工程机械液压传动解读

在单泵液压系统中，为获得几种不同的调定压力时，可用调压回路。

3．增乐回路(图3，4)

其作用是使系统的局部汕路或某个执行元件获得比液压泵工作压力高得多的压力，或用于气—液传动，利用压缩空气(压力—般为0．6～0．8HPa)来获得高压。凡具有负载人、行程小和作业时间短等丁作特点的执行机构均可采用增压回路。

4．卸荷回路

回路中液压泵以最小输山功率运转，液压泵输出的油液以最低压力流回油箱，或以最小流量(补偿系统泄漏所需之流量)输出压力油。其作用是减少动力，降低系统发热。

常见的卸荷回路有以／几种方式：

1)图3，5为采用ld型(或U、K型)滑阀机能来实现液压泵卸荷的回路。

2)图3．6是用溢流阀卸荷的回路。

3)图3．7为复合泵卸荷的回路。当工作负载小时，泵2输山的油经单向阀与泵1合流，实现轻载快速运动。当工作负载增大，系统压力超过卸荷阀4调定压力时，卸荷阀4打开，使泵2卸荷，液压泵1单独向系统供油，实现重载慢速运动。

第114页

4)图3．8是采用限压式变量泵的卸荷回路。该泵可按实际工况需要，调定最大供油压力，而执行机构运行速度缓慢，所需流量极小，因此泵虽然在高乐下工作，但由于压力反馈作用，输山流量极小，故基本上是处于卸荷状态。

3．1．2速度控制回路

工程机械一般都要求调速，而液压系统能在原动机转速不变的情况下，方便地实现大范围的无级调速。

调速方法可分为三大类：节流调速、容积调速、容积节流调速。前两种在工程机械上应用较多。

1．节流调速

按节流元件安装位置的不同，节流调速回路可分为三种：进油路节流调速、回油路节

第4章工程机械液压传动系统设计与实践

4．1 液压传动系统的设计

对一台工程机械设备的传动方式，究竞选用机械传动、电力传动还是液压传动，要根据工程机械设备工作要求经过充分的分析、比较来确定。有时‘种传动方式不能满足设备的工作要求或者机构兄得过于复杂，则叫·将两种传动方式结合起来使用。当决定采用液压传动的方式之后，液压系统的设计任务才被确定下来。这时必须明确：

1)设备总体布置及工艺要求，液压执行元件的位置及空间尺寸的限制。

2)设备的工作循环，液压执行元件的运动方式(移动、转动或摆动)及其工作范围。

3)液压执行元件的运动速度及其变化范围。

4)液压执行元件的负载及变化范围。

5)各液压执行元件动作之间的顺序、转换和互锁要求。

6)丁作性能如工作平稳性、可靠性、转换精度、停留时间等方面的要求。

对于液压系统小工作循环较复杂的单个液压执行元件或相互动作关系复杂的多个液压执行元件来说，应绘出其完整的动作周期表，以使设汁要求一目了然，便于进行工作。

液压系统设计是工程机械设备设计的一部分，它与设备设计是紧密联系的，必须同进行。一般把设计步骤归结为如下儿点：

1)明确液压系统的设计要求；

2)初步确定液压系统的性能和参数；

3)拟定液压系统方案图：

4)计算和选择液压元件；

5)估算液压系统性能：

6)绘制液压传动装置系统图：

7)设计液压传动装置。

4．1．1 工况分析

工况分析指分析下程机械设备工作过程的具体情况，其内容包括对负载、速度和功率变化规律的分析或这些参数最大值的确定。工况分析的关键是分析负载性质和编制负载图。

作往复直线运动的工程液压缸的负载由6部分组成，它们是工作阻力、摩擦阻力、惯性阻力、重力、密封阻力和背压阻力，前4项为外负载，后2项为内负载。

1．丁作阻力斤

工作阻力是指沿液压缸方向上的力。此阻力可正可负：凡作用方向与液压缸(或活塞)运动方向相反者为正，相同者为负。工作阻力有基本上恒定不变的、有周期性变化的，需根据具体情况分析决定。…占是液压缸负载中最主要的部分。

