挖掘机液压系统分析及其发展趋势

孙强 曾科 江威波

摘 要：挖掘机作为我国工程机械行业的主力机种，被广泛应用于各行各业的施工任务中。由于挖掘机工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，使它对液压系统的设计有很高的要求，其液压系统在工程机械液压系统中也最为复杂。因此，对挖掘机液压系统的分析设计对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。随着挖掘机的发展延伸向大型化、微型化、多功能远程控制化、专用化，其液压技术也在不断的改进与提升。

关键词：工程机械;挖掘机;液压系统

一、挖掘机发展背景

随着经济的快速发展，液压挖掘机在各种工程建设领域，特别是基础设施建设中起到越来越明显的作用，液压挖掘机作为一类快速、高效的施工机械越来越被人们所认知。挖掘机的发展与液压技术密不可分，二者互相促进。一方面，液压技术是现代挖掘机的技术奠定，另一方面，挖掘机的发展使液压技术得到了提高。近几年，有关挖掘机液压系统方面的文献很多，论述现代液压挖掘机液压系统的论文却较少，因此研究挖掘机液压系统具有一定的现实意义和理论意义。

二 、液压挖掘机液压系统分析

（一）挖掘机液压系统的基本组成及其基本要求

液压挖掘机的动作繁杂，并具有多种机构，例如行走机构、回转机构、动臂、斗杆和铲斗等，是一种具有多自由度的工程机械。这些主要机构经常起动、制动和换向，外负载变化很大，冲击和振动多，因此挖掘机对液压系统有很高的设计要求。根据液压挖掘机的工作特征，其液压系统的设计需要满足下面的要求：

1.具有较好的生产能力

挖掘机的生产能力主要取决于它的掘进力、运动速度、响应速度、斗容量和工作范围。挖掘机液压系统总是追求更快的运动速度和响应速度更高的系统压力。

2.具有较高的系统总效率

在发动机总效率、液压系统总效率和机械装置总效率中，液压系统总效率对挖掘机整机效率影响尤为明显，并且液压系统的功率损失大部分会转变为热能，引起油温升高等不良结果，较高的液压系统总效率能使挖掘机在工作时有更低的生产成本，更高的生产能力与可靠性。

3.具有较好的可靠性，便于维修

挖掘机能量消耗大，工作时间长，要求液压系统的效率高，就得降低各个执行件和管路的能耗，所以在挖掘机液压系统中要充分考虑各种节能方法。当对各个执行元件进行调速控制时，油泵的输出流量小于系统所需流量，此时肯定会导致一部分流量损失。系统要求这部分的能量损失尽量小，当挖掘机处于空载不工作的状态下，如何降低空载回油的压力，泵的输出流量，也是降低能耗的关键。

（二）挖掘机液压系统的基本动作分析

（1）挖掘。一般以铲斗液压缸或斗杆液压缸分别进行单独挖掘，或者两者进行配合挖掘。在挖掘过程中主要是铲斗与斗杆有复合动作，必要时辅以动臂动作。

（2）满斗举升回转。挖掘结束后，动臂缸将动臂顶起、满斗提升，同时回转液压马达使转台转向卸土处，这种主要是动臂与回转的复合动作。动臂举升与铲斗自动举升到正确的卸载高度。因为卸载所需回转角度不同，随挖掘机相对自卸车的位置而变，所以动臂举升速度与回转速度相对关系是能调整的。

（3）卸荷。回转到卸土位置时，转台制动，用斗杆调节卸载高度和卸载半径，用铲斗缸卸载。为了调整卸载位置，还要将动臂配合动作。卸荷时，以斗杆和铲斗复合动作为主，动臂动作为辅。

（4）空斗回缩。卸荷结束后，转台逆时针回转，动臂缸与斗杆缸互相配合动作，空斗放到新的挖掘点，此时是回转、动臂、和斗杆复合动作。

三、挖掘机液压系统的发展趋势

（1）挖掘机的液压系统的整体化、模块化、全液压化方向发展。目前在中、小型的液压挖掘机中液压系统就已经有明显的向变量系统转变的趋势。这是因为变量系统在液压系统的运行过程中，油路压力降低时使用增大其供油流量来进行补偿，使液压泵的运行功率保持稳定，所以在使用变量泵的挖掘机液压系统中可保持充分的利用液压泵的最大功率;在当外负载增大时对应使其流量减小（降低执行元件速度），使挖斗的挖掘力大大增加;挖掘机逐渐从单一的手柄联动操纵发展到液压先导操纵、气压先导操纵、液压反馈伺服操纵和比例电气控制、远程无线电遥控、计算机综合软件控制。以上的种种控制方式及系统，都是挖掘机的逐渐向全液压化发展奠定坚实基础。

（2）更加重视采用新工艺、新结构、新技术，加快通用化、系列化、标准化的发展脚步。例如美国的LS-5800 型液压挖掘机是林肯贝尔特公司新 C 系的代表之作，该挖掘机的液压系统控制方式是全自动化，不仅可以根据负载大小自动调节供给流量去优化功率的使用，还装备了 CAPS，即计算机辅助功率系统，zhe套系统的组合不仅提高了挖掘机的日常作业效率，还更出色的发挥了液压系统的优势;诸如此类的应用还有韩国的大宇公司研发的 DH280 型挖掘机，在该挖掘机上采用了 EPOS ，即电子功率优化系统，该系统可以根据发动机的负荷的变化，自动的去调节液压泵所消耗的功率，大大提高挖掘机的作业效率，又解决了发动机因过载而熄火的问题。

四、总结

挖掘机的发展离不开液压技术的支撑，在液压技术领域潜心钻研提升液压动力，发展操作控制的舒适性与可靠性，在满足工况需求的同时节约能耗，使液压系统更加简洁、智能是我们作为液压从业人员的努力方向！

参考文献

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[2] 张铁.《液压挖掘机结构原理及使用》.石油大学出版社.2002

[3] 黄宗益.《液压挖掘机液压系统概述》.建筑机械化.2003.9

[4] 李建启.负载传感系统压力补偿方案的分析比较.液压气动与密封，

[5] 左健民主编.液压与气压传动（2版）.北京：机械工业出版社.1999.5

[6] 黄宗益.液压挖掘机分析工况控制.建筑机械，1998

作者简介：孙强（1992-），男，河南信陽人，汉族， 职称：助理工程师，本科，研究方向：工程机械液压系统控制设计。

通讯作者：孙强