液压挖掘机液压系统的设计要求分析

液压挖掘机液压系统的设计要求分析

张杰，刘杰，李莉   

山重建机有限公司山东临沂276000

摘要：在人们的日常生产生活中，挖掘机的使用越来越常见。随着时间的推移，大型挖掘机在小范围场地工作时阻塞交通，噪音污染、能源浪费等问题随之产生。因此小型液压挖掘机的开发与使用越来越受到人们的关注。液压系统作为小型液压挖掘机最重要的组成部分，对其进行探究和分析具有十分重要的理论意义和现实意义。

关键词：小型挖掘机；机械结构；液压系统；设计

引言

随着社会经济飞速的发展，各个行业取得显著的进步，各个行业对挖掘机机械的应用逐渐普遍。[1]挖掘机，作为一种专门用来进行挖掘矿岩用的专用挖掘机械。它主要用途是用铲斗齿的刀刃来切削整个采场内部的矿岩并将其全部装入铲斗内，整个矿岩装满后即可通过提升回转带动起铲斗并通过回转完成挖掘目的。而液压动力挖掘机由于在液压动力装置和液压工作传动装置之间分别采用较为容积式的的液压动力传动，靠着对液体的流动压力更加能效地进行液压工作。

1液压挖掘机概述

小型液压挖掘机具有质量小、功能多、效率高、价格低、结构简单、保养维修方便等诸多优势，在城镇的管道开挖与铺设、修复路面、小型的基础建设、公共事业与房屋维修、栽培园林、清淤河道等情景下具有不可替代的作用。在大型挖掘机无法施工的环境中，体型紧凑、行动便捷的小型挖掘机首当其冲，并在越来越多的领域发光发热。小型挖掘机具有独特的液压动力系统，使得其可以安装更多辅助作业工具。小型挖掘机相较于其他挖掘机具有尾部旋转半径为零的特点，在作业空间狭小的情况下，不必过多考虑是否阻碍挖掘机转动，这就使得驾驶员可以专注于前方铲斗的操作，大大降低了周围施工现场损坏建筑物以及自身的可能性。小型挖掘机能够在很大的范围内摆动，得益于自身动臂与机身铰接的设计，这样的设计让小型挖掘机在周围有障碍物的情况下有了更多的操作空间，同时也减少了经常移动机身的麻烦，在墙壁或者围墙旁边进行挖掘工作也没有丝毫问题。在运输方面，小型挖掘机更小的体型大大方便了它的运输，小型的运输工具就可以满足各个施工现场转移的需求，大大降低了机器的运输成本。

2小型挖掘机液压系统的基本动作

2.1挖掘

铲斗液压缸和斗杆液压缸均可推动液压杆执行挖掘动作，有时二者需同时工作进行挖掘。当二者同时工作时，铲斗与斗杆有复合运动，必要时辅以动臂动作。面对挖掘过程中“挖不动”情况时，液压系统短时增加压力，提高主要压力阀压力，继而将障碍物挖除。

2.2挖斗举臂回转

第一个动作结束时，动臂液压缸推动动臂升起，挖斗提升，与此同时回转系统工作，旋转工作台转向卸料位置。此动作主要包括动臂和回转系统的配合运动。

2.3卸料回转

装置完毕，到达指定位置，斗杆液压缸推动斗杆调节卸料半径和卸料高度，用铲斗液压缸工作完成卸料，此过程主要是斗杆液压缸和铲斗液压缸的共同动作，必要时辅以动臂液压缸。

2.4回转至原来位置

卸料结束，回转系统工作，反向回转至挖掘位置，同时动臂液压缸和斗杆液压杆执行复合运动，准备重新进行挖掘动作。

2.5行走至下一工作地点

行走过程中可能将液压元件动作调整，要注意直线行驶，在装车运输和上下卡车时，容易发生倾斜危险。

3.挖掘机液压系统的设计要求

液压移动挖掘机的运行动作繁复，且需要具有多种传动机构，如移动行走机构、回转运行机构、动臂、斗杆和移动铲斗等，是一种完全具有多样化自由度的大型工程机械。这些主要制动机构经常需要起动、制动、换向，外力和负载变化很大，冲击和机械振动多，因此液压挖掘机对各种液压制动系统设计提出了很高的基本设计要求。根据专用液压颚式挖掘机的不同工作功能特点，其专用液压挖掘系统的总体设计结构需要特别满足以下几个要求：

