,三种方案:
1、整体式:助力缸、控制阀和转向器安装总成里。
2、连杆式:控制阀和助力缸组成 一体,与转向器分开安装。
3、分置式:转向器、控制阀和助力缸分开安装
一、滑阀式液压随动机构
(一)主离合器、转向离合器的液压助力机构
在大中型履带推土机上用液压助力操纵主离合器和转向离合器是很普遍的。
由阀杆 4、阀套(活塞) 5和液压缸体 6组成原理:右拉阀杆,弹簧压缩,关闭 B和 D孔,高压油进入活塞左端的 P
面,右端与回油通,活塞在左端高压下向右跟随阀杆运动。活塞带动摇臂 2绕轴 1转动,带动拨叉拨动离合座,使离合器结合,结合后阀杆停止,B,D孔又立即开启,阀杆 4复中位,活塞两端压力平衡,活塞位置保持不动。右拉杆 4,关闭 A,C孔。
(二)轮式车辆上采用的连杆式助力器这种助力器在刚性车架的轮式工程机械中应用广泛,
缸筒 2是可移动的,杆 3铰接机架上,阀体 4与缸筒 2做成一体,通过连杆与梯形转向板连接,中位时,进、出缸两腔均与箱通,阀体与阀芯相对不动。
结构:缸体 2与阀体 4连成一体,球头销 5通过连杆与转向梯形相连,活塞 3固定在机架上,从方向盘来的拉杆用球头销 6固定在可移动套筒内,随动阀阀芯 1用弹簧 8和螺母 9 固定在杆 10上杆 10与套筒 7相连,并靠弹簧 11定位,可转动螺母 9调整芯位置与阀套 12对准,B孔与缸左腔相连,A孔经管子与缸右腔相连,转方向盘时,筒
7移动,带动阀芯 1,使缸相应腔进、回油,缸体同阀体
4与阀芯同向移动,完成转向。
助力器工作过程,
芯右移,P压力油经 A孔至缸右腔,左腔经 B及 O回油箱,
缸体连同阀体右移,起到阀体跟上阀芯,直到中图套位置跟踪平衡停止,随动即停止。阀芯左移,与右移相反,如右图。
二、转阀式液压转向机构又称之为摆线转阀式全液压转向装置组成:由转向阀与计量马达组成的转向器、
转向缸组成,该装置取消了方向盘和转向轮之间的机械连接,只有油管连接,盘和阀芯相连,缸与转轮相连。
操纵轻便灵活、结构紧凑,易于安装布置,熄火时仍能保证转向性能。
(一)结构与液压系统结构:泵、缸、转向器(阀 6和马达 5)、安全阀 2、双向缓冲阀 7和单向阀 3,4组成转向机构液压系统图左转原理:
右转原理:
转向器结构图四个油口:泵 A,B油箱,C,D与转向缸两腔相连内部结构定子有 7个齿,转子有六个齿,转子以偏心距为半径,绕定子中心转动,转子围绕定子中心转动,
转子围绕定子转动称 公转,同时还以反方向绕自己轴线旋转称 自转,
转子自转一周的同时绕定子公转六周,即转子的公转是其自转转速的六倍,
转子转动时将形成七 个封闭容积,转子公转一周从七个齿槽空间排出油,转子自转一周,油从
6× 7= 42个密闭齿槽中挤出,因此这种马达单位体积排量大。
阀套和阀芯结构工作原理:中位时,缸和马达两腔处于封闭状态,转向轮不转。
右转向时:方向盘顺时针旋转左转向时:方向盘逆时针旋转
熄火转向(即手动转向)
二、汽车起重机液压系统
QY3型汽车起重机液压系统按国家标准设计和制造的有 3吨,5吨,8吨 16吨,65
吨等多种规格,讫该起重机是最小的,额定起重量为 3
吨,最大起重高度为 14.7米,底盘采用上海 SH- 130型 2
吨汽车底盘,并进行了加固。起升、制动、回转、变幅、伸臂和支腿等工作机构则全部采用液压传动。
液压系统为串联开式系统,由两独立泵供油小泵型号,CB- F10C- FL 压力为 14兆帕 流量 10升 /分分管回转机构。
