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2 0 1 2年 5月 第 4 O卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAULI CS Ma v 2 01 2 Vo 1 ． 40 No ． 1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 2 8 基于不二越液压元件的 wY 一 6 O挖掘机液压系统的改进设计 张建中 ，王凤 霞 ，王浩黔 ，李坤 ，卢寿丽 1 ．山东科技大学泰安校区，山东泰安 2 7 1 0 1 9 ； 2 ．山东科技大学机械电ff - _r _ 学院，山东青岛2 6 6 5 9 0 ； 3 ．平顶山煤矿机械有限责任公 司，河南平顶山 4 6 7 0 0 1 摘要在分析现行液压系统的基础上，采用体积小、速度快和压力高的不二越液压元件 ，设计了一种新型液压系统， 并成功应用于 WY - 6 0挖掘机上。经使用证明该系统各项性能稳定，且有效缩短了工作转移时间，改善了回转性能，提高 了行走速度及驱动压力。同时绘制了行走性能曲线 ，从该曲线可以看出挖掘机在行驶过程中，随着负载的增加 ，双速行 走马达会 自动切换速度 ，无需人工操作，从而有效地减少了人工操作量 ，提高了整机作业效率。 关键词液压挖掘机；液压系统；不二越液压元件；行走曲线 中图分类号T H 2 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 0 0 8 7 3 Re d e s i g n o f W Y一 6 O Ex c a v a t o r Hy d r a ul i c S y s t e m Ba s e d o n NACHI Hy dr a u l i c Co mpo n e nt s Z HAN G J i a n z h o n g 。 ，WANG F e n g x i a ，WANG Ha o q i a n ，L I K u n ，L U S h o u l i 1 ． T a i a n S c h o o l D i v i s i o n ，S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，T a i a n S h a n d o n g 2 7 1 0 1 9 ，C h i n a ； 2． Co l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r o n i c En g i n e e r i n g， S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy，Q i n g d a o S h a n d o n g 2 6 6 5 9 0 ，C h i n a ； 3 ． P i n g d i n g s h a n Mi n i n g Ma c h i n e r y C o ． ，L t d ，P i n g d i n g s h a n H e n a n 4 6 7 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e p r e s e n t h y d r a u l i c s y s t e m ， a k i n d o f n e w s t y l e h y d r a u l i c s y s t e m wa s d e s i g n e d a n d a p p l i e d t o t h e W Y- 6 0 e x c a v a t o r u s i n g t h e s ma l l s i z e，f a s t s p e e d a n d h i g h p r e s s u r e N AC HI h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ． I t i s p r o o f e d t h a t t h e wo r k i n g t i me i s s h o r t e n e d e f f e c t i v e l y w i t h s t a b l e p e rf o r ma n c e o f t h e w h o l e s y s t e m， t u r n i n g p e r f o r ma n c e i s i mp r o v e d， a n d t h e walk i n g s p e e d a n d d r i v i n g p r e s s u r e a r e i mp r o v e d ． T h e d r a wn wa l k i n g c u e s s h o w t h a t a l o n g wi t h i n c r e a s e d l o a d ， t h e d o u b l e s p e e d w a l k mo t o r c a n s wi t c h s p e e d a u t o ma t i