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２０１６ 年 ４ 月 第 ４４ 卷 第 ８ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ａｐｒ ２０１６ Ｖｏｌ ４４ Ｎｏ ８ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１６ ０８ ０３０ 收稿日期 ２０１５－０２－１４ 作者简介 汪大鹏 （１９４８）， 男， 教授， 主要研究方向为液压传动。 Ｅ－ｍａｉｌ ｗ＿ｄｐ＠ １６３ ｃｏｍ。 对 ５ ｍ３斗容量液压装载机铲斗轻载快降阀的改进 汪大鹏１， 唐瑞祥１， 林海２， 易炜峰１ （１ 长沙学院机电工程系， 湖南长沙 ４１０００３； ２ 中南大学外国语学院， 湖南长沙 ４１００７５） 摘要 简单介绍了 ５ ｍ３装载机的液压系统， 并阐述了对其铲斗轻载快速下降阀的改进。 分析了新阀的结构、 原理和特 点。 新型阀与已有阀相比， 具有结构简单、 动作灵敏可靠、 体积小、 质量轻的优点。 关键词 装载机； 液压系统； 铲斗； 轻载快速下降阀 中图分类号 ＴＨ１３７ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ０８－０８９－３ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ Ｌｉｇｈｔ Ｌｏａｄ Ｑｕｉｃｋ⁃ｆａｌｌｉｎｇ Ｖａｌｖｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｂｕｃｋｅｔ ｏｆ ５ Ｌｏａｄｅｒ ＷＡＮＧ Ｄａｐｅｎｇ１， ＴＡＮＧ Ｒｕｉｘｉａｎｇ１， ＬＩＮ Ｈａｉ２， ＹＩ Ｗｅｉｆｅｎｇ１ （１ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１０００３， Ｃｈｉｎａ； ２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｌａｎｇｕａｇｅｓ ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００７５， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ５ ｍ３ｌｏａｄｅｒ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｑｕｉｃｋ⁃ｆａｌｌｉｎｇ ｖａｌｖｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｕｃｋｅｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄｅｒ ｗａｓ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｖａｌｖｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔ⁃ ｉｎｇ ｖａｌｖｅ， ｔｈｅ ｎｅｗ ｖａｌｖｅ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ， ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ， ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ ｗｅｉｇｈｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｌｏａｄｅｒ； Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ； Ｂｕｃｋｅｔ； Ｌｉｇｈｔ ｌｏａｄ ｑｕｉｃｋ⁃ｆａｌｌｉｎｇ ｖａｌｖｅ 装载机是一种作业效率高、 机动灵活、 用途广泛 的工程机械。 