装载机液压系统工作原理

装载机液压系统工作原理

一 ：应用及分类

装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。
装载机按行走系统机构的不同，可分为轮式装载机和带式装载机。

二：液压系统工作原理

ZL50型l轮式装载机，该装载机可实现工作装置（铲斗)的铲装，提升，保持，倾卸和转向机构的转向等动作。液压传动系统如图：

液压传动系统包括工作装置和转向系统。工作装置系统又包括动臂升降液压缸工作回路和转斗液压缸工作回路，两者构成串并联回路。当转斗液压缸换向阀3—离开中位，即切断了通往动臂升降液压缸换向阀11—的油路。欲使动臂升降液压缸动作必须使转斗液压缸换向阀3回到中位。因此，动臂与铲斗不能进行复合动作，所以各液压缸的推力较大，这是转载机广泛采用的液压系统形式。

根据装载机作业要求，液压传动系统应该完成下述工作循环：铲斗翻转升起（铲装）→动臂提升锁紧（转运)→铲斗前倾(卸载)→动臂下降.

1.铲斗收起与前倾

铲斗的收起与前倾由转斗液压缸工作回路实现.当操纵手动换向阀3使其右位工作时,铲斗液压缸活塞杆伸出，并通过摇臂斗杆带动铲斗翻转收起进行铲装.其油路为:

进油路:液压泵2(液压泵1）→手动换向阀3右位→铲斗液压缸无杆腔。

回油路：铲斗液压缸有杆腔→手动换向阀3右位→精过滤器6→油箱。

当操纵手动换向阀3使其左位工作时，铲斗液压缸活塞杆缩回，并通过摇臂斗杆带动铲斗前倾进行卸载。其油路为：

进油路：液压泵2（液压泵1）→手动换向阀3左位→铲斗液压缸有杆腔。

回油路：铲斗液压缸无杆腔→手动换向发3左位→精过滤器6→油箱。

当铲斗在收起与前倾的过程中，若转向液压泵17输出流量正常，则流量转换阀18中的流量分配阀工作在左位，使辅助液压泵1与主液压泵2形成并联供油（动臂升降回路也是如此）。

当操纵手动换向阀3使其处于中位时，铲斗液压缸进，出油口被封闭，依靠换向阀的锁紧作用，铲斗在某一位置处于停留状态。

在铲斗液压缸的无杆腔油路中还没有双作用安全阀10。在动臂升降的过程中，铲斗的连杆机构由于动作不相协调而受到某中程度的干涉，即在提升动臂时铲斗液压缸的活塞杆有被拉出的趋势，而在动臂下降时活塞杆又被强制压回。而这时手动换向阀3处于中位，转斗液压缸的油路不通，因此，这种情况回造成铲斗液压缸回路出现过载或产生真空。为了防止这种情况的发生，系统中设置了双作用安全阀10，它可以起到缓冲和补油的作用。当铲斗液压缸有杆腔受到干涉而使压力超过双作用安全阀10的调定压力时，该阀回被打开，使多余的液压油流回油箱，液压缸得到缓冲。当真空时，可由单向阀从油箱补油。铲斗液压缸的无杆腔也应该设置双作用安全阀，使液压缸两腔的缓冲和补油过程彼此协调的更为合理。

2.动臂升降

动臂的升降由动臂升降液压缸工作回路实现。当操纵手动换向阀11使其工作在右位时，动臂升降液压缸的活塞杆伸出，推动动臂上升，完成动臂提升动作。其油路为：

进油路：液压泵2（液压泵1）→手动换向阀3中位→手动换向阀11右位→动臂升降液压缸无杆腔。

回油路：动臂升降有杆腔→手动换向阀11→精过滤器6→油箱。当动臂提升到转运位置时，操纵手动换向阀11使其工作在中位，此时动臂升降液压缸的进出油路被封闭，依靠换向阀的紧锁作用使动臂固定以便运转。

当铲斗前倾卸载后，操纵手动换向阀11使其工作在左位时，动臂升降液压缸的活塞杆缩回，带动动臂下降。其油路为：

进油路：液压泵2（液压泵1）→手动换向阀3中位→手动换向阀11左位→动臂升降液压缸有杆腔。

回油路：动臂升降无杆腔→手动换向阀11中→精过滤器6→油箱。

当操纵手动换向阀11使其工作在左位时，动臂升降液压缸处于浮动状态，以便于在坚硬的地面上铲取物料或进行铲推作业。此时动臂能随地面状态自由浮动，提高作业技能。另外，还能实现空斗迅速下降，并且在发动机熄火的情况下亦能降下铲斗。