2．摩擦阻力f

摩擦阻力是指工程机械设备工作时工作台导轨处的摩擦力或被液压缸拖动部件与静止

第131页

惯性阻力也是可正可负的，分析时需要注意。

4．重力J

垂直放置和倾斜放置的工作部件，它的重量本身也成为一种负载。向上移动时为正负载，向下移动时为负负载。

5．密封阻力F

这是指装有密封装置的零件在相对移动中产生的密封摩擦力，其值与密封装置的类型、材料、液压缸制造质量和油液工作压力有关。详细计算比较繁琐，可将它计入液压缸的机械效率中。

6．背压阻力F

这是液压缸回油路上的阻力。在系统方案、结构尚未确定以前它是无法计算的，只能先按经验数据选取一个数值暂供分析时使用，确切数值留待后面解决。

液压缸在动作循环中各个阶段的负载确定以后，清楚地表达起动、加速、恒速、制动等每一阶段的负载大小，可以画山负载图。往往横坐标取时间或液压缸位移，纵坐标取力。

4．1．2 液压元件主要参数的计算与选择

1．液压泵的选择计算

(1)工作压力的确定液压泵的工作压力等于系统的压力损失和执行元件工作压力之和，即：

第5章典型工程机械液压传动系统分析

5．1 挖掘机液压传动系统

挖掘机是日前国内外工程建设施工的一种主要工程机械机型，据统计，我国70％以上的土石方开挖离不开此类设备，包括有各种类型与功能的挖掘机。一般来说，单斗挖掘机不仅进行土石方的挖掘工作，而且可通过工作装置的更换，还可以用作起重、装载、抓取、打桩、破碎钻孔等多种作业。

单斗液压挖掘机主要由工作装置、回转机构、行走机构和液压传动控制系统四人部分组成。工作装置包括动臂、斗杆以及根据施工需要而可以更换的各种换装设备，如正铲、反铲、破碎锤、装载斗及抓斗等。

5．1．1 EX400型液压挖掘机液压系统分析

图5．1是日本日立公司生产的EX400型全液压挖掘机液压传动系统丁作原理图。动力装置是一台四冲程六缸水冷带涡轮增压器的206kW额定功率的柴油发动机。挖掘机铲斗容量为1．82mM，整机工作装置包括动臂、斗杆、铲斗、回转及行走机构等组成。囚此，整车的液压传动系统

U1是由各工作装置的液压控制系统所组成。整机液压系统属多泵变量系统。泵组22中含三台液压泵，前后泵为主泉，是恒功率斜轴式轴向柱塞泵，主要用于向各工作装置回路供压力油；中间的是台辅助性齿轮泵，主要用于向各工作袋置提供操作控制用液压油、下面分别就各工作装置液压回路介绍如下

1．主泵液压调节回路

由两台主泵供油的两组多路换向阀出口油路端各设有一个固定节流阀P、G，它的作用是可以调节液压泵在空载时的流量，使之流量减小。当各换向阀处中位不工作时，由于节流阀节流作用，阀前压力增大：此增大的压力油反馈进入变量泵控制调节缸内，推动调节缸移动，使斜轴泵倾斜角变小，从而减少了该泵的输出流量。只有当多路阀内任一换向阀工作时，节流阀前后压差增加不大，不影响或不改变泵斜轴斜倾角，从而使泵输出流量增加，以满足挖掘机各丁况的速度要求。

2．动臂液压回路

动臂的动作由换向阀26、46联合供油，液动换向阀的控制由手动减压阀遥控操纵阀30控制，其控制油山辅助泵(齿轮泵)供给、当阀30向左操纵时，从辅助泵来的操纵压力油经单向阀32到达阀30及阀26的左端、阀46的右端，使阀26左位工作，阀46右位工作。从前泵来的液压油经换向阀46到达A点，从后泵来的压力油经换向阀26到达B点，井同流入动臂的无杆腔，使动臂举升，有杆腔的油分别经阀26、46回油箱。同理，当阀30向右操纵时，动臂下降。

