履帶起重機液壓系統(tǒng)設計-閥后閥前補償

1、第九章 履帶起重機液壓系統(tǒng)設計29.1 履帶起重機液壓系統(tǒng)概述 29.1.1 履帶起重機液壓系統(tǒng)發(fā)展歷程 29.1.2 履帶起重機液壓系統(tǒng)的組成 29.1.3 履帶起重機液壓系統(tǒng)的分類 39.1.4 履帶起重機液壓系統(tǒng)設計步驟 49.1.5 履帶起重機對液壓系統(tǒng)的要求 49.1.6 液壓系統(tǒng)設計方案和主要參數(shù) 49.2 開式與閉式液壓系統(tǒng) 59.2.1 開式與閉式液壓系統(tǒng)的工作原理與關鍵技術59.2.2 開式與閉式液壓系統(tǒng)的特點比較 99.2.3 開式與閉式液壓系統(tǒng)在履帶起重機中的應用 109.3 主要工作機構的液壓回路 119.3.1 起升與變幅機構液壓回路 119.3.2 回轉機構液壓回路

2、 139.3.3 行走機構液壓回路 149.4 液壓系統(tǒng)的設計計算及元件選擇 169.4.1 液壓馬達主要參數(shù)的計算 169.4.2 液壓缸主要參數(shù)的計算 179.4.3 液壓泵主要參數(shù)的計算 179.4.4 油管的計算及選擇 189.4.5 其他液壓元件設計和選擇 199.5 負荷傳感與壓力補償原理及應用 209.5.1 負荷傳感控制系統(tǒng) 209.5.2 負荷傳感分流器系統(tǒng) 2225第九章 履帶起重機液壓系統(tǒng)設計9.1 履帶起重機液壓系統(tǒng)概述按照履帶起重機工作裝置和各個機構的傳動要求， 把各種液壓元件用油管有機地連接起來的組合體，稱為履帶起重機液壓系統(tǒng)。9.1.1 履帶起重機液壓系統(tǒng)發(fā)展歷程

3、上個世紀 70 年代初，液壓系統(tǒng)開始應用于履帶起重機。當時的液壓系統(tǒng)十分簡單，動力源為齒輪泵， 由多路換向閥控制各執(zhí)行裝置， 卷筒系統(tǒng)采用 1 個定量液壓馬達驅動，并通過離合器分別操縱多個卷筒機工作。 70年代末稍作改進， 液壓系統(tǒng)中采用了變量泵和遠控閥，用遠控閥的二次壓力控制變量泵的流量。但該系統(tǒng)的一個很大的缺陷，由于系統(tǒng)中所有變量泵都按同時承受載荷的工況預先設定了輸入功率， 當起重機只有1 個或2 個裝置作業(yè)時，系統(tǒng)不能充分利用發(fā)動機功率。80 年代初， 斜盤式可變量串聯(lián)泵開始應用于履帶起重機， 這種系統(tǒng)實行的是泵的全功率控制，即泵輸入的是恒定扭矩。泵的全功率控制過程與由發(fā)動機轉速引起的扭

4、矩變化不相對應，為了避免低速下發(fā)動機熄火，將泵的最大輸入扭矩設定得比較低。這種控制形式在一定程度上提高了發(fā)動機的功率利用率。80 年代末， 機電一體化技術開始應用于履帶起重機液壓系統(tǒng)。 該系統(tǒng)可實現(xiàn)將卷筒壓力反饋給操作桿的負載感應裝置， 根據(jù)發(fā)動機設定的最高工作轉速與實時工作轉速的差值，來控制液壓泵的輸入功率，從而進一步提高發(fā)動機的功率利用率。 90 年代初，機電一體化技術得到充分應用。由于發(fā)動機轉速與泵的流量實行了一元化的聯(lián)合控制，系統(tǒng)如同采用了液力變矩器傳動。 在不同情況下， 泵的輸出流量可隨發(fā)動機的轉速而改變，或泵的輸出流量不隨發(fā)動機轉速而改變，使馬達呈恒定轉速。這種系統(tǒng)可通過對發(fā)動機負

5、荷的檢測，使其輸出扭矩與液壓泵的輸入扭矩相匹配。90年代末及本世紀初， 隨之計算機技術的長足發(fā)展， 現(xiàn)代控制理論在液壓系統(tǒng)的應用成為可能，促進了液壓技術的迅速發(fā)展。單片機控制的變量泵，大大提高了液壓系統(tǒng)的效率。計算機技術與液壓技術結合的深入，推動了液壓系統(tǒng)計算機仿真的發(fā)展。9.1.2 履帶起重機液壓系統(tǒng)的組成履帶起重機液壓系統(tǒng)由五部分組成：動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。1）動力元件指液壓系統(tǒng)中的液壓泵，其作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，從而向整個液壓系統(tǒng)提供動力。2）執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達等，作用是將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載作直線往復運動或回轉運動。

6、3）液壓系統(tǒng)中的控制元件指各種液壓閥，用于控制和調節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為溢流閥（又稱安全閥）、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調速閥，分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。4）輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位油溫計、冷卻器和加熱器等。油箱中油液溫度推薦在30c50c范圍內，一般不超高過60 c,不低于 15。履帶起重機等行走機械的液壓系統(tǒng)中的油液溫度最高允許達到65。5）液

7、壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質，分為礦物油、乳化液和合成型液壓油等。9.1.3 履帶起重機液壓系統(tǒng)的分類按照油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，把壓力油輸給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油則直接流回油箱。開式系統(tǒng)油箱尺寸較大，液壓油能夠得到較好的冷卻，油液中雜質易沉淀，但空氣、臟物容易進入系統(tǒng)中，會導致工作機構運動的不平穩(wěn)。在實際應用中多用于發(fā)熱較多的液壓系統(tǒng)，如具有節(jié)流調速回路的系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)是指液壓泵的排油腔直接與執(zhí)行元件的進油管相連， 執(zhí)行元件的回油管直接與液壓泵的吸油管相連， 油液在系統(tǒng)的油管中進行封閉循環(huán)。閉式系統(tǒng)油箱尺寸小、結構緊湊、執(zhí)行元