装载机动臂要求具有较快的升降速度和良好的低速微调性能。动臂升降液压缸由主液压泵2和辅助液压泵1并联供油，流量总和可达320L/min。动臂升降时的速度可以通过控制手动换向阀11的阀口开口大小来进行调节，并通过加速踏板的配合，已达到低速微调的目的。

3，转载机铰接车架折腰转向

轮式装载机的车架采用前，后车铰接机构，因此其转向机构采用交接车架进行折腰转向。装载机铰接车架折腰转向过程是由转向液压缸工作回路来实现的，并要求具有稳定的转向速度（即要求进入转向液压缸的油液流量恒定）。转向液压缸的油液主要来自转向液压泵17，在发动机额定转速（1600r/min）下转向液压泵的流量为77L/min当发动机受其他负荷影响而转速下降时，就会影响转向速度的稳定性。这时就需要从辅助液压泵1通过流量换向阀18补入转向泵17所减少的流量，以保证转向油路的流量稳定。当流量换向阀18在相应位置时，也可将辅助液压泵多余的或全部液压油共给工作装置油路，以加快动臂升降液压缸和铲斗液压缸的动作速度，缩短作业循环时间和提高生产效率。

装载机转向机构要求转向灵活，因此，转向随动阀13采取负封闭式的转向过渡形式，这样还能防止突然转向时使系统压力突然升高。同时还设置了一个紧锁阀14来防止转向液压缸发生窜动。若操纵转向盘使转向随动阀13工作在左为和右为时，系统的压力升高，立即打开紧锁阀14，使油液进入转向液压缸以驱动活塞伸缩，使车辆转向。同时，前车架上的反馈杆随着前，后车架的相对偏转而通过出齿轮齿条传动使转向随动阀的阀体同时移动并关闭阀口，使转向动作停止。当转向盘停止在某一角度上时，转向液压缸也停止在相应位置上，装载机便动作沿着相应的转向半径运动。若继续转动转向盘，随动阀的阀口将始终打开，转向过程也将继续进行。

因此，前，后车架的相对转角始终随着转向盘的转角。锁紧阀14的作用是在装载机直线行驶时防止转向液压缸窜动时产生液压冲击，造成管路系统损坏。另外，当转向液压泵1和辅助液压泵1出现故障或管路发生损坏时，锁紧阀14将复位并关闭转向液压缸的油路，从而保证装载机不摆头。

4 ：换挡

换挡的工作原理：蓄能器端部的活塞装在活塞缸内，右端顶在弹簧上，大小弹簧右端分别顶在主压力阀和壳体的凸台上。活塞左端与端部的螺塞间形成油室，并通过油道与换向阀的连通油道相通。在这段油道上装有单向阀和节流孔。换挡时油路的液压流入换挡离合器的油缸，从而使油路中油压降低，蓄能器油室的油室经单向阀补充油液，使制动器或离合器迅速结合。同时由于油室的油流出，在主压力阀控制油道的作用下，阀杆左移使系统的油压下降，当主、从动盘贴紧时，油缸停止移动，油压上升，一部分油液经节流孔流向油室，油室的压力逐渐升高，推动活塞右移，压缩弹簧，主压力阀的阀杆右移，这样系统的油压便逐渐升高，使主、从动部件结合平稳，实现平稳可*换挡。

单向阀的作用在于及时向换挡制动器或离合器的油缸补油，使换挡迅速。同时在补油后，使主压力阀的阀杆左移，降低换挡开始时系统的压力。节流孔的作用在于换挡后使系统的压力逐渐地上升，从而换挡制动器或离合器的主、从动摩擦片逐渐压紧，使换挡柔和无冲击。

5：自动限为装置

为了提高生产效率和避免液压缸活塞达到极限位置而造成安全阀的频繁启闭，在工作装置和换向阀上装有自动限位装置，以实现工作中铲斗的自动放平。在动臂后铰点和转斗液压缸处装有自动限位行程开关。当动臂举升到高位置或铲斗随动臂下降到与停机面最好水平的位置时，触点碰到行程开关，发出信号使电磁换向阀8动作，使其右位工作。这时，气动系统接通气路，储气筒内的压缩空气进入换向阀11或3的端部，松开弹跳定位钢球。阀心便在弹簧的作用下回到中位，液压缸停止动作。当行程开关脱开触点时，电磁换向阀断电而使其回到常位，这时进气通道被关闭，阀体内的压缩空气从放气孔排出。

