挖掘機液壓系統分析及其發(fā)展趨勢

孫強 曾科 江威波

摘 要：挖掘機作為我國工程機械行業(yè)的主力機種，被廣泛應用于各行各業(yè)的施工任務中。由于挖掘機工作條件惡劣，要求實現的動作復雜，使它對液壓系統的設計有很高的要求，其液壓系統在工程機械液壓系統中也最為復雜。因此，對挖掘機液壓系統的分析設計對推動我國挖掘機發(fā)展具有十分重要的意義。隨著挖掘機的發(fā)展延伸向大型化、微型化、多功能遠程控制化、專用化，其液壓技術也在不斷的改進與提升。

關鍵詞：工程機械;挖掘機;液壓系統

一、挖掘機發(fā)展背景

隨著經濟的快速發(fā)展，液壓挖掘機在各種工程建設領域，特別是基礎設施建設中起到越來越明顯的作用，液壓挖掘機作為一類快速、高效的施工機械越來越被人們所認知。挖掘機的發(fā)展與液壓技術密不可分，二者互相促進。一方面，液壓技術是現代挖掘機的技術奠定，另一方面，挖掘機的發(fā)展使液壓技術得到了提高。近幾年，有關挖掘機液壓系統方面的文獻很多，論述現代液壓挖掘機液壓系統的論文卻較少，因此研究挖掘機液壓系統具有一定的現實意義和理論意義。

二 、液壓挖掘機液壓系統分析

（一）挖掘機液壓系統的基本組成及其基本要求

液壓挖掘機的動作繁雜，并具有多種機構，例如行走機構、回轉機構、動臂、斗桿和鏟斗等，是一種具有多自由度的工程機械。這些主要機構經常起動、制動和換向，外負載變化很大，沖擊和振動多，因此挖掘機對液壓系統有很高的設計要求。根據液壓挖掘機的工作特征，其液壓系統的設計需要滿足下面的要求：

1.具有較好的生產能力

挖掘機的生產能力主要取決于它的掘進力、運動速度、響應速度、斗容量和工作范圍。挖掘機液壓系統總是追求更快的運動速度和響應速度更高的系統壓力。

2.具有較高的系統總效率

在發(fā)動機總效率、液壓系統總效率和機械裝置總效率中，液壓系統總效率對挖掘機整機效率影響尤為明顯，并且液壓系統的功率損失大部分會轉變?yōu)闊崮?，引起油溫升高等不良結果，較高的液壓系統總效率能使挖掘機在工作時有更低的生產成本，更高的生產能力與可靠性。

3.具有較好的可靠性，便于維修

挖掘機能量消耗大，工作時間長，要求液壓系統的效率高，就得降低各個執(zhí)行件和管路的能耗，所以在挖掘機液壓系統中要充分考慮各種節(jié)能方法。當對各個執(zhí)行元件進行調速控制時，油泵的輸出流量小于系統所需流量，此時肯定會導致一部分流量損失。系統要求這部分的能量損失盡量小，當挖掘機處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低空載回油的壓力，泵的輸出流量，也是降低能耗的關鍵。

（二）挖掘機液壓系統的基本動作分析

（1）挖掘。一般以鏟斗液壓缸或斗桿液壓缸分別進行單獨挖掘，或者兩者進行配合挖掘。在挖掘過程中主要是鏟斗與斗桿有復合動作，必要時輔以動臂動作。

（2）滿斗舉升回轉。挖掘結束后，動臂缸將動臂頂起、滿斗提升，同時回轉液壓馬達使轉臺轉向卸土處，這種主要是動臂與回轉的復合動作。動臂舉升與鏟斗自動舉升到正確的卸載高度。因為卸載所需回轉角度不同，隨挖掘機相對自卸車的位置而變，所以動臂舉升速度與回轉速度相對關系是能調整的。

（3）卸荷?；剞D到卸土位置時，轉臺制動，用斗桿調節(jié)卸載高度和卸載半徑，用鏟斗缸卸載。為了調整卸載位置，還要將動臂配合動作。卸荷時，以斗桿和鏟斗復合動作為主，動臂動作為輔。

（4）空斗回縮。卸荷結束后，轉臺逆時針回轉，動臂缸與斗桿缸互相配合動作，空斗放到新的挖掘點，此時是回轉、動臂、和斗桿復合動作。

三、挖掘機液壓系統的發(fā)展趨勢

（1）挖掘機的液壓系統的整體化、模塊化、全液壓化方向發(fā)展。目前在中、小型的液壓挖掘機中液壓系統就已經有明顯的向變量系統轉變的趨勢。這是因為變量系統在液壓系統的運行過程中，油路壓力降低時使用增大其供油流量來進行補償，使液壓泵的運行功率保持穩(wěn)定，所以在使用變量泵的挖掘機液壓系統中可保持充分的利用液壓泵的最大功率;在當外負載增大時對應使其流量減小（降低執(zhí)行元件速度），使挖斗的挖掘力大大增加;挖掘機逐漸從單一的手柄聯動操縱發(fā)展到液壓先導操縱、氣壓先導操縱、液壓反饋伺服操縱和比例電氣控制、遠程無線電遙控、計算機綜合軟件控制。以上的種種控制方式及系統，都是挖掘機的逐漸向全液壓化發(fā)展奠定堅實基礎。

（2）更加重視采用新工藝、新結構、新技術，加快通用化、系列化、標準化的發(fā)展腳步。例如美國的LS-5800 型液壓挖掘機是林肯貝爾特公司新 C 系的代表之作，該挖掘機的液壓系統控制方式是全自動化，不僅可以根據負載大小自動調節(jié)供給流量去優(yōu)化功率的使用，還裝備了 CAPS，即計算機輔助功率系統，zhe套系統的組合不僅提高了挖掘機的日常作業(yè)效率，還更出色的發(fā)揮了液壓系統的優(yōu)勢;諸如此類的應用還有韓國的大宇公司研發(fā)的 DH280 型挖掘機，在該挖掘機上采用了 EPOS ，即電子功率優(yōu)化系統，該系統可以根據發(fā)動機的負荷的變化，自動的去調節(jié)液壓泵所消耗的功率，大大提高挖掘機的作業(yè)效率，又解決了發(fā)動機因過載而熄火的問題。

四、總結

挖掘機的發(fā)展離不開液壓技術的支撐，在液壓技術領域潛心鉆研提升液壓動力，發(fā)展操作控制的舒適性與可靠性，在滿足工況需求的同時節(jié)約能耗，使液壓系統更加簡潔、智能是我們作為液壓從業(yè)人員的努力方向！

參考文獻

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作者簡介：孫強（1992-），男，河南信陽人，漢族， 職稱：助理工程師，本科，研究方向：工程機械液壓系統控制設計。

通訊作者：孫強