它不仅能对松散的堆积物料进行装、 运、 卸作业， 还可对岩石、 硬土进行轻度铲掘作业， 并能进行清理、 刮平场地及牵引作业。 如更换相应的 工作装置， 它还能完成推土、 挖土、 松土、 起重及装 载棒料等工作。 因装载机具有作业速度快、 效率高、 机动性好、 操纵轻便等优点， 因此被广泛用于建筑、 矿山、 道路、 水电和国防建设各部门， 是工程机械的 主要机种之一。 １ ５ ｍ３斗容量装载机液压系统的简介 该机型的载质量为 ９ ｔ， 与 ＺＬ９０ 型相当， 但其液 压系统与 ＺＬ９０ 有所不同， 图 １ 为该机的液压系统图。 图 １ ５ ｍ３装载机液压系统图 该系统由 １ 台功率为 ３０９ ｋＷ 的 ＧＭ１２Ｖ７ＩＮ 柴油 机通过分动器， 带动 ２ 台双联叶片泵作为液压源供给 系统压力油， 系统工作压力为 １７ ５ ＭＰａ。 （１） 油源回路 由 ２ 台双联叶片泵和 １ 台控制泵组成。 ２ 台双联 泵中各有一联给转向系统供油， 起转向泵的作用 （图 １ 中的泵 １７、 １９ 合流后到转向系统）。 泵 １８ 是工 作装置的主泵， 泵 ２０ 是辅助泵， 通过双泵单路稳流 阀 １５ 向工作装置回路或转向回路供油。 泵 ２３ 为供油 压力 ２ ５ ＭＰａ 的控制泵。 （２） 转向系统 与 ＺＬ９０ 型基本相同， 只是在锁紧阀后面多了 ２ 个单向阀和 ２ 个过载阀。 （３） 工作装置回路 该回路的特点是 ①用减压阀式先导阀操纵多路 换向阀动作， 每个减压阀式先导阀控制 ２ 个完全相同 的双联多路换向阀组 ６ 和 １１ 中的一联。 ②多路换向 阀组 ６ 和 １１ 中的两联换向阀是按顺序单动回路连接 的。 ③工作装置回路主泵 １８ 的压力油由多路阀组 １１ 控制， 辅助泵 ２０ 的压力油由多路阀组 ６ 控制， ２ 个 回路的压力油在进入相应的液压缸之前在油管内合 流， 即阀外合流。 ④在该系统动臂缸回路中串联 １ 个 快速下降阀 ３ 及卸荷阀 ２， 目的是缩短工作循环时 间， 提高生产率。 使铲斗轻载或空载时能快速下降， 但不能损坏动臂液压缸， 所以另外装有卸荷阀， 以保 证铲斗在大荷载时能以正常速度下降。 铲斗轻载时， 快速下降阀动作原理如图 ２ 所示。 图 ２ 铲斗轻载时快速下降阀动作原理 铲斗载荷小时， 动臂下降时动臂液压缸下腔的排 油压力小， 与动臂液压缸下腔相通的卸荷阀控制口受 到的压力也小。 该压力产生的向上的推力小于卸荷阀 芯上端弹簧向下的压力， 所以卸荷阀芯处于最下端位 置 （图示位置）， 切断了卸荷阀的入口和出口。 这时 动臂液压缸下腔排出的油流入 Ａ 腔并从 Ａ 腔流入 Ｃ 腔， 自 Ｃ 腔与多路换向阀相通返回油箱。 在从 Ａ 腔 向 Ｃ 腔流动时， 油流经环形节流缝隙产生一定的压 力损失， 并通过小孔 ｄ 进入 Ｈ 腔作用于阀芯上端。 同时 Ａ 腔的油通过中心孔进入 Ｇ 腔， 使阀芯受向上 的推力。 当 Ｇ 腔与 Ｈ 腔压力差大于上端弹簧力时， 阀芯被推到上端极限位置 （图示位置）， 使 Ａ 腔与 Ｂ 腔相通， 动臂缸下腔的回油可直接返回上腔， 构成短 路循环， 使动臂得以快速下降而不会产生供油不足的 问题。 这对大型装载机来说是很重要的， 装载机铲斗 轻载， 特别是空斗下降最频繁， 因为大型装载机往往 与大型自卸货车配合使用， 卸物料的动臂要提升到一 定高度或最高， 卸完物料后快速下降动臂， 有利于缩 短循环时间、 提高生产率。 铲斗重载时， 快速下降阀动作原理如图 ３ 所示。 铲斗重载时， 动臂液压缸下腔排油压力也大， 卸荷阀 控制口受到较大的压力， 卸荷阀芯下端向上产生的推 力大于上端弹簧压力使卸荷阀芯被推到上端位置 （图示位置）， 使卸荷阀的入口与出口相通， Ａ 腔的压 力油通过 Ｇ 腔、 经卸荷阀的入口和出口， 进入 Ｈ 腔 与弹簧一起推压快速下降阀芯向下移动 （图示位 置）， 切断 Ａ 腔和 Ｂ 腔。 