大泵型号,25MCY柱塞泵 压力为 28兆帕 流量 25升 /分分管起;起升、制动、回转、变幅、伸臂和支腿等机构。
液压系统图主要回路
1、支腿回路换向阀 3至 B位,再旋转阀 8,四支腿同时支撑和单独调平,如阀 3移至 A位,再旋阀 8可使四支腿同时收起和单独收起,为防止软腿,油路中均设有双向液压锁。
2、起升油路采用低速大扭矩马达,阀 4处于 A位时,通过中心回转接头和平衡阀卷筒正转,背压阀使马达具有 0.5- 1兆帕压力以防滚轮脱离马达内曲线滚道,缓冲阀是防止油路过载和产生负压。
3、制动回路采用常闭式制动器,平时制动,卷筒需要旋转时松开,注意阀 4中位时刹紧,工作位时松开。
4、伸缩回路阀 5左右位时,油通过回转接头 21进入缸 10外伸或缩回,大腔回路设置平衡阀。
5、变幅回路最后回路是变幅,缸 11的工作回路,系统压力不満载情况串联油路均可同时工作,如起升和变幅同时工作,提高效率,某些吊装工况要求复合动作。
6、回转回路回转机构采用了和起升机构相同的内曲线大扭矩马达,因回转所需流量和压力比起起升马达 9以及其它元件来说小得多,
因此专门由小泵供油。
QY40型汽车起重机液压系统最大起重量为 40吨,适用安装及卸货除行走外,起升、回转、变幅、臂架伸缩及支腿均采用液压传动系统为开式双泵双回路串联系统,A,B两泵相同,构成两个回路,A驱动起升,B
将向回转、臂架伸缩和变幅油路供油,
为充分利用泵的功率和扩大调速范围,
双泵可合流向起升回路供油。
系统分析
1、支腿回路
B泵供油,阀组 1中的转换阀 1- 1图示位泵向支腿供油,压力阀 5控制,属大型 H型支腿,垂直缸
8由阀 1- 3和转阀 6共同控制,收腿时转阀 6处于全通,阀 1- 3处左位。油推开单向阀 46入缸下腔;阀 1- 3处右位,转阀 6处于全通,油向上腔供油
2,回转机构由低大内曲线 NJM- 28马达 11驱动。阀 2- 1操纵,
图示 9阀两端通油箱阀处中位,此时马达制动,
泵 B卸荷;阀 2- 1处右位,泵 B油经 1- 1,2- 1,
使阀 9处右位油进马达,2- 1左位时反向流入马达。
回转动载荷较大,油路中设有两方向相反的缓冲阀形成制动和补油。制动压力为 2
兆帕,阀 9作用是使缓冲阀制动时压力低,
启动时压力高,保证起动力矩,脚踏机械制动器起主要制动作用。
3、伸缩机构共有四节臂架,其中三节为活动臂,分别由三个单级双作用液压缸推动伸缩,臂架是按一、二、三顺序伸出,而按三、
二、一 缩回,为便于理解先以两节活动臂为例介绍其结构原理。
第一节杆固定在基本臂后端,筒后端与一节动臂相连,
动臂由筒带动伸缩。二节动臂缸筒后端与一节动臂后端连接,杆与第二节活动臂前端连接。顺序伸缩是由行程顺序阀 3控制原理,5处右位,油 A口进缸 1杆中间通道,导向杆在油作用下被推到左端极限使芯 C靠左端,关闭有 E,F腔,摆块 7使芯 D右移,关闭 G,H腔,打开 H,L腔,油管 8的油进入阀芯 D的 H,LE腔,入缸 1活塞左腔,缸筒向左移动。
右腔油入杆外侧经 B穿过阀回油箱。筒移动同时,杆中间通道油管也随之移动,筒到达终点前管 8右端台肩先被活塞挡住,筒仍可移动一小段距离,直到管左端肩与阀体 S面接触止。芯 C在弹簧力向右移动,F与 E腔接通。中间油道压力油经 H腔入 F腔,E腔,再经芯 D的 G腔入二节缸 2的右端推杆向左移动。阀芯 D左端的行程档块 6离开芯 D的端部,D在弹簧作用下向左关闭 L,H通道,