动臂举升设定压力由过载阀17保证，设定压力为32MPa；动臂下降没定压力由过载阀16保证，为30MPa。

3．斗杆液压回路

第146页

一平衡阀2一二位三通液动阀3一二位三通电磁阀4、36一过载阀5一斜轴液压马达制动缸6一斜轴液压马达转角控制缸7一高压主安全阀S 一低压主安全阀9、1l、12、26、44、45、46一三位八通液控换向阀lo一液压开关液动阀13、17、18、23、24、25一过载补油阀14一铲斗液压缸15、19、28、30、31一减压阀式远控操纵阀16一动臂液压缸20一油温冷却器21一背压阀22一泵组(前泵、后泵、辅助泵) 27一三位九通液控换向阀29一斗杆缸32、47一单向阀33一溢流阀34一蓄能器35、38--11位三通液控换向阀37一回转液压马达39一制动液压缸40一斜轴式液压行走马达

4l一速度调节阀42一电液阀43一液控三位十通换向阀4s、49一梭阀

第6章工程机械液压传动系统故障诊断方法

6．1工程杉L械液压传动系统故障原因分析

现代工程机械多为行走作业式机械，为了以简单的结构实现在任意方向上的各种不同形式的运动，除了设置必要的机械传动机构和电气装置之外，普遍采用液压传动，保证机械具有更好的机动性和工作可靠性，是工程机械中不可少的·种重要传动手段。面以液压传动系统为分析对象，对工程机械液压系统常见故障原因进行剖析。

6．1.1 对工程机械液压系统的要求

工程机械多在室外工作，作业环境较为恶劣，如挖掘机、铲运机、起重机、装载机、推十机等机械设备的推、拉、举、吊、运等作业，经常处于泥土砂尘之中，风霜雪雨之下，严寒酷暑之中，潮湿腐蚀环境之间。丁作载荷往往是多变并伴有振动，工作速度经常处于瞬态转换兼有惯性冲击。因而对工程机械液压系统应有与固定式作业机械、室内工作机械的液压系统不同的要求：

1)工程机械液压系统应具有良好的环境适应性和可靠的封闭性。

2)工程机械液压系统经常处在倾斜、颠簸情况下工作，因此系统应具有更高的工作可靠性：对各种多变载荷和多变速度的作用，系统应具有灵敏的实时应变的能力。

3)液压系统应具有更好的机动性，使系统封闭而又能做各种变动。如元件间的柔性联结，活动联结，万向联结等装置。

6．1．2 工程机械液压系统常见故障

1)液压系统表现无力和力不足。

如执行机构不足以克服外界载荷，系统建立不起压力，执行机构无动作；需要同时联动的机构，不能联动。执行机构这种推不动、举不起、拉不走的现象，严重影响工程机械的工作效率。

2)以液压为动力的运动机构不运动或运动不稳定，或爬行。

如D85推土机挂档后不起步或虽能起步但推土作业无力，东方红—75拖拉机液压悬挂机构不能使悬挂犁举起，这些现象严重地影响了机械的正常上作。

3)液压系统泄漏，运动什的相对运动副，管路联结，液压元件固定联结等处漏汕或渗漏，造成油液对环境的污染，油液的浪费，机械效率的降低，严重时还将引起系统工作的不稳定和系统的破坏。

4)液压系统温升过高，油液变质变稀，内泄加剧，效率降低，元件产生热变形，破坏了配合件的配合精度与配合性质，甚至造成元件的损坏。

5)液压系统噪声强烈，甚至产生啸叫，引起系统剧烈振动，不仅污染了工作环境：而且可能使系统工作丧失其稳定性。

6)系统堵塞，元件损伤或断裂，运动元件卡死或不能达到预定位置等都可能造成系

第255页

统故障。影响工程机械的工作。

6．1．3 工程机械液压系统故障原因

工程机械液压系统工作中之所以发生故障，主要原因在于设计、制造、使用等诸方面存在故障根源，也即所谓原始故障：其次便是在正常使用条件下自然磨损、老化、变质而引起的故障，也即所谓自然故障。下面主要分析由于设计、创造、使用不当而产生的故障。