8、件回油管和液壓泵吸油腔直接連通，減少了空氣及臟物進入系統(tǒng)的機會， 但油液的冷卻條件差， 需要輔助泵進行換油冷卻和補償漏油，結構比較復雜。一般情況下，閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件若采用雙作用單活塞桿液壓缸時，由于兩腔流量不等， 在工作中會使功率利用下降。 所以閉式系統(tǒng)的執(zhí)行元件一般為馬達。關于履帶起重機的開、閉式系統(tǒng)，將在9.2 節(jié)詳細介紹。按照系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。單泵系統(tǒng)由一個液壓泵供油給動力轉向和工作裝置； 多泵系統(tǒng)由兩個或兩個以上液壓泵供油給動力轉向和工作裝置。為了合理利用功率、縮短作業(yè)循環(huán)時間和提高生產率，目前履帶起重機液壓系統(tǒng)多采用多泵系統(tǒng)，一般由主泵、回轉泵和輔助泵

9、等組成。按照所用液壓泵的形式， 可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。 變量泵可分為手動變量、伺服變量、壓力補償變量、恒壓變量、液壓變量等多種方式。其優(yōu)點是在排量調節(jié)范圍內可充分利用發(fā)動機的功率，缺點是結構和制造工藝復雜，成本高。履帶起重機液壓系統(tǒng)的液壓泵一般采用變量柱塞主泵加輔助齒輪泵的組合形式。按照向執(zhí)行元件的供油方式，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)中，上一個執(zhí)行元件的回油即為下一個執(zhí)行元件的進油，每通過一個執(zhí)行元件壓力就要降低一次。在串聯(lián)系統(tǒng)中，當主泵向多路閥控制的各執(zhí)行元件供油時，只要液壓泵的出口壓力足夠，便可以實現(xiàn)各執(zhí)行元件的運動的復合。但由于執(zhí)行元件的壓力是疊加的，所以系統(tǒng)克服外載的能

10、力將隨執(zhí)行元件數(shù)量的增加而降低。并聯(lián)系統(tǒng)中，當一臺液壓泵向一組執(zhí)行元件供油時，進入各執(zhí)行元件的流量只是液壓泵輸出流量的一部分。流量的分配隨外載的不同而變化，液壓油首先進入外載較小的執(zhí)行元件，只有當各執(zhí)行元件上外載相等時，才能實現(xiàn)同時動作。 在履帶起重機液壓系統(tǒng)中采用的是并聯(lián)系統(tǒng)， 為了能實現(xiàn)復合動作，采用帶壓力補償?shù)亩嗦烽y。9.1.4 履帶起重機液壓系統(tǒng)設計步驟1）明確整機對液壓系統(tǒng)的要求和有關參數(shù)；2）確定液壓系統(tǒng)方案和主要參數(shù)；3）擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖；4）液壓系統(tǒng)的設計計算；5）選擇標準的液壓元件及設計非標準的液壓元件；6）液壓系統(tǒng)驗算；7）繪制液壓系統(tǒng)裝配圖；8）整理和編寫技術文件。

11、9.1.5履帶起重機對液壓系統(tǒng)的要求1）具有足夠的驅動力。根據(jù)整機技術性能要求，確定適宜的系統(tǒng)壓力和流量，保證液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件有足夠的驅動油壓和速度。2）可靠和全面的安全保護裝置。設置整個系統(tǒng)的超載限壓保護，對起升、變幅、支腿等機構設有防爆管和防承重回縮裝置，以及回轉機構的緩沖補油，濾油器臟堵報警裝置等。3）較大的調速范圍和平穩(wěn)的動作性能。結合發(fā)動機油門、換向閥節(jié)流、多臺液壓泵合/分流供油和變量系統(tǒng)的容積變化等進行調速。利用上述調速措施也可滿足微動調速和定位性能要求。此外， 還應有吊重空中懸停和起動的平穩(wěn)性能，避免 “點頭 ”、 “溜鉤 ”、 下降失速和回轉制動時的過大擺振等現(xiàn)象。4）不僅能

12、單機構作業(yè)，而且具有多機構復合動作的能力。5）合理利用功率，降低發(fā)動機能耗，充分發(fā)揮發(fā)動機的動力性和燃油經濟性。待命作業(yè)時采用卸荷回路，減少發(fā)熱，提高效率。6）抗污染能力強。液壓系統(tǒng)的過濾精度應與所用液壓元件的要求相適應，液壓油性能要與工作環(huán)境相符，液壓油箱設有空氣濾油器，必要時設置冷卻器和加熱器等。7）系統(tǒng)較簡單、緊湊、重量輕、“三化 ” （標準化、系列化、通用化）程度高、操縱簡便，易于調試、安裝和維護。9.1.6液壓系統(tǒng)設計方案和主要參數(shù)履帶起重機液壓系統(tǒng)設計方案要綜合考慮整機對液壓系統(tǒng)的要求， 與總體設計方案相匹配?？煞? 個步驟確定液壓系統(tǒng)設計方案。1）根據(jù)設計要求，對各種可能的傳動方

13、式做技術經濟分析。在反復比較、研究國內外有關資料和充分了解制造廠、配套件廠產品的基礎上，選定經濟、可靠、較先進的液壓系統(tǒng)型式。這涉及開式或閉式系統(tǒng)、定量或變量系統(tǒng)、單泵單路或多泵多路系統(tǒng)、串聯(lián)與并聯(lián)或串并聯(lián)、各機構液壓回路的相互關系等。2）確定起升、變幅、回轉和行走等部分的液壓回路，使它們既能滿足整機作業(yè)的性能要求，又安全可靠。3）設計輔助液壓回路，包括卸荷油路、補油油路、過載保護油路、緩沖油路、濾油油路、控制油路和其他滿足特殊要求的油路等。液壓系統(tǒng)的主參數(shù)包括系統(tǒng)工作壓力和系統(tǒng)流量。 通常先根據(jù)起重機工作的最大負載和有關的國家標準初定系統(tǒng)工作壓力， 再按各執(zhí)行元件單個或可能的復合動作速度初定