这时动臂液压缸下腔的回油 路线是 Ａ 腔➝Ｃ 腔➝多路换向阀组➝油箱。 因此可 得到与不带快速下降阀相同的下降速度。 图 ３ 铲斗重载时快速下降阀动作原理 从上面的分析可知， 这套机构只是在动臂下降时 才起作用， 当动臂提升时则无效。 即实现重载慢降， 轻载快降。 需要注意的是 这套机构是根据铲斗的荷 载自动调节动臂下降的速度， 不需要操作人员干预； 否则， 可能会适得其反。 例如当空斗下降时， 踩发动 机加速踏板则速度反而变慢， 这是因为踩发动机加速 踏板使油泵流量增加， 以致超过动臂下降所需的流 量， 使动臂缸下腔来不及排油而导致压力上升， 造成 快速下降阀不起作用。 ２ 对铲斗轻载快速下降阀的改进 新型铲斗轻载快速下降阀的结构如图 ４ 所示， 弹 簧安置在阀芯下面的 Ｇ 腔内。 弹簧腔的油液可采用 外泄 （如图 ４ 所示）、 或者内泄 （如图 ６ 所示） 的方 式来泄油。 可在阀芯内、 或阀体与上端盖上开油孔， ０９机床与液压第 ４４ 卷 将 Ａ 腔与阀芯上腔 （Ｈ 腔） 连通， 用来控制阀芯移 动， 这里以阀芯内开孔 （Ｋ 孔） 的结构为例， 来分 析新阀的动作原理。 图 ４ 铲斗轻载时新型快速下降阀动作原理图 铲斗轻载时， 新型快速下降阀动作原理如图 ４ 所 示， 因铲斗轻载时， 动臂下降时动臂液压缸下腔的排 油压力小， 通过阀芯中控制孔 Ｋ、 与动臂缸下腔相通 的阀芯上腔 （Ｈ 腔） 受到的压力也小。 由于该压力 产生向下的推力小于阀芯下面弹簧向上的弹力， 所以 阀芯会处于最上面极限位置 （图示位置）， 可使 Ａ 腔 与 Ｂ 腔相通 （与图 ２ 所示的主阀类同）， 动臂缸下腔 的回油也可直接返回上腔， 也可构成短路循环， 使动 臂得以快速下降而不会产生供油不足的问题。 因大型 装载机常常空斗下降， 提高其下降速度有利于缩短循 环时间和提高生产率。 铲斗重载时， 新型阀动作原理如图 ５ 所示。 铲斗 重载时， 动臂缸下腔排油压力也大， 通过控制孔 （Ｋ 孔） 作用在阀芯上端的液压力也大， 当阀芯上端的 压力能克服阀芯下面弹簧弹力时 （忽略摩擦、 重力 等次要因素的影响）， 阀芯下移到下极限位置 （图示 位置）， 也可切断 Ａ 腔和 Ｂ 腔 （与图 ３ 所示的主阀类 似）。 这时动臂缸下腔的回油路线也是 Ａ 腔➝环形 节流缝隙➝Ｃ 腔➝多路换向阀 （Ｔ 口） ➝油箱。 因此 也可得到与不带快速下降阀相同的下降速度。 图 ５ 铲斗重载时新型快速下降阀动作原理图 由上面的分析可知， 新型铲斗轻载快速下降阀与 现有铲斗轻载快降下降阀的功能一样， 均可实现 重 载慢降， 轻载快降。 图 ６ 和图 ７ 则是采用内控内泄方式的新结构， 原 理与上述相同， 恕不赘述。 图 ６ 铲斗轻载时新型快速下降阀动作原理图 图 ７ 铲斗重载时新型快速下降阀动作原理图 ３ 新型铲斗轻载快速下降阀的特点 （１） 因新型阀比已有阀少用了一个卸荷阀， 故 新型阀的结构简单。 （２） 因已有阀由 ２ 个阀组合而成， 尤其在重载 下降时， 须等卸荷阀先动作后， 主阀才能接着动作， 故反应时间较长； 而新型阀仅由单个阀构成， 无需等 一个阀动作后才动作， 可立马动作， 故比已有阀反应 快、 动作灵敏。 （３） 由于减少了中间多余环节， 油路的连结也 可简化些， 故动作的可靠性也会相应有所提高。 （４） 由于新型阀比已有阀结构简化， 所以新阀 的体积可变小、 质量也可减轻。 参考文献 ［１］ 张奕．工程机械液压系统分析与故障诊断［Ｍ］．北京人 民交通出版社，２００８． ［２］ 王积伟，章宏甲，黄谊．液压传动［Ｍ］．北京机械工业出 版社，２００６． ［３］ 丁树模．液压传动［Ｍ］．北京机械工业出版社，１９９９． １９第 ８ 期汪大鹏 等 对 ５ ｍ３斗容量液压装载机铲斗轻载快降阀的改进
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