打开 H,G通道,中间通道压力油直接从 H腔经 G腔入缸 2
的右腔,左腔排油入缸 1右腔经杆外侧通道,B口及阀回油箱。
阀 5处位,B口入外侧经缸 1右腔,此时缸 1不动,塞右移,二节臂缩回,终点时,油不再流入缸 2 而入缸
1右腔推缸筒右移带动一节臂缩回,到终点时中间通道油管左端肩将芯 C向左推动到图示位置,上述是这种顺序伸缩机构一个工作循环过程
QY40型起重机伸缩机构液压原理图阀右位,油经 a,18上位入大腔,筒移动,小腔油经杆外侧道,由 b口回油箱,终点时,17上位工作与接通,油从 c口经 20上位进入缸 15大腔筒外伸,小腔油从 d口进缸 16小腔,进入杆外侧通道,由 b口回油箱,缸 15筒向上移动,18
移动下位工作,将 16中间通道与缸 15中间道完全接通,15至终点时,油从三节臂缸 e口进入大腔,杆外伸,小腔油通过二节、一节动臂小腔和杆外侧通道至阀回油箱,动作与一节动臂顺序阀相同。注意:外伸是一、二、三,回相反。
阀处左位工作,油从 b口进杆外侧道入小腔,因阀芯 18处下位,缸并不缩回,缸 16大腔油无法排出,只能小腔排出,进 15d口经杆外侧入小腔,缸同样不能缩回,油直接入 14小腔塞带三节动臂缩回,大腔油从 e口流出,经缸 15上面的顺序阀入中间通道从 c口流出,再从 16上面顺序阀经 a口流出,通过平衡阀中的顺序阀至换阀回箱,当三节臂至终点时,挡块将芯 20压下使上位工作,如图 8- 37状态,接通 15回油,15
大腔油经 20上位从 c口流出,通过 18下位,入 16
中间通道从 a口流出。同理,二节动臂至终点压下阀芯 18接通缸 16回油,一节动臂开始缩回,
至终点阀芯 17由中间通道油管台肩推动向上移动处于 8- 37所示状态,为这是缩回过程。
4、变幅机构活塞杆直径较大,为使小腔压力不至过高,溢阀 24压力调为 7兆帕,要求要带载变幅,为避免臂架下降过快发生事故,并可准确稳定停留在某一位置,回路中采用平衡回路。
5、起升机构包括主、副巻扬两套装置。主副巻筒支承在同一根传动轴上,但并不和这根轴固定联接,而是通过两套常开式离合器分别和传动轴联系起来,该轴由马达 26通过减速器装置驱动,
打开制动器,合上离合器,马达才能带动巻筒转动,
若打开制动器,不合离合器,两巻筒在支承轴上自由转动,重物可按自由落体下落该机有四种调速方法

泵A
,B
均可供油

改变发动机转速

可改变泵流量

加上重物的自由落体下降

可得到较大的调速范围

主要元件和油路的作用:
阀 44遥控溢阀 43,43控泵 B向起升油路供油时压力与泵 A压力相同( 21
兆帕)此时 44通电处右位。截止远控油路,图示为泵 B卸荷。液控阀 41控制泵 A向蓄器 36充压,蓄器压力低于 12兆帕阀 41处图示位置,A向蓄器充油,当压力升到调定值时,阀处左位,切断泵 A向蓄器供油。
42防蓄器油倒流。液控阀 40
控制顺序阀 39,A向蓄器充油在蓄器低于规定 7兆帕时阀 39
断泵 A向起升油路供油,这时阀处图示态,顺序阀远控口与回油相通,主油路不通,泵 A
继续向蓄器充油,达到规定值时,40换接左位,顺阀控口与与蓄器压力油路接通,泵 A与起升油路接通,可向马达 26供油。
单向阀 48:起升不需两泵合流时,泵 B卸荷防泵 A压力油与回油路相通。