1．设计原因

工程机械液压系统产生故障，一般很少去怀疑设计问题。其实，这是一种偏见。由于技术、工艺等方面原因，所设计的液压系统并非尽善尽美。所以在分析故障原冈时，有必要考虑在设计上是否存在问题。设计问题是关系到液压系统性能的根木问题，属先天性。如果从设计上找出故障原因，从而去纠正设计上的失误或不足，是治本之法。比如，油液的污染会给液压系统带来一系列故障。在液压系统中，极易造成油液污染的地方是油箱。不少工程机械的液压油箱，在结构上存在着缺陷。最常见的是“封闭性”设计不够合理，如在联接处接管处不加密封，导致污物渗入油箱。污染的油液进入液压系统中，加速液压元件的磨损、锈蚀、堵塞，最后导致故障的形成。近几午来国内外在液压油箱结构设训上对如何减少或杜绝污染物进入油箱问题上都做了不少有益的探索和实践。如德国力士乐公司的液压系统，全部采用了全封闭式油箱结构，除只留一个与大气相通的通气孔之外，汕箱形成全封闭结构，所有联接处和接管处设有严格密封装置。注油口盖设置过滤装置构成通气孔，该口使油箱内液面与大气相通而保证系统正常工作，同时又可靠地阻止外界污物的进入。由于油箱密闭，所以泵的进口处取消了吸汕口处的过滤装置，所有同油进入一个总回汕管路，在回油管口端加装一滤油装置，目的是过滤掉系统内由于元什磨损的残余物及从密封处进入系统的污物，以保持油箱内油液的清洁。这样的结构不仅避免了外界污物

对油箱内油液的污染，而且山于吸油口去掉了过滤装置，使吸油阻力大大减少，从而可避免空穴现象，同时噪声和功率损失也相应减少。另外，悬浮在汕液中的空气，对系统工作是有害的。它降低油液的体积弹性模量，使系统失去刚性，产生气穴，增大功率损失，使系统产生噪声，元件遭受气蚀，降低元件使用性能与寿命，对油液产生氧化作用，使油液失去润滑性以及使油温升高等。悬浮丁油液中的气泡，由于油液粘滞阻力的作用不易从油液中浮出液面，所以应当在油箱中增加滤除悬浮气泡的结构。在实践，¨有的在油箱中设置一个倾角为30‘金属丝网于吸油门附近，它可以挡阻大直径气泡进入泵的吸油口，而使系统减少了故障隐患。可见，油箱结构设计合理与否，直接关系到整个液压系统工作的稳定性与可靠性。

又如，工程机械中执行机构的活塞杆常裸露在外，被大气中污物所包围。杆在伸出缩进的往复运动中，不仅受到磨粒的磨损与大气，㈠腐蚀性气体的锈蚀，而且还有可能从杆与导套的配合间隙十进入污物，污染油液可加速液压缸：组件的磨损。如在结构设计中根据具活塞体情况加装防护套，使其外露部分由套保护起来，则可减少或避免前述之危害。

再如，工程机械液压系统多数在运动和振动中工作。系统元件与基体的紧固、管路间的连接，在长期的颠簸振动环境中，难免会松动而产牛漏油现象。如果设计具有自锁装置的管接头和具有锁定性能的紧固件，用于工程机械的液压系统中，则可大人提高液压系统的工作可靠性，减少故障

第7章工程机械常用液压元件的故障诊断

7．1 液压泵的故障诊断与排除

7．1．1 齿轮泵故障诊断与排除

1．齿轮泵产生的剧烈振动与噪声(主要以CB--B型为例)

(1)因密封不严吸入牛气产生噪声

1)CB--B型齿轮泵的泵体与两侧端盖为直接硬接触密封，若接触面平直度达不到规定要求，则泵在工作时容易吸入空气：同样泵的端盖与压盖之间也为直接硬接触，空气容易侵入，若压盖为塑料制品，由于损坏或因温度变化而变形，使密封不严而进入空气。

排除这种故障，对于泵体与泵盖的平面度达不到规定要求时，可以在乎板上用金刚砂研磨，或在平面磨床上修磨，使平面度不超过0．005mm，并要保证平面与孔的垂直度要求；泵盖与压盖处的泄漏，可用环氧树脂胶粘剂涂敷于密封合面上，以保证密封。