c a l l y ，wi t h o u t ma n u o p e r a t i o n ． T h u s man u a l o p e r a t i o n q u a n t i t y i s r e d u c e d， a n d o p e r a t i o n a l e ffi c i e n c y o f t h e ma c h i n e i s i mp r o v e d ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c e x c a v a t o r ； Hy d r a u l i c s y s t e m； NAC HI h y d r a u l i c c o mp o n e n t s ； W alk i n g c u r v e 液压挖掘机是工程机械领域中最典型的土石方施 工设 备 ，被广泛应用于矿山采掘 、交通运输 、水 利工 程等领域 。液压系统性能对整机 的性能起到 了关键性 的作用 。 据统计 ，目前我国挖掘机所 占的国内市场份额为 2 0 ％ ～ 3 0 ％ ，可见大多数 的市场被 国外其他 品牌所 占 据 。然而这仅有 的 2 0 ％ 一 3 0 ％ 的国产 挖 掘机 的核 心 液压元件均是从 国外进 口。为 了发展 国产挖掘机 ，提 高其市场竞争力 ，就要尽早突破核心液压元件的制约 为满足市场需求，就要尽早研制出体积小、速度快、 功率高的液压元件新产品。因此，对其液压系统及液 压元件 的分析与研究具有十分重要的现实意义 。 1 问题的提 出 目前液压系统的主要缺陷 1 液压系统采用 了很 多的控制 阀 ，结构 复杂 ， 工作过程中节流损失很大，而且需要多个泵为不同的 执行机构提供能量。 2 制造成本较高，能耗大，和发动机功率不 相匹配 ，影响整机的性能 ，再 者液压 系统 的失效将会 影响主系统的失效，从而造成严重的经济损失。 为 了克服上述液压 系统 的缺 陷，设计 了一种新型 液压系统 ，将 泵 、马达 、液压缸和各种阀有机地组合 在一起，使整机性能最优化，且从根本上解决了上述 缺点 。这种液压 系统现 已在小型履带式液压挖掘机上 正式使用 ，从 WY - 6 0挖掘机的试机效果看 ，功率的 利用率得到了很大提高 。 2 液压系统 2 ． 1 液压 系统 的组 成 液压系统 由液压泵、液压缸、液压马达、控制 阀 、管路 、油 箱 等 组 成。WY -6 0挖 掘 机 是 履 带 式 、 全转动 、全液压驱动的单斗小挖 ，该 机的液压系统主 要采用的是最具代表性的E t 本不二越液压元件。 收稿 日期 2 0 1 1 0 41 9 作者简介张建中，男 ，教授，主要从 事机械设计及机 电一体方向的教学和科研工作。通信作者王风霞，Em a i l wf x 1 9 8 40 6 04 1 6 3． c o n。 8 8 机床与液压 第4 0卷 2 ． 2 液压 系统 的工 作原理 液压 系统 如 图 1 的工作原理 液压泵通 过多 路操纵阀为动臂 、斗杆或铲斗油缸提供液压油，从而 实现挖掘机动臂、斗杆的提升或下降，铲斗的卸土， 工作装置位置和姿态的调整等。经多路操纵阀进入回 转 马达 的液压油 ，可实现马达 的正 、反转 。通过固定 在上平台上的回转 马达小齿轮绕 回转支承外 圈上 的内 齿的啮合转动，实现平台正、反两个方 向的全转动。 回转 马达上装有补油阀及机械制动器 ，用以防止产 生 气穴 和实现平 台的制动。经多路 阀到行走马达 的液压 油 ，使 马达转动经履带行走机构从而实现整机 的前进 和后退。在各执行元件的分支油路中均设有过载阀， 吸收工作装置的冲击 ；油路中还设有单向阀，以防止 油液的倒流、阻断执行元件的冲击振动向油泵的传 递 。 2 ． 3 液压系统的特点 1 挖掘机 的各个动作 ，都 由液压先导操纵， 可 以无级地调节速度 。 2 采用了无冲击的安全 阀，保证 了系统在受 到较大压力时 的安全性。 3 为 了保证 行走 时 的无 偏差 ，采用 了直 线行 驶 阀。 4 管路连接简单，主要在于其中的动臂、斗 杆采用 了阀内合流的方式。 5 在执行 元件 工作 时 ，具 有 回转 功能 优先 的 原则 。 6 为 了能 使 回转 马达 安装 在驾 驶室 底下 ，改 变了零部件的装配，降低高度为2 0 ％。 7 为了减少功率损失，限制了空挡和微调控 制时液压泵 的输 出流量 。 图 1 WY - 6 0液压系统原理图 3不二越液压元件特点 3 ． 1 P V D 系列 柱塞 泵 应用在小挖上 的不 二越 液压 主泵 主要是 P V D系 列 的开放式 系统 。它是一种变量的轴 向柱塞泵 ，成本 低 ；稳定 的出油量 ，可 以减少流量 的损耗 ；根据负荷 周期有效使用动力，降低动力损失 ，实现了生产低成 本化 ；运 转平稳 ，低噪声 ，在 滑靴 、斜 盘 、配油盘等 处都 采用消声结构 ，在泵芯的各个配件上采取 了消声 结构 ；稳定的动作特性 ，使运转时噪声减小 ；特别是 通过半圆柱斜盘，稳定了动作特性，运作时噪声低； 可靠性高，寿命长。 P V D系列柱塞泵的轴 向柱塞的特点 1 采用单 泵 双流量输 出及 轴 向短 的齿 轮泵 等 压缩结构 。 2 内部 的泄油设计便于排 出壳体 内的空气 。 