14、系統(tǒng)流量。系統(tǒng)工作壓力是指系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下的最高壓力。系統(tǒng)工作壓力一般為三者之和：執(zhí)行元件的最高工作壓力、油管系統(tǒng)的壓力損失和節(jié)流、濾油等引起的壓力損失。系統(tǒng)工作壓力應按整機性能要求， 考慮經濟性和液壓技術現(xiàn)有水平確定。 在給定外載下，系統(tǒng)的工作壓力越高，各液壓元件及油管系統(tǒng)的尺寸就越小，重量越輕，結構越緊湊，但由此導致對密封、制造加工精度和元件材質的要求越嚴，維護和修理也越困難。系統(tǒng)工作壓力高到一定程度后，隨著高壓力對壁厚和密封要求的提高，系統(tǒng)的尺寸和重量反而會增加。履帶起重機液壓系統(tǒng)采用的工作壓力一般為25mpa32mpa。系統(tǒng)工作壓力初定后，可根據(jù)負載計算液壓缸缸徑、活塞桿直徑和液壓馬

15、達排量等，這些都是確定系統(tǒng)流量的重要依據(jù)。系統(tǒng)流量是指整機正常作業(yè)狀態(tài)下所需最大流量，它為同時動作的、非串聯(lián)執(zhí)行元件的流量峰值與系統(tǒng)各液壓元件的泄漏量之和。單泵串聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)流量是單個動作的執(zhí)行元件中所需流量的最大值。單泵并聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)流量則是同時動作的執(zhí)行元件所需最大流量之和。 而對多泵與多回路系統(tǒng)， 要全面分析多泵合流和多回路的具體情況，取合流流量或較大流量回路的流量為系統(tǒng)流量。9.2 開式與閉式液壓系統(tǒng)9.2.1 開式與閉式液壓系統(tǒng)的工作原理與關鍵技術1）開式系統(tǒng)的工作原理開式液壓系統(tǒng)，最基本的回路是由一個定量泵驅動一個定量液壓馬達，如圖 9.1 所示。液壓泵從油箱吸油，把壓力油輸給

16、液壓馬達，液壓馬達排出的油則直接流回油箱。通過改變換向閥閥口開度和閥芯位置，可以改變馬達的轉速和方向。在實際的應用中，為防止馬達失速，通常需要加上平衡閥。有的需加單向平衡閥，如在用于升降重物的液壓回路中， 平衡閥可以防止在下放重物時馬達在重物的作用下失速下降，保證重物平穩(wěn)下落；有的需加雙向平衡閥，如在用于行走的開式液壓回路中, 平衡閥可保證在有一定坡度的場地平穩(wěn)行駛。圖9.1開式液壓系統(tǒng)理論模型圖9.22）閉式系統(tǒng)的工作原理閉式液壓系統(tǒng)，最基本的回路是由一個變量泵驅動一個定量液壓馬達，如圖9.3所示。泵的高壓油口直接與馬達進油口相連，而馬達的出油口與泵的吸油口相連。閉式變 量泵隨著斜盤角度的改

17、變可以實現(xiàn)無級變速，當斜盤擺過中位時，可以平穩(wěn)地改變液流 流動方向，從而實現(xiàn)馬達方向改變。從理論上來說，液壓負載需要多大的流量，油泵便提供多大的流量；液壓負載需要 多大的壓力，液壓系統(tǒng)便提供多大的壓力。因此閉式泵控系統(tǒng)較其他控制系統(tǒng)能量消耗 最少，相應地系統(tǒng)發(fā)熱也最少，尤其適用于大、中功率的調速系統(tǒng)。然而圖 9.3所示的 閉式泵控系統(tǒng)僅是理論模型，在實際使用中是不能正常使用的。xs圖9.3閉式液壓系統(tǒng)理論模型首先，由于閉式系統(tǒng)的工作油液是在一個封閉的泵 -馬達回路中周而復始地運行， 而無論是泵還是液壓馬達都有內泄漏， 隨著時間的推移，在閉式系統(tǒng)中的油液越來越少, 進而引起液壓元件吸空，因此，為

18、了保證閉式系統(tǒng)的正常工作，一個適當?shù)碾p向補油系 統(tǒng)是必須的。其次，盡管閉式系統(tǒng)有較低的發(fā)熱量，但是閉式系統(tǒng)的散熱條件較差，不能通過回 油與外界進行熱交換。因此一個冷卻更油系統(tǒng)是必不可少的，它的作用是將從油箱吸來 的冷油通過輔泵輸入到閉式回路的低壓側，使低壓側的部分熱油流回油箱，從而實現(xiàn)系 統(tǒng)的冷卻。最后，對于任何一個液壓系統(tǒng)來說，高壓油路的壓力保護都是必不可少的，閉式泵 控系統(tǒng)也不例外。對于閉式系統(tǒng)應至少包括以下子系統(tǒng)： 斜盤變量系統(tǒng)：控制斜盤的擺角以對馬達進行速度調節(jié)； 補油系統(tǒng)：維持閉式系統(tǒng)的吸油壓力穩(wěn)定，保證不因吸空而導致泵的配油盤由于 氣蝕而過早磨損； 冷卻系統(tǒng)：保證閉式系統(tǒng)的溫度不會

19、超過產品的允許范圍；高壓保護系統(tǒng)：防止液壓元件因為意外工況形成的超高壓力而導致?lián)p壞。一個實際中使用的閉式系統(tǒng)原理圖如圖 9,4所示：:況工bypku雌圖9.4實用閉式液壓原理圖3）開、閉式系統(tǒng)關鍵技術的比較履帶起重機的核心在于起升回路的設計，下面就起升時的二次起升控制和下放時的 重物速度控制，分別比較開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的區(qū)別。二次起升控制起開回路的特點是負載力恒定，若起升機構二次起升重物時，在油液壓力未充分建 立前便打開制動器，會導致重物下滑，即二次下滑現(xiàn)象。二次下滑現(xiàn)象不僅存在于開式 系統(tǒng)中，也同樣存在于閉式系統(tǒng)中，而且在閉式系統(tǒng)中會更加嚴重。閉式系統(tǒng)中，泵的 出油口與馬達進油口之間的管路越