2)泵轴上采用，旨架式油封密封，当装配时卡紧唇部的弹簧脱落或者油封装反，以及因使用造成唇部拉伤或者老化破损时，因汕封后端经常处于负压状态，空气便会进入泵内，一股可更换新油封予以解决。

3)油箱内油量不够，过滤器或吸油管未插入油面以下，液压泵便会吸入空气，此时应往油箱补充油液至油标线。

4)回油管露出油面，有时也会因系统内瞬间负压使空气反灌进入系统。所以回油管一般也应插入油面以下。

5)液压泵的安装位置距油画太高，特别是在泵转速降低时，不能保证泵吸油腔必要的真空度造成吸油不足而吸人空气。此时应调整液压泵与油面的相对高度，使其满足规定的范围。

6)吸油过滤器被污物堵塞或设计选用过滤器的容量过小，导致吸油阻力增大而吸入空气，另外进出油口通径过大都有可能带入空气，此时可清洗过滤器，选人容量的过滤器，并适当减少进出油口的通径加以排除。

(2)因机械原因产生振动与噪声

1)泵与联轴器同轴度超出规定要求，此时应按规定要求调整联轴器。

2)因油中污物进入泵内导致齿轮等磨损拉伤产生噪声，此时应更换油液，加大过滤，拆开泵清洗，齿轮磨损厉害要研修或予以更换。

3)因齿轮加工质量问题产生噪声：如齿轮的齿形误差和周节误差大、两齿轮的接触不良、齿面粗糙度过高、公法线长度超差、齿间隙过小、两啮合齿轮的接触区小在齿宽和齿高的中间位置等。此时作为齿轮泵生产厂家，可调换合格齿轮。作为工程使用单位则可对研齿轮。

4)泵内零件损坏或磨损产牛振动与噪声：如轴承的滚针保持架破损，长短轴轴颈及滚针磨损等，导致轴承的旋转不畅，从而导致机械噪声，此时需拆修齿轮泵，更换滚针轴承。

第269页

(3)其他原因产生振动与噪声

1)进油过滤器被污物堵塞是最常见的噪声大的原因之一，往往通过清洗过滤器后，噪声可立即降下来。

2)油液的粘度过高也会产生噪声，必须合理选用汕液粘度。

3)进、出油口通径太大，也是噪声大的原因之一。因此，适当减小进出口通径，对降低噪声也有一定的效果。

4)齿轮泵轴向装配间隙过小，齿形上有毛刺。此时，可研磨齿轮端而，适当加大轴向间隙，并消除齿上的毛刺。

2．齿轮泵输出流量不足，压力上不去

1)进油过滤器堵塞，造成吸油阻力增大，产生吸空。此时需拆下过滤器清洗，并分析污物产生的原因与种类，防止因此产生吸油量不够并H—还可能出现的其他故障。

2)齿轮端面与前后盖之间的滑动接合面严重拉伤产生的内泄漏太大，导致输出流量减少。

产生拉伤的主要原因，一是齿轮装配前毛刺(齿形上)未能仔细清除，运转斤拉伤结合面：二是污物进入泵内楔入齿轮端面与前后盖之间的滑动间隙内，拉伤配合面，导致高低压腔径向拉伤的沟槽孔隙冈而连通，流量输山减小。