单向阀 25:回油向马达 26补油,
远控溢阀 28:马达 26的行程限制器,重物起升至极限,
电阀 29通电,28的远控口与回油路接通,卸荷停止起升。 27平衡阀限制下速度,或使重物停在空中。
压力继电器 38:蓄器压力低于规定值时,发出信号提醒司机开动泵向蓄器充油。
蓄器 36:向离合器和制动器供油液控阀 35:控制制动器缸进油通路。
换向阀 34:控制巻筒制动器和离合器进回油路。
主回路,2- 4左右位重物升降,电阀处图示位,溢 43卸荷泵 B,泵 A独供,44通电右位工作,切断泵 B卸荷踽路,
泵 AB合流供马达 26,高速转动。
控制油路,指控制两个巻筒上的制动器与离合器开闭动作的油路。
常闭式制动器靠弹簧紧闸,离合器是常开式的,离合器缸进油时才能结合,两器缸由蓄器 36供油产生推力,
工作过程中即使泵发生故障,离合器仍能结合。两套制动器与两套离合器分别控制主、副巻筒,可同时或分别转动,离缸 31由蓄器推动,把巻筒与轴结合,制动器缸 30在蓄器压力下使制动器松闸,当蓄器不向制动器缸 30供压力油时,可操纵脚踏泵 32使其向制动缸
30供油使制动器松闸。
制动器与离合器的配合动作:
1、图示状态,31和 30两缸均与回油相通,制动器闸紧,
离合器脱离,巻筒不转,踏泵 32,则制动缸 30松闸,,
巻筒重物作用自由转动,实现快速下降,且可控制制动力大小,若换阀 34右位,蓄器油可进入缸 31的大腔,
杆外伸,离合器结合,制动器缸 30仍回油,制动器仍处于闸紧。
2、换阀 2- 4离开中位,马达 26工作,液控阀 35处右位,
蓄器油进入两阀 34,离合器脱开,制动器闸紧马达 26
空转,巻筒仍不动。这时若踏泵 32,重物仍可自由下降。若 2- 4处右位,两缸同时与压力油通,离合器结合,制动器松闸,马达驱动转筒转动,重物按一定速度升降,由于泵 32前单向阀阻尼,制动器松闸比离合器结合滞后一点。避免短时失去控制而使重物下滑,
制动中缸 30中的油可迅速单向阀排出,制动器可迅速上闸。
脚踏泵 32结构原理:
由活塞 2、缸体 3和小阀芯 4组成。阀 34处于右位,马达 26
工作,蓄器压油从 B孔进入左腔,经塞上 D孔和 E孔通过小阀芯 4上的小孔流入缸右腔,再从 C孔进入制动缸 30
使松闸。当换阀 34处于左位工作时,制缸与回油通,
缸 的油在弹簧力作用下,从 C孔进踏泵右腔经小阀芯上的小孔和活塞上的 E孔和 D孔流进左腔,由 B孔通过单向节流阀 33回油箱。
踏泵时顶杆 1推动活塞 2右移,阀芯 4离开定位螺栓 7阀芯 4在弹簧 5作用下关闭 E孔,右腔回油通路被切断,活塞的右移使右腔油压力将制动器松闸,随着压力大小不同,可调整制动力矩,
控制重物的下降速度,直至重物可自由下降,
不踏泵时,塞 2在弹簧 6作用左移至极限,小阀芯 4由定位螺栓 7的阻挡而脱开 E孔,恢复图示状态。
三、全液压挖掘机液压系统
总体结构包括:动力装置、回转机构、
操纵机构、传动系统、行走机构、和辅助设备等。
常用的全回转式挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都安装在可回转的平台上,通常称为 上部转台,因此又可将该挖掘机概括成工作装置、上部转台和行走机构等三部分。
单斗液压挖掘机由工作装置、回转机构、和行走机构三大部分组成,
以反铲为例:每一工作循环的主要动作包括挖掘、満斗提升及回转、