20、長，壓力建立的容性特性就越明顯，二次下滑現(xiàn)象越 嚴重。當發(fā)生二次下滑現(xiàn)象時，馬達會出現(xiàn)反轉現(xiàn)象，重物下滑，并伴隨著壓力震蕩和吸 空等現(xiàn)象，產生強烈的慣性沖擊載荷。這將惡化結構受力情況，影響了整機的穩(wěn)定性， 降低液壓元件的工作壽命，降低了起升機構的微動能力，因此在二次起升控制中要避免 二次下滑現(xiàn)象的發(fā)生。在開式系統(tǒng)中，由于有平衡閥的存在，可以有效減小二次下滑現(xiàn)象，而且可以通過 平衡閥與制動器的合理匹配，使制動器的打開較平衡閥的打開滯后，避免重物在起升油 壓未充分建立前下滑。在閉式系統(tǒng)中，目前常用的解決方法為壓力記憶控制，即在起重機起吊重物的過程 中，液壓系統(tǒng)的壓力傳感器可以檢測馬達處的壓力， 然

21、后把這個壓力信號傳輸?shù)娇刂破鳎?控制器需要記錄馬達處的壓力值。一旦控制器接收到需要在空中再次起升載荷的命令 時，控制系統(tǒng)先監(jiān)測起開回路是否已經達到足夠支撐載荷的壓力，然后執(zhí)行機構才進行 動作。重物下放控制無論是開式還是閉式回路，在重物下放時，都存在馬達超速控制及負扭矩吸收問題。 在開式系統(tǒng)中，當重物下放時，由平衡閥控制下放速度，避免由于液壓馬達超速而引起 的供油壓力不足，下放功率由回油管路中用接的液壓元件吸收或流回油箱。在閉式液壓 系統(tǒng)中，下放功率主要是通過變量泵向外傳遞，大部分被發(fā)動機吸收，部分傳遞給串聯(lián) 的開式回路，在緊急情況時可人為地調高開式回路的系統(tǒng)壓力來吸收負功率。下放速度 控制也是

22、由變量泵實現(xiàn)，因此閉式回路下放控制的關鍵是閉式泵的控制。重物下放過程的另一個特點是供油側為低壓，回油側為高壓。在開式系統(tǒng)中，回油 側高壓容腔由平衡閥鎖定，容腔小，壓力容易建立，且此時馬達吸油油路與油箱相通并 配有補油系統(tǒng)，因此不會產生強烈的壓力振蕩和吸空現(xiàn)象。但在閉式系統(tǒng)中，高壓側容 腔包括馬達到泵之間的管路，壓力建立所產生的容積變化大，馬達會出現(xiàn)短時失速現(xiàn)象, 從而引起強烈的壓力振蕩和吸空現(xiàn)象。9.2.2 開式與閉式液壓系統(tǒng)的特點比較開式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)各有其特點，見表 9.1所示。但總的來說，閉式系統(tǒng)較開式系 統(tǒng)有諸多優(yōu)點，通過表9.1的比較，可以看出閉式系統(tǒng)在傳動平穩(wěn)性、控制系統(tǒng)的技術 含

23、量、散熱、環(huán)保、節(jié)能及結構易布置性等特點上占有很大的優(yōu)勢。表9.1開、閉式液壓系統(tǒng)的特點比較方面開式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)一個動力元件可以同時為多個機 構供油，可以減少泵的數(shù)量；空 動力傳動 氣易于滲入系統(tǒng)，而且換向閥因素影響大，機構傳動不平穩(wěn)，液 壓沖擊和能量損失大大多是單泵單馬達系統(tǒng)，機構動作不 相互影響；沒有換向閥的影響，空氣 不易滲入系統(tǒng)，故傳動較平穩(wěn)，液壓 沖擊和能量損失??；控制技術由液壓實現(xiàn)防止二次下滑和下放 失速功能；全電控實現(xiàn)防止二次下滑和下放失速功能；散熱 環(huán)保 節(jié)能如, alf -油箱體積小，無換向閥的節(jié)流損失， 油箱卸積大，減壓油經過油箱譏|心令的坳口口、心匕白十 寸川k/、小1上

24、 小功率的散熱器就能潴足要求；不從淀雜質；系統(tǒng)發(fā)熱大，需要大功生g口與好自、八油箱直接吸油，避免交叉污染，減少率的散熱器才能散熱充分；、注.污染幾率；結構結構復雜，加有多種換向閥，故閥| 一叼、e 一切八方 貨g 工、q結構簡單，管路連接少，布置方便；塊布置分散，管路連接多；維修閥塊較多，故障點多；抗污染較 油路簡單，閥塊少，出現(xiàn)故障的幾率 泵和馬達差，更易發(fā)生故障；閥 低；出現(xiàn)故障時，一般為油泵或油馬 塊相對便于維修和更換，維修成達,維修成本高； 本低；安全性安全性主要由液壓系統(tǒng)保障，電一d4、l、方曰除了液壓系統(tǒng)硬件保障外，電控系統(tǒng) 控系統(tǒng)作為補充，主要是平衡閥“i 上一寸、人父二斗牛*

25、上&曰/ 4、人&設計的可晶與否對女生性至大重要。的可靠性影響安全性。9.2.3 開式與閉式液壓系統(tǒng)在履帶起重機中的應用國內外發(fā)展現(xiàn)狀如下：9.2.4 爾（lieherr）-閉式目前在大噸位履帶起重機市場，利勃海爾是應用全閉式系統(tǒng)的典型代表，型號 lr1280（280 噸），lr1350（350 噸），lr1400（400 噸），lr1750（750 噸），lr1800（800 噸）, lr11200（1200）都是采用全閉式系統(tǒng)，在閉式系統(tǒng)領域技術已經非常成熟。2）馬尼托瓦克（manitowoc）-閉式馬尼托瓦克生產的履帶起重機系列產品，型號21000（907噸），型號18000（600/7