3 有效 地利 用 了发动 机 功率 ，适 用 于小 挖 的 第 1 0期 张建中 等基于不二越液压元件的WY 一 6 0挖掘机液压系统的改进设计 8 9 恒 马力控制 。 4 具有 充分 的可 选项 ，包 括齿 轮 泵 的全 马力 控制 功率切换及蓄能回路用阀块。 3 ． 2 P HV系列行走马达 履带挖掘机的履带驱动轮具有转速低、扭矩大等 特点 。在选 择液压 马达时 ，如果选择高速 马达 ，还必 须装上减速装置，这样会使结构变得复杂。P H V系 列的行走马达不仅具有低速大转矩和高速低扭矩的特 点 ，而且结 构简单 。 P H V系列行走马达具有如下特点 1 压缩的机构，即液压马达、液压 阀、减速 机为一体化结构而使回转体积变小。行走马达具有压 缩的结构 ，这是 P H V系列马达 的突出优点。 2 适应高速移动 ，即采用双泵行走马达 ，提高 了移动速度 ，从强力作业 到高速移均可应用 ，动用途 广泛 。 3 平稳 的停 止 性能 ，即 内置停 止 阀 ，可 实 现 稳定 的停车制动 。 4 丰富的可选项，配备停车制动器、无冲击 安全阀、瞬时峰值溢流阀、自动减速阀。 3 ． 2 ． 1 行 走马达 的可选 配置 斜 盘式 双速 马达包括低速大扭矩时 的速度 1和高 速低扭矩 时的速度 2 。在速 度 1时 ，斜盘 的倾 斜角度 较大 ，输出的排量也较大 ，此时马达输出大转矩，保 持低转速 ；而在速度 2时，斜盘的倾斜角度小 ，马达 的排量小 ，这时马达输出小转矩，保持高速运转。而 挖掘机在工作时经常要求两者可以交替工作 ，所以在 马达 中增加 了可选 的 自动 1 速 阀 ，即速度 1和速度 2 能根 据实际工作情况 自动进行切换 。而此时 由于液压 油的压力和流量不易改变 ，满足不了工况要求 。为 了达到设计 目的，采用了两个定量马达并联和串联切 换的方法。随着负载的增加 ，自动切换速度，这样可 以降低操作手的作业量 ，从而相应地增加了行走马达 的可选项 。如图 2所示。 停 B A 无冲击 的安全阀 图 2 行走 马达 的可选 配置 3 ． 2 ． 2 行走性能 曲线 为了降低操作手的作业量，小挖所采用的行走马 达无需 1 速／ 2速切 换 。通 过测 试 系统 ，绘 制 出 了行 走性 能曲线 ，如 图 3 所示 。可 以看 出双速行走马达 在行驶过程 中 ，随着负载 的增加 ，会 自动切 换速度 ， 无需人工操作 ，从而有效地减少了人工作业量，提高 了整机作业效率。 r 蓬 I 竺 兰 垦 兰 里 童 L 后 退 时 无 推 土 负 载 I 二二二 二二二二] r 赛 广 厂 一 需 l 一 主 溢流 阀设 定压 力 2 ～2 速- 1 速 设 定压 力 3 1 速一 2 速 设 定压力 1 速_2 速诧定 压力 下 降 时 懒I2 速 时 间 图3 行走负载、行走速度、行走 驱动压力随时问的变化 曲线 3 ． 3 P C L系列 回转 马达 因回转马达 主要 是 由行 星减 速机 和柱 塞 马达 组 成 ，P C L系列 的柱塞 马达上 带有驻 车机械 刹车功 能 ； 回转马达上 的泄 油 口 D r 背压 不得大 于 0 ． 3 MP a ；松 懈口P p 用来打开机械刹车的工作压力 4 M P a ；补油 口T的补油背压在 0 ． 3～ 0 ． 5 M P a内；缓冲阀用来限 制马达 的最 高工作 压 力 2 0 ． 6 M P a ，再者 还能 起到 刹 车缓冲的作用 。 3 ． 4不二越液压 系统的性能参数 最高 压 力2 4 ． 5 M P a ；回转 最 高压 力 2 0 ． 6 MP a ；最 大 回转 速 度 约 1 1 r ／ m i n ；行 走 速 度 2 ． 2 k m ／ h ；先导压力 4 M P a 。 4 结束语 综上所述，该系统为全功率控制系统 ，在节能方 面优于其他系统。采用不二越液压元件组装后的系统 在可靠性及可操作性方面都得到了极大的改善。为了 减少功率损失，使液压系统的功率与发动机的功率能 够较好匹配，液压主泵所采用的柱塞泵的斜盘角度范 围为1 5 。 1 。 ，极大地提高了泵的工作效率。为了满 足操作手的舒适性与安全性 ，不二越 液压元件 的可选 项极大丰富 ，可根据不同的制造商选 择最适合 的液压 元件 ，这也 为我 国液压元件的发展与创新提供了有 利 的参考价值。经使用证明，采用不二越液压元件的 WY - 6 0挖掘 机液 压 系统 运行 安 全 、稳 定 ，确保 了整 机的工作和技术经济性能指标。 参考文献 【 1 】孔德文， 赵克利， 徐宁生． 液压挖掘机[ M] ． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 7 4 5 5 4 ． 【 2 】张力平． 液压传动系统及设计[ M ] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 5 7 3～ 7 5 ． 【 3 】黄东胜， 邱斌． 现代挖掘机[ M] ． 北京 人民交通出版社 ， 20 03 202 2． 【 4 】张铁． 液压挖掘机结构原理及使用[ M ] ． 东营 中国石油 大学 出版社 ， 2 0 0 2 ．
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