卸载和返回。有时为调整或转移挖掘地点,还要作整机行走,由此可见,单斗液压挖掘机的执行元件较多,复合动作频繁。
液压挖掘机挖掘机液压系统的结构及组成
YW- 40挖掘机液压系统主要性能参数:反铲斗容量为 0.4立方米液压泵型式:阀式配流径向柱塞泵双排直立式液压系统工作压力,21兆帕额定流量,2× 55升 /分液压马达型式:靜力平衡液压马达回转速度,6.4转 /分行走速度,1.7公里 /小时系统特点:
挖掘机采用双泵双回路定量系统,每个回路采用并联供油,泵输出的压力油除了供回转马达、斗杆缸外,还经中央回转接头 6供右行走马达 4。泵供动臂缸、铲斗缸及经回转接头供左行走马达 1。
DY4-55型液压挖掘装载机液压系统系统采用单泵单回路定量串并联系统工作压力,14兆帕 流量,96升 /分 限压阀 17.5兆帕由于压力不高,采用了并联回路,各执行元件不受顺序限制而动作,当所有换阀处中位时,压力油经各个阀及散热器 13和滤油器 14返回油箱。
原理:如扳动阀组 3中 5手柄,油进入缸工作腔,回油经此阀回流,若搬动提升臂 6柄的,则提升工作,
反铲作业时,阀组 3应处中位,这时,搬动阀组 4的支腿油缸 7,12换阀,使支腿着地由于阀组 3,4 分别操纵装载斗和反铲斗,前者不在中位时切断了回油路,所以两者不能同时工作。
注意:为保护系统,斗杆缸大腔油路上装有 21兆帕、回转马达 9两腔油路上设有 8兆帕的缓冲阀。
液压挖掘装载机液压系统原理图
YW-100液压挖掘机主要性能参数反铲斗容量,1.0立方米液压泵型号:阀式配流径向柱塞泵 2- 65× ZB64× 64 I
最高工作压力,32MPa
额定流量( 1600转 /分时) 2× 100升 /分马达型式:内曲线多作用低速大扭矩马达回转马达型号,ZM2000 单排排量,2升转行走液压马达型号,2ZMS4000 双排行走速度:快速 3.4公里 /小时慢速 1.7公里 /小时系统特点:采用双泵双回路定量系统液压系统图系统由两个独立回路组成:
分为 AB两泵,八联多路阀分为两组,每组四联阀为串联
A油进入 1组(带合流阀)驱动回转马达、铲斗缸、辅助缸、
并经中央接头驱动右行走马达 7,这组元件不工作时泵
A输出的压力油经合流阀进入 2组,以加快动臂或斗杆的工作速度,泵 B油进入二组多路阀,驱动动臂缸、斗杆缸,经中央接头驱动左行走马达 8 和推土缸 6。
两组多阀采用串联回路,回油路并联,油经两组多阀中的限速阀 5回油箱,限速阀液控口作用着由梭阀提供的两泵最大压力,下坡行走超速时泵出口压力降低,限速阀 5自动对回油进行节流,防止溜坡现象,保证安全为防止缸自重超速,回路中设有单向节流阀,两组多阀进油路各设有安全阀,限制最大压力,各执行元件分支油路中设过载阀,吸收冲击,单向阀防止油倒流。
左右行走马达:内部设补油阀、双速电磁阀 9,图示内部两排核定柱塞串联高速、通电并联低速驱动力加大。
低压油路:
1、排灌油路:背压油路中低油,节流降压后供给马达壳体,保持一定循环量,及时冲洗磨损产物。同时油温较高,可对马达预热
2,泄漏油路:阀、马达的泄漏回油用油管集中通过五通接头和滤油器回油箱
3,补油油路:回油经背压阀,产生 0.8- 1.0兆帕的补油压力,以便马达制动或超速时,油可经补油阀内部补油,
以防马达内部柱塞滾轮脱离导轨表面该系统采用定量泵,效率低发热大,为防过大升温,回油路 中设置强制风冷式散热器,油温控制在 80度以下。