26、50噸），型號16000（400噸），型號15000（250噸）等都是采用了全閉式系統(tǒng)。起重機的性能 也是居于世界一流水平。3）特雷克斯-德馬格（terex-demag）-開式特雷克斯-德馬格的產品遵循其一貫的設計風格，不管是小噸位（50噸）還是超大噸位 （1250噸），都是開閉式結合系統(tǒng)（回轉系統(tǒng)是閉式，其它系統(tǒng)為開式），也在其產品上將 開式系統(tǒng)發(fā)揮得淋漓盡致。4）三一科技-大部分閉式三一科技是目前履帶起重機業(yè)務發(fā)展最為迅速的企業(yè)之一，在其開發(fā)的400噸履帶起重機上，回轉機構和起升機構都采用了閉式系統(tǒng)，變幅機構采用了開式系統(tǒng)。在其推 出的900噸級履帶起重機中，已經采用了全閉式液壓系統(tǒng)。因此

27、，可以看出，三一已經 基本掌握了閉式系統(tǒng)的核心技術，產品性能也在實際作業(yè)過程中得到了檢驗，三一科技 在閉式系統(tǒng)技術的產品應用程度上已經走在了國內的前列。5）徐工、撫挖、浦沅等-開閉式結合從目前國內其他廠家的產品看，大部分廠家的大噸位起重機除了回轉是閉式外，最關鍵的起升系統(tǒng)都是采用開式系統(tǒng)。總結國內外閉式系統(tǒng)在履帶起重機中應用的發(fā)展現(xiàn)狀可知： 小噸位 （200 噸以下 ） 以開式系統(tǒng)為主，國內和國外相類似； 技術領先型企業(yè)大多走閉式系統(tǒng)道路：大噸位起重機技術力量走在最前面的兩家公司， liebherr 和 manitowoc 采用了全閉式系統(tǒng)， 而傳統(tǒng)的起重機廠商demag考慮產品的繼承性，則一

28、直沿用其開式系統(tǒng)； 國內已經開始掌握閉式系統(tǒng)關鍵技術，并逐步在產品上得到應用，但仍需要一段時間的摸索和嘗試； 老牌傳統(tǒng)企業(yè)由于受當時技術條件的限制，只能做開式系統(tǒng)；隨著閉式系統(tǒng)技術成熟，后起之秀大多做閉式系統(tǒng)。9.3 主要工作機構的液壓回路履帶起重機起升、變幅、回轉、行走等工作機構的液壓系統(tǒng)一般是變量系統(tǒng)，一般有三種組合形式：9.3.1 定量馬達。在該回路中，用變量泵調速，變量泵的排量可在零到最大值之間變化，調速范圍廣，而且變量泵可通過零點實現(xiàn)換向， 因此可應用在閉式回路中。9.3.2 變量馬達。在該回路中，用變量馬達進行調速，但隨著馬達排量的減小，馬達內部的摩擦阻力會迅速增加，使其不能正常工

29、作，故該組合調速比小，只有3 4。且變量馬達不能通過零點進行換向，因此只能應用在開式回路。9.3.3 變量馬達。在該回路中，用變量泵換向和調速，以變量馬達輔助調速，以達到更大的調速范圍。9.3.4 起升與變幅機構液壓回路在履帶起重機液壓系統(tǒng)中， 起升機構和變幅機構都通過馬達驅動減速機并帶動卷筒轉動，其結構形式和液壓回路基本相同。履帶起重機起升機構液壓系統(tǒng)多采用變量泵變量馬達的驅動形式，可通過變量泵與變量馬達實現(xiàn)大范圍調速。變幅機構的液壓回路與起升機構不同點在于，變幅不需要很大的調速范圍，所以變幅機構一般為變量泵 定量馬達的液壓回路。履帶起重機的液壓系統(tǒng)一般有液控和電控兩種控制方式， 液控系統(tǒng)即

30、采用液動式主閥和液控手柄，調節(jié)液控手柄的開度可以給主閥以不同的壓力信號，從而調節(jié)主閥不同的閥口開度；電控系統(tǒng)即采用電動式或電液動式主閥和電控手柄，調節(jié)電控手柄的開度可以給主閥以不同的電信號，從而調節(jié)主閥不同的閥口開度。圖 9.5和圖 9.6分別為起升機構的液控和電控開式回路。123圖9.5起升機構的液控開式回路的原理圖1）濾油器；2）主泵；3）壓力補償閥；4）先導泵；5）溢流閥；6）操作手柄；7）平衡閥； 8）變量馬達；9）制動器；10）制動器控制閥；11）梭閥；12）主閥；13）安全閥主閥12的閥芯方向及其閥口開度由操作手柄 6進行調節(jié)，當主閥12置于右位時， 油液經濾油器1進入主泵2,經平

31、衡閥7使馬達8正轉，帶動重物上升。與此同時，油 液經梭閥11引入制動器控制閥10的進油口 p 口，依次經過閥10的順序閥、減壓閥， 從油口 a 口進入制動器，打開制動器幺當操作手柄 6不動作時，主閥12在對中彈簧的 作用下恢復到中位，制動器中的油液經閥 10的a 口、l 口流回油箱。當主閥12置于左 位時，油液帶動馬達8反轉，使重物下落，此時平衡閥 7的遠控口受到壓力油的作用， 推動平衡閥7的閥芯，調節(jié)其開度，使重物平穩(wěn)下落。先導泵4一般為齒輪泵，其出口壓力為溢流閥5的調定壓力，通過操作手柄控制先導油液的壓力以控制主閥的動作。閥 13為安全閥，限制整個液壓系統(tǒng)的最高壓力，當系統(tǒng)壓力高于安全閥設