3.1动力性要求

所谓的对动力性能的要求，就是在能够保证大型发动机不过载的必要前提下，尽量充分地综合利用大型发动机的最大功率，提高大型挖掘机的批量生产使用效率。例如，当外挂机负载较小时，往往用户希望通过增大执行油泵的动力输出量和流量，提高系统执行油泵元件的正常运动运行速度。双泵合流液压传动系统中就常常看到采用双泵合流的液压方式输出来用以提高液压发动机的最大功率综合利用率。

3.2操纵性要求

（1）调速性要求

挖掘机对调速操作的要求很高，如何按照驾驶工作者的意图来实现方便的操作控制，是各个液压系统的执行元件的调速是否稳定进行的保障，而挖掘机在作业中阻力变化大，各种不一样的作业情景使得挖掘机的功率变化变大，因此对于各个执行元件的调速性要求要好。

（2）复合操纵性要求

挖掘机对符合动作的协调性要求非常高。挖掘机在复合作业执行过程中虽然需要各个复合执行操作元件单独执行动作，但是在目前更多数的情况下还是要求各个复合执行操作元件之间能够通过相互配合能够实现复杂的多个复合单独动作。[4]因此，如何有效协调和管理控制多通道执行压力元件的自动复合压力运算时的压力流量和控制电源电力供给不足问题等也是压力挖掘机专用液压压力传感器控制系统在实际设计应用过程中必须重点考虑的。

3.3节能性要求

由于挖掘机的工作时间长，能源消耗大，要求整个液压系统的运行效率高，就要减少和降低各种执行元件及其管路的功率，因此我们在建造挖掘机的液压系统过程中要做到充分考虑各项节能的措施。但是当对每一个执行器元件都进行了调速和自动化的控制时，系统的所需流量远超油泵输出的所需流量，此时必然地还可能会造成一部分的流量亏损，因此，系统设计要求这一部分的电动机能量损失应该尽量减少。

3.4安全性要求

由于大型挖掘机的正常工作内部环境空气条件恶劣，载荷的快速变化及外部冲击力的振动较大，对于它们的内部液压传动系统通常需要同时具备一个有良好的压力过载载荷保护措施，防止内部油泵的压力过载及因外部载荷负载的外力冲击对各种类型液压系统运动机械作用控制单元的严重损坏。回转传动机构和操作人员的自动行走控制设备需要具有可靠的高速刹车和制动限速；有效防止快带运动臂由于自重过大导致高速快带运动减慢转速下降及运动整机的自重超速运动滑斜。

3.5其它性能要求

实现了零部件的标准化、构配件的专用化和国际通用化，降低了挖掘机的生产制造费用：由于液压挖掘机的作业环境条件差，各种功能零部件都要求具备良好的工作可靠性和良好的耐久性；由于目前挖掘机已经被广泛地应用到了城市建筑物的施工中，所以我们需要不断地改善挖掘机的操作性能，降低其振动及噪声，并且要注意它们在操作过程中的环境卫生。

结束语

本文对挖掘机液压系统进行了优化设计与分析，提出了一套有效的液压系统设计方案，并通过仿真分析验证了优化效果的优越性。研究成果为超大型矿用挖掘机的设计、制造和实际应用提供了理论支持，有助于提高挖掘机的工作效率和使用寿命。在未来的研究中，可以进一步关注液压系统的节能与环保性能，以适应绿色矿山建设的需求。

参考文献

[1]赵海涛,潘宏达,吴仲吉,彭亮. 矿用挖掘机回油系统优化设计方案研究[J]. 建设机械技术与管理,2023,36(03):62-64.

[2]孙祥云,王卓群,付圣灵. 一种矿用液压挖掘机铲斗开闭液压控制系统设计[J]. 中国新技术新产品,2020,(01):45-46.

[3]吕晓林. 一种矿用液压挖掘机铲斗开闭液压控制系统设计[J]. 液压气动与密封,2019,39(08):64-66.