WY- 60型履带式单斗液压挖掘机
主要性能参数:
反铲斗容量,0。 6立方米
泵型号,2ZB725双联轴向柱塞泵
系统工作压力,25兆帕 最大流量为 2× 125升 /分
泵排量,2× 106.5毫升 /分
马达型号:内曲线多作用径向柱塞式
马达转速,6.3转 /分
马达排量,1.79升 /转
系统特点:为双泵双回路总功率变量系统,由一对双联轴向柱塞泵、双向对流油路的三位六通液控多阀、
缸、回转和行走马达等元件组成,采用斜轴式轴泵,
以液压方式相互联系两恒功率调节器,保证两泵摆角相同,油路以互锁及并联方式组成,能实现两个动作复合。
发动机 1驱动柱泵 2,3和齿泵 4,2,3泵起始压力 10兆帕,
全功率调节机构,根据系统压力进行变量,泵输出压力分两路进入由 8个三位六通阀组成的双向对流式阀组
10,形成顺序单动和并联结合的主油路。
先导阀操纵系统自成独立油路,由齿泵供油,压力为 2.5
兆帕。空载时油液经阀组 10,散器 9滤器 7回箱,压力超 25兆帕油经安全阀回油箱。
3个缸都能实现阀外自动合流,斗杆缸 20的大小腔均可双泵合流,而臂缸 19和铲斗缸 21只有大腔合流进油,合流过程由两位阀 11自动调节,缸和换阀之间装有 30兆帕的限压补油阀,保证闭锁压力,以及出现负压时补油,动臂大腔装有单向节流阀 25,防止超速下降,导阀 24操纵行走马达 12,16,马达装有制动阀 13,15和 18,
具有闭锁、限速、制动和补油,10处图示中位,制动阀的两条回路通回油,制动阀杆也处于图示中位,马达两腔封死,起制动和闭锁作用。 10在工作位时,制动阀的一条回路通高压油,压油通过节流孔推阀杆右移或左移,使马达的一腔与高压油路程相通,另腔回油马达运转。下坡行驶时,马达超速进油路压力降低,作用在制动阀杆一端压力也大大降低,在回位弹簧作用下阀杆向中位移动,回油发生节流,限制马达转速不,
回油在背压阀作用下,推开中位时的单向阀向该腔补油,使马达在任何情况下都不会产生吸空。
主回路中装有 0.7- 1.0兆帕的回油背压阀,阀前引出一条预热回路对马达预热,以防咬伤柱泵的配油盘和转子。
油箱上的油温制指示器在油温超过 60度时,打开电磁开关,齒泵通过阀组 5由齿轮马达 6带动风扇 8转动,对油进行强制冷却。
特点,采用对流式顺序单动和并联结合的主油路,各缸都能双泵合流,马达装有多功能液压制动阀;设有油温指示信号器,以便及时进行冷却和清洗滤油器。
YW- 160挖掘机液压系统主要性能参数:
正铲斗容量,1.6立方米泵型号,2ZBZ140
系统工作压力,28兆帕 最大排量,2× 140毫升 /转回转马达型号,ZM732 最大排量 140毫升 /转行走马达型号,ZM732 最大排量 140毫升 /转主泵 2等构成双回路全工功率变量系统,换向阀组 5,7是三位六通并联组合式回路,阀组 5操纵左行马达 12、回转马达 13和斗杆缸 14;换向阀组 7操纵斗底缸 8、铲斗缸
9、臂缸 10和右行走马达 11,通过合流阀 19可对臂缸 11
合流供油,各换阀进出油路都装有 32兆帕的限压阀,
臂缸大腔还装有单向节流阀 6。齿泵 3对先导系统供油最大压力为 3.0兆帕,导阀组 15,16控制相应阀组 5,7,
系统中还设有蓄器 4,稳定压力,齿泵 1对独立冷却系统供油,为防止主泵 2 吸空,采用了预压油箱 17,若预压力消失,继电器 18发出指示信号