32、定壓力時， 安全 閥打開進行卸荷，以保護整個液壓系統(tǒng)。閥3稱為旁通式壓力補償閥，通過梭閥11,將系統(tǒng)的最高負載壓力傳遞給壓力補償 閥3,假設此時的壓力為p2,令壓力補償閥5的彈簧力為f,閥芯作用面積為a,泵的 出口壓力為p1,則p1 a=p2 a+f,即p=p1-p2=f/a, 4p即是主閥12閥芯兩端壓差。 由流體流過節(jié)流口的伯努利流量方程 q = ka歷可知，當節(jié)流口兩端壓差p恒定，通過節(jié)流口的流量只與節(jié)流口的開度有關， 即通過換向閥的流量與換向閥閥芯的位移量成 正比，可以方便的實現(xiàn)流量控制。圖9.6為電控式液壓回路，采用的是電液動式主閥，主閥11的換向及閥口開度的大 小，是通過給主閥11

33、的電磁鐵以不同的電信號進行控制的。制動器的開啟和關閉，是 通過電磁閥6的得電與失電進行控制的。通過電磁閥 6的延時給電，可使制動器的打開 滯后，可防止在驅動力矩未充分建立前重物下落。125圖9.6起升機構的電控開式回路的原理圖1）濾油器；2）主泵；3）壓力補償閥；4）先導泵；5）溢流閥；6）電磁閥;7）平衡閥；8）制動器；9）變量馬達；10）梭閥；11）主閥；12）安全閥9.3.5 回轉機構液壓回路為保證履帶起重機正常工作，回轉時回轉速度不能太大，但又要同時兼顧作業(yè)效率， 一般回轉速度為12轉/分鐘。回轉機構回轉時要平穩(wěn)可靠，起、制動時沖擊要小，因 此履帶起重機回轉液壓回路多采用變量泵 一定量

34、馬達組合的閉式回路。圖 9.7為回轉機 構的閉式液壓回路原理圖。10圖9.7回轉機構閉式回路的原理圖1）主泵；2）補油泵；3）油*f; 4）濾油器；5）溢流閥；6）二次溢流閥； 7）壓力切斷閥；8）電磁閥；9）定量馬達；10）電比例閥閉式回路中，主泵1的出油口直接與液壓馬達9的進油口相連，在這個系統(tǒng)中，主 泵1既是液壓能源，又是主要的控制組件，通過給電比例閥10輸入不同的電信號，調節(jié)主泵1的排量，從而改變其流量的大小和方向，就可以改變液壓馬達輸出速度的大小 和方向。因為泵和馬達存在泄漏現(xiàn)象，故補油泵 2通過二次溢流閥6的單向閥向系統(tǒng)的 低壓管道補油，補油壓力是由溢流閥 5設定的。系統(tǒng)的最大工作

35、壓力由閥 6的高壓溢流 閥所限定。閥7為壓力切斷閥，它將系統(tǒng)的壓力通過梭閥引到溢流閥的遠控口，當達到 設定的壓力值之后，溢流閥打開，泵的排量迅速調整為零，該閥在回轉機構加速或減速 時可阻止高壓溢流閥的開啟。壓力切斷閥的設定值比高壓溢流閥的設定值低 3mpa左右。 當給以電信號時，電磁閥8打開，回轉馬達的進油口與回油口相通，可實現(xiàn)自由滑轉。 若履帶起重機噸位較大，一個馬達提供不了足夠的驅動力矩，可在回路中并聯(lián)兩個或多 個馬達，以達到回轉所需的驅動力矩。補油泵2的作用是：向系統(tǒng)的低壓管道補油；在低壓管道形成一定的低壓，改 善泵的吸入性能，防止氣蝕現(xiàn)象和空氣滲入系統(tǒng)，可容許主泵提高工作轉速；通過補

36、油油路中油液的循環(huán)，使系統(tǒng)溫度下降。9.3.6 行走機構液壓回路履帶起重機一般用于工作性和短距離運輸性移動，且運行速度較低，要求行使時穩(wěn) 定性好、運行沖擊小。目前履帶起重機多采用雙速行走馬達。圖9.8為行走機構開式液壓回路的原理圖。圖9.8行走機構開式液壓回路的原理圖1）濾油器；2）主泵；3）壓力補償閥；4）先導泵；5）溢流閥；6）主閥；7）梭閥；8）減壓閥；9）雙向平衡閥；10）緩沖閥；11）制動器；12）行走馬達；13）安全閥主閥6采用電液動控制，給主閥6的電磁鐵以不同的電信號，可以控制其不同的閥口開度。當主閥在左位或右位時，油液經雙向平衡閥9,驅動馬達轉動。與此同時，油液經梭閥7和減壓閥

37、8引入制動器，打開制動器以實現(xiàn)馬達旋轉。當主閥位于中位時，制動器中的油液在制動器彈簧力的作用下，經減壓閥8的a 口、l 口流回油箱。閥9為雙向平衡閥，用于避免在行走中出現(xiàn)不希望的前沖或后退。閥10為行走緩沖閥，可吸收在行走過程中出現(xiàn)的壓力沖擊。行走機構的驅動馬達多采用雙速行走馬達，圖9.9為液控兩點變量馬達工作原理，可通過在x油口施加控制壓力和不施加控制壓力使馬達排量分別為最小和最大。圖9.9液控兩點變量馬達的原理圖9.4 液壓系統(tǒng)的設計計算及元件選擇履帶起重機液壓系統(tǒng)的設計計算通過液壓元件主要參數(shù)的計算和選擇來完成，需設計或選用的液壓元件包括液壓馬達、液壓缸、液壓泵、液壓油管，以及閥類元件、

38、濾油 器、蓄能器、冷卻器和加熱器、油箱等。9.4.1 液壓馬達主要參數(shù)的計算起重機常用的液壓馬達分為高速液壓馬達和低速液壓馬達。高速液壓馬達的主要性能特點是轉速高、負載扭矩小、體積緊湊、重量輕，在機構傳動中需與相應的減速器配 套使用，以滿足機構工作的低速重載要求。高速液壓馬達應用較多的有擺線齒輪馬達和 軸向柱塞馬達等。低速液壓馬達的負載扭矩大、轉速較低、平穩(wěn)性較好，可直接或只需 一級減速驅動機構，但體積和重量較大。內曲線徑向柱塞或球塞馬達和軸向球塞式馬達 是低速液壓馬達較常用的型式。履帶起重機常用的是高速液壓馬達。液壓馬達的工作負載轉矩te包括穩(wěn)定工作狀態(tài)下的負載靜轉矩tj、傳動摩擦阻力矩 t