此种情形很常见。此时，应拆开齿轮泵，用平磨磨平前后盖端而和齿轮端面，并消除齿形上的毛刺(不能倒角)，经平磨后的前后盖，端面上卸荷槽尺寸会有变化，应适当加深加宽。

3)油温太高，温升使油液粘度降低，内泄漏增大使输出流量减少。此时需查明油温高的原因，采取相应措施。对中高压齿轮泵，需检查密封圈是否破损。

4)选用的油液粘度过高或过低，过高，吸油阻力增人；过低，内泄漏大。均造成输出流量减少，应按液压泵使用说明书选用合适粘度的油液。

5)CB--B型齿轮泵一般为不可正反转泵，当泵转向不对时，吸小上汕或流量极小，此时应检查电机转向。

6)拆修后，泵体装反，造成压油腔与吸油腔局部矩接，使流量大为减小，所以泵体不能装反。

7)原动机转速不够，造成流量减小。

8)若是新泵，泵体可能有砂眼、缩孔等铸造缺陷。

3．齿轮泵旋转不畅或咬死

1)轴向间隙与径向间隙小。此时需重新调整修配轴向间隙与径向间隙。

2)泵内有残存或浸入污物。此时需将齿轮泵解体进行清洗，清除异物。

3)液压泵装配不好，齿轮泵两销孔为加工基准而并非装配基淮，当先打入销，再拧紧螺钉便转不动，正确的方法是一边转动齿轮一边拧紧螺钉。最后再配钻销孔打入销子。

4)液压泵与原动机联接的联轴器同轴度差，同轴度应保证在0．1mm以内。

5)泵内零件未退磁，所以装配前所有零件要进行退磁。

6)滚针套质量不合格或滚针断裂。需修磨滚针套，更换有缺陷的滚针。

7)丁作油输出U堵塞。此时应清除输出油门异物。

第8章工程机械液压传动系统常见故障与诊断排除实例

8．1 推i机液压传动系统故障诊断与排除

8．1．1 TY220型履带式推土机液压系统故障分析与排除

TY220推土机变速转向液压系统如图日8.1所示，变速泵、转向泵与分动箱联接，两泵共用一个磁性粗滤器，由后桥箱中吸取液压油，供给各自的油路系统。

1．变速箱故障

(1)故障现象TY220推土机使用半年后，出现前进第—离合器、I档第五离合器作业无力，变矩、变速噪声大，油温升高，油液乳化。怠速运转时，故障现象稍有好转：当其高速带负荷运转时，故障现象又重新出现。

(2)故障分析与处理

1)油质问题油温高，传动油变稀变质，造成系统中阀组件磨损，或各档离合器片及密封什损坏而内漏，使系统压力降低，I档工作无力。为此，可清洗过滤器，并更换传动油。其结果是故障未能消除。清洗中发现，磁性粗滤芯上粘有很多金属粉末和黑色杂渣物。

2)阀组调压压力问题调压阀调整压力2．5MPa，保证除I档外的各离合器结合，调压阀开启向变矩器供油。为I档离合器设置的减压阀17出口压力为1．25MPa，这也是该离

第301页

合器的接合压力。

对系统各测点的压力进行测试，其结果为：变矩器进口溢流阀压力小于o．5MPa(标准值为0．87MPa)，变速阀出口压力0．8MPa(调定值为1．25MPa)，而且在发动机提速时压力脉冲摆动。

为此，对溢流阀、变速阀进行了检查、清洗，更换了弹簧，并更换了变速泵，但试运转1h后，故障仍然出现。

3)检查系统管路是否有漏油、阻塞：进气现象。检查中发现，磁滤器与变速泵间的胶管在中、高速时易被吸扁，管内壁胶皮剥落，供油受阻。将该胶管更换，并在管内壁加装弹簧，保证供油畅通。而后试车，压力达到设定值，机器运转正常。

4)经过以上检查修理，机器作业几天后仍感I档作业乏力。检查减压阀压力，仅有0．6～o．7MPa，且不稳定。由磁性滤芯上残留的金属物及其色泽，判别其来源于变速器。解体检查变速器发现，第五主、从离合器片严重磨损、烧伤、变形和粘合，而推土机作业中常用前进I档，第五离合器处于大扭矩工作状态，加之供汕不足，系统压力低，离合器处于半结合状态，造成离合器片温升高，烧伤、磨损、变形、粘合而失效，工作乏力。

2．转向离合器故障

(1)故障现象TY220推十机中央传动及转向离合器如图8．2所示。

该机使用loh后，前进、后退左转向和踩下制动踏板，转向拉杆回缩反弹，踏板回顶而使左转向失效。

(2)故障分析与处理

1)清洗检查各阀组，排除油液中黑色金属粒状物卡死阀芯的可能，调整联动机构转向拉杆和制动踏板间隙行程，消除故障隐患，但故障仍然存在。