三：系统常见故障及排除方法

（1） 动臂提升力不足或转斗力不足。主要是：1、安全阀调整不当系统压力低，按规定值重新调整系统工作压力；2、吸油管及滤油器堵塞，清洗换油；3、油泵、油缸、管路内漏，更换油泵、并按自然沉降量检查系统密封性；4、多路阀过度、阀杆与阀体配合间隙超过规定，更换多路阀。

（2） 系统工作性能降低或不稳定。主要是：1、工作油变质，更换油；2、异物堵塞管路，清洗液压系统和油箱；3、滤油器堵塞或损坏，清洗或更换；4、系统内有空气，检查供油系统有无漏气。

(3) 动臂举升后自行下沉。主要是：1、动臂油缸内漏，更换或拆修油缸；2、多路阀阀杆间隙过大，拆修或更换。

(4) 油温过高。主要是：1、重负荷工作时间过长，停机休息或减少负荷；2、油量不足，加油到规定油位。

(5) 方向盘回位后继续转向。主要是：1、转向器内四位弹簧垫损坏，拆修更换簧片；2、配油

　常见故障中还有液压系统的泄漏，一般都是在使用一段时间后产生。从表面现象看，多为密封件失效、损
坏、挤出，或密封表面被拉伤等造成。主要原因有：油液污染、密封表面粗糙度不当、密封沟槽不合格，管接头松动、配合件间隙增大、油温过高、密封圈变质或装配不良等。

（1）管接头的泄漏与连接处的加工精度、紧固强度及毛刺是否被除掉等因素有关。主要表现是选用管接头的类型与使用条件不符；管接头的结构设计不合理；管接头的加工质量差，不起密封作用；压力脉动引起管接头松动，螺栓蠕变松动后未及时拧紧；管接头拧紧力矩过大或不够。
　　（2）密封件引起的泄漏与密封件的损坏或失效有关。主要表现是密封件的材料或结构类型与使用条件不符；密封件失效、压缩量不够、老化、损伤、几何精度不合格、加工质量低劣、非正规产品；密封件的硬度、耐压等级、变形率和强度范围等指标不合要求；密封件的安装不当、表面磨损或硬化，以及寿命到期但未及时更换。
　　（3）由元件结合面引起的泄漏与设计、加工和安装都有关。主要表现是密封的设计不符合规范要求，密封沟槽的尺寸不合理，密封配合精度低、配合间隙超差；密封表面粗糙度和平面度误差过大，加工质量差；密封结构选用不当，造成变形，使接合面不能全面接触；装配不细心，接合面有沙尘或因损伤而产生较大的塑性变形。
　　（4）壳体的泄漏主要发生在铸件和焊接件的缺陷上，在液压系统的压力脉动或冲击振动的作用下逐渐扩大。
　　（5）系统自身泄漏的主要原因是，系统装配粗糙，缺乏减振、隔振措施；系统超压使用；未做到按规定对系统适时检查及处理；易损件寿命到期但未及时更换。
　