39、f ,起動慣性負載轉矩td ,且te =tj +tf +td。工作負載大多是非恒定的，有時為阻力 負載（又稱正負載），如起升機構在提升吊重時所受的負載；有時為超越負載（又稱負 負載），如起升機構在下放吊重時所受的負載。摩擦負載如傳動摩擦、密封件對運動件 的阻滯和回油阻力等，是一種阻力負載，通常用效率和回油背壓表示。慣性負載是執(zhí)行 元件的運動部分質量及其相聯(lián)的機構運動件與負載質量在運動狀態(tài)改變時產生的慣性 力或力矩，一般由工作靜負載乘以動載系數(shù)來計算。為全面、可靠地分析負載，應按最 不利工況下的載荷組合計算執(zhí)行元件所受的負載。液壓馬達的主要參數(shù)包括液壓馬達的排量 vm和輸入流量qm。vm2二 t

40、p mm式中，v m 液壓馬達排量；t液壓馬達輸出工作轉矩；ap 液壓馬達進出口的 壓力差；“mm 液壓馬達機械效率，齒輪馬達“mm =0.750.85,軸向柱塞馬達nmm =0.80 0.92。qmnmvm1000 vm式中，qm 液壓馬達輸入流量；am 一液壓馬達的轉速；vm 液壓馬達容積效率, 約為0.850.98,齒輪馬達取低值，柱塞馬達取高值。9.4.2 液壓缸主要參數(shù)的計算液壓缸的主要參數(shù)為：缸筒內徑（簡稱缸徑）d、活塞桿外徑d、工作行程s。對單活塞桿的雙作用液壓缸而言，如果伸和縮兩個相反的行程以相同流量 q進油， 那么兩個行程的速度是不同的，但這兩個行程速度之比，即速比邛是恒定的

41、。速比中是 液壓缸設計計算中的重要參數(shù)之一，可表示為：一 _ 22v1 d2 -d2式中，v1一無桿腔進油時的速度；v2 一有桿腔進油時的速度。液壓缸的內、外部結 構取決于其應用要求和安裝條件，因此在不同應用場合，其結構大都不能通用，加上d、 d、s等參數(shù)的差別，許多情況很難從市場上買到完全符合需要的產品，往往需要設計 人員自行設汁。9.4.3液壓泵主要參數(shù)的計算液壓泵型式、規(guī)格和數(shù)量的選擇需要考慮液壓系統(tǒng)的型式、調速方式和工作條件， 液壓泵的額定工作壓力、排量和流量，以及液壓泵的驅動布置和吸油條件等因素。液壓 泵的結構形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。葉片泵運動平穩(wěn)、噪聲小、容積效率高, 但

42、其工作壓力低，吸油能力差，對液壓油的污染比較敏感，在履帶起重機上很少應用。 柱塞泵工作壓力高、轉速高、容積效率較高，在結構上容易實現(xiàn)變量。齒輪泵成本低、 體積小、工作可靠、對液壓油污染不太敏感。因此，柱塞泵與齒輪廣泛應用在履帶起重 機液壓系統(tǒng)中液壓泵主要參數(shù)包括額定正作壓力、液壓泵流量qp和排量vp、驅動功率p pp。1）液壓泵的額定工作壓力pppp = a（p 三 r 三 p ）式中，a一儲備系數(shù),常取1.051.25; p一系統(tǒng)工作壓力；ap- ap8分別是系統(tǒng) 的沿程阻力損失之和局部阻力損失之和，對節(jié)流調速的簡單回路，這兩項之和為 0.20.5mpa,節(jié)流調速的復雜回路取0.51.5mp

43、a,高壓大流量時取高值。2）液壓泵流量qp和排量vp p pqp 二 k 三q式中,qp 液壓泵輸出流量；k系統(tǒng)滲漏系數(shù)，一般取1.11.3; xq 一系統(tǒng)最大 流量。1000qp vpvp 二np式中，vp液壓泵排量；3p液壓泵容積效率，齒輪泵 lp=0.800.95,柱塞泵 刈mp =0.880.95; np 液壓泵的轉速。3）液壓泵的驅動功率p1 : pmp 二-60y pi式中，p液壓泵的驅動功率；*!p 液壓泵的總效率，齒輪泵刈p =0.770.87,柱 塞泵“p =0.810.88; n液壓系統(tǒng)中液壓泵的總數(shù)。 p1.4.4 油管的計算及選擇油管在液壓系統(tǒng)中主要用來把各種元件及裝置

44、連接起來傳輸能量。用于履帶起重機液壓系統(tǒng)中的油管主要有無縫鋼管和高壓軟管兩種。對油管的基本要求是要有足夠的強 度，能承受系統(tǒng)的最高沖擊壓力和工作壓力。油管與各元件及裝置的連接處要密封可靠、 不泄漏、不松動。1）油管內徑的計算d -4.61式中，d油管內徑；q一流經油管的最大流量；v油管內液體的推薦流速。表9.2液壓系統(tǒng)油管推薦流速吸油管壓油管回油管流速運動粘度（mm2/s)流速（m/s）壓力（mpa）流速（m/s）(m/s)1500.62.52.5 31.7 4.51000.7553.5 4一501.2104.5 5一301.32056一一一2067一油管內液流流速越高，油管的尺寸越小，但沿程

45、損失和液流沖擊會隨液流流速呈平 方關系增加，系統(tǒng)傳動效率下降。同時，油溫升高，回油背壓加大，振動與噪聲加劇， 液壓元件的壽命下降。因此，不可盲目提高油管內的油液流速。2）油管壁厚的計算2二式中，a油管壁厚；p管內可能的最大油壓；。一管材許用應力，mpa0a=ib/n, ob管材抗拉強度；n安全系數(shù)，當p7mpa時，取n=8;當p17.5mpa 時，取 n=4。1.4.5 其他液壓元件設計和選擇1）閥類元件的設計與選擇閥類元件需按其承受的最大工作壓力和流量進行設計或選擇，同時保證它們的使用工況和安裝型式符合主機要求。壓力控制閥根據(jù)工作壓力和通過的最大流量來選取，其 調定壓力的上限一般是系統(tǒng)工作壓

46、力的 1.1倍。流量控制閥根據(jù)工作壓力、通過的最大 流量和最小穩(wěn)定流量來選取。方向控制閥根據(jù)工作壓力、最大流量和所需的滑閥機能來 選取。背壓閥或補油閥的開啟壓力應達 0.5mpa左右。對平衡閥的選擇，應滿足其性能 要求和安裝條件，尤其是流量，因為在液壓缸驅動的工作機構中，當使用同一系統(tǒng)流量， 有桿腔進油而無桿腔回油時，回油量比進油量大得多。平衡閥的先導壓力應大于制動器 的開啟壓力。選擇閥類元件時，應注意以下幾個問題：盡量選擇標準定型產品；閥類元 件的額定流量一般大于或等于通過該閥的最大流量，必要時，也允許實際流量大于額定 流量，但不應超過20%;流量閥按系統(tǒng)所需的流量調節(jié)范圍來選取，其最小穩(wěn)定

47、流量應 滿足執(zhí)行元件最低速度要求。2）濾油器的選擇濾油器是液壓系統(tǒng)中對油液進行過濾凈化的重要元件。通常根據(jù)系統(tǒng)中液壓元件情況選取相應的濾油器及其安裝位置。在液壓泵的進油口常用網式濾油器，以減少進油阻 力，并起一定的濾油保護作用。在系統(tǒng)的回油油管中多裝有較高濾油精度、大流量規(guī)格、 帶臟堵報警和保護的可換濾芯式濾油器。對濾油精度有特別要求的液壓元件，可按該液 壓元件所處油管最大工作壓力和流量及相應的濾油要求，選取高壓管式紙質濾油器、燒 結式濾油器或金屬濾芯濾油器。在濾油器的選擇中，還應注意液壓油必須與濾油器材料 相容，流量規(guī)格的匹配，不選用明顯小于相應油管流量的濾油器。雖然選擇高過濾精度 的濾油器

48、可顯著提高液壓系統(tǒng)工作可靠性和液壓元件的壽命，但是過濾精度越高，濾油 器的濾芯往往堵塞的就越快，清洗或更換濾芯就越頻繁，加上高精度濾油器價格貴成本 高，因此，應根據(jù)具體情況選擇適當過濾精度的濾油器，達到所需的油液清潔度。止匕外,還要考慮濾油器的壓降特性、納垢容量、工作溫度和安裝條件等。3）蓄能器的選擇蓄能器在液壓系統(tǒng)中能儲存能量，吸收脈動壓力和沖擊，補充泄漏液體，保持包壓 和用作輔助或緊急動力源。因此，在選取蓄能器時，應按系統(tǒng)允作的最低、最高工作壓 力和蓄能器的有效工作容積與用途，確定它的結構型式，規(guī)格和安裝條件等。4）冷卻器和加熱器的選擇冷卻器的選擇主要依據(jù)液壓油進入冷卻器的溫度、冷卻器應帶

49、走的熱量、通過冷卻器的液壓油流量與壓力，工作壓力與安裝條件等。加熱器主要用于嚴寒地區(qū)工作的起重機液壓系統(tǒng)。選擇加熱器時，主要根據(jù)加熱液壓油品質和容積，以及溫升速率，確定加熱器功率，再選取加熱器的安裝方式和結構型式。也可采用在較小溫升速率時的泵油加熱方式。5）油箱的選擇或設計油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能是：貯存供系統(tǒng)工作循環(huán)所需的液壓油；散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產生的一部分熱量；促進油液中的空氣分離及消除泡沫。油箱的容積通常是指油箱液面高度為油箱總高度的80%時油箱的貯油體積。在行走機械中， 為了保證整機的機動性，減輕自重，便于行駛，油箱的容積一般為系統(tǒng)最大流量的1.11.5倍。履帶起重機常取 1.1

50、倍，油缸機構較多的機器取較大值。9.5 負荷傳感與壓力補償原理及應用9.5.1 負荷傳感控制系統(tǒng)20世紀 90年代初， 履帶起重機液壓系統(tǒng)開始采用負荷傳感控制系統(tǒng) （load sensing，簡稱ls） o負荷傳感控制系統(tǒng)具有感知負載工況流量、壓力，從而調整供油單元的運行狀態(tài)，向系統(tǒng)提供負載所需的壓力、流量等特點。與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)比較，采用負荷傳感控制的液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下：1）節(jié)能效果顯著。傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，無論采用定量泵還是變量泵，總要有一部分液壓油經溢流閥溢流回油箱，浪費了一定能量。而使用負荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量幾乎全部用于負載上，減少了流量損失。2）流量控制精度高，不受負荷壓力變化的影響。3）幾個執(zhí)行元件可以同步運動或以某種速比運動，且互不干擾。負荷傳感控制系統(tǒng)有閥控制負荷傳感和泵控制負荷傳感兩種基本方式， 但以微處理器為核心的泵閥聯(lián)合控制方式是發(fā)展趨勢。圖 9.10為典型的負荷傳感控制回路。100 bac圖9.10負荷傳感控制閥系統(tǒng)1） ls變量泵；2） ls調節(jié)閥；3）壓力補償閥；4）節(jié)流閥；5）執(zhí)行機構a;6）執(zhí)行機構b; 7）節(jié)流閥；8）梭閥；9）壓力補償閥負荷傳感控制閥的基本原理可用流體流過節(jié)流口的伯努利流量方程表示：q = kajp式中，k一流量常數(shù)；a一閥開口面積；ap 一閥口前后壓差。只要控制p的值