四 ：液压系统泄漏的防治
　　

（1）防止油液污染
　　液压泵的吸油口应安装粗滤器，且吸油口处应距油箱底部一定距离；出油口处应安装高压精滤器，且过滤效果应符合系统的工作要求，以防污物堵塞而引起液压系统故障；液压油箱隔板上应加装过滤网，以除去回油过滤器未滤去的杂质。液压缸上应安装金属防护圈，以防污物被带进缸内，并可防止泥水和光辐射对液压缸侵蚀而引起泄漏；液压元器件安装前应检查、清理干净其内部的铁屑及杂质；定期检查液压油，一旦发现油液变质、泡沫多、沉淀物多、油水分离等现象后应立即清洗系统并换油。新油加入油箱前应经过静置沉淀，过滤后方可加入，必要时可设中间油箱以进行新油的沉淀和过滤，确保油液的清洁。
　　（2）密封表面的粗糙度要适当
　　液压系统相对运动副表面的粗糙度过高或出现轴向划伤时将产生泄漏；粗糙度过低，达到镜面时密封圈的唇边会将油膜刮去，使油膜难以形成，密封刃口产生高温，加剧磨损，所以密封表面的粗糙度不可过高也不能过低。与密封圈接触的滑动面一定好有较低的粗糙度，液压缸、滑阀等动密封件表面的粗糙度应在Ra0.2~0.4дm之间，以保证运动时滑动面上的油膜不被破坏。当液压缸、滑阀的杆件上出现轴向划伤时，轻者可用金相砂纸打磨，重者应电镀修复。
　　（3）合理设计和加工密封沟槽
　　液压缸密封沟槽的设计或加工的好坏，是减少泄漏、防止油封过早损坏的先决条件。如果活塞与活塞杆的静密封处沟槽尺寸偏小，密封圈在沟槽内没有微小的活动余地，密封圈的底部就会因受反作用力的作用使其损坏而导致漏油。密封沟槽的设计（主要是沟槽部位的结构形状、尺寸、形位公差和密封面的粗糙度等），应严格按照标准要求进行。
防止油液由静密封件处向外泄漏，须合理设计静密封件密封槽尺寸及公差，使安装后的静密封件受挤压变形后能填塞配合表面的微观凹坑，并能将密封件内应力提高到高于被密封的压力。当零件刚度或螺栓预紧力不够大时，配合表面将在油液压力作用下分离，造成间隙过大，随着配合表面的运动，静密封就变成了动密封。
　　（4）减少冲击和振动
　　液压系统的冲击主要产生于变压、变速、换向的过程中，此时管路内流动的液体因很快的换向和阀口的突然关闭而瞬间形成很高的压力峰值，使连接件、接头与法兰松动或密封圈挤入间隙损坏等而造成泄漏。为了减少因冲击和振动而引起的泄漏，可以采取以下措施：
　　①用减振支架固定所有管子以便吸收冲击和振动的能量。
　　②采用带阻尼的换向阀、缓慢开关阀门、在液压缸端部设置缓冲装置（如单向节流阀）。
　　③使用低冲击阀或蓄能器来减少冲击。
　　④适当布置压力控制阀来保护系统的所有元件。
　　⑤尽量减少管接头的使用数量，且管接头尽量用焊接连接。
　　⑥使用螺纹直接头、三通接头和弯头代替锥管螺纹接头。
　　⑦尽量用回油块代替各个配置。
　　⑧针对使用的最高压力，规定安装时使用的螺栓扭距和堵头扭距，防止接合面和密封件被损坏。
　　（5）减少动密封件的磨损
　　液压系统中大多数动密封件都经过精确设计，如果动密封件加工合格、安装正确、使用合理，均可保证长时间无泄漏。从设计角度来讲，可以采用以下措施来延长动密封件的寿命：
　　①消除活塞杆和驱动轴密封件上的径向载荷。
　　②用防尘圈、防护罩和橡胶套保护活塞杆，防止粉尘等杂质进入。
　　③设计、选取合适的过滤装置和便于清洗的油箱，以防止粉尘在油液中累积。
　　④使活塞杆和轴的速度尽可能低。
　　（6）合理设计安装板
　　当装载机液压系统阀组或底板用螺栓固定在安装面上时，为了得到满意的初始密封和防止密封件被挤出沟槽与被磨损，安装面要平直，密封面要求精加工，表面粗糙度要小于Ra0.8μm,平面度误差要小于0.01/100mm；表面不能有径向划痕，连接螺钉的预紧力要足够大，以防止表面分离。
　　（7）要正确装配密封圈
　　装配密封圈时应在其表面涂油，若须通过轴上的键槽、螺纹等开口部位，应使用引导工具，不要用螺丝刀等金属工具，否则会划伤密封圈而造成漏油。对于有方向性的密封圈（如V、Y和Yx等型密封圈），装配时应将唇口对着压力油腔，注意保护唇口，避免被零件的锐边、毛刺等划伤。对旋转接触的密封面（如液压泵主动齿轮轴端），应选用双唇密封圈。安装组合密封件前应将密封件放在液压油中煮到一定温度；安装时应使用专用的导套和收口工具，并严格遵守厂家对密封件的安装说明。
　　（8）控制油温防止密封件变质
　　密封件过早变质的一个重要原因是油温过高。多数情况下，当油温经常超过60℃时，油液黏度大大下降，密封圈膨胀、老化、失效，结果导致液压系统产生泄漏。据研究表明，油温每升高10℃则密封件的寿命就会减半，所以应使油液温度控制在65℃以内。为此，应将油箱内部的出油管与回油管用隔板隔开，减少油箱到执行机构（缸或马达）之间的距离，管路上尽量少用直角弯头；另外，应注意油液与密封材料的相容性问题，须按使用说明书或有关手册选用液压油和密封件的型式与材质。
　　（9）重视修理装配工艺
　　应强化防漏治漏的修理工艺，如阀杆、活塞表面、缸内壁的整体或局部均可采用电刷镀、静电喷涂增厚后，再经车床切削加工至所需尺寸。安装带螺纹的管接头时，应在螺纹上缠绕聚四氟乙烯生料带。铸造件或焊接件在安装前应进行探伤检查和耐压试验，耐压试验的压力相当于其最高工作压力的150%~200%。油封装入座孔时，应用专用工具导入.