同济大学硕士学位论文挖掘机液压系统的分析与研究姓名：****请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：**20050301摘要摘要挖掘机作为我国工程机械的主力机种，被广泛应用于各种各样的施工作业中。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，对挖掘机液压系统的分析研究对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。在全面搜集了国内外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。论文对挖掘机的各种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。文中还以现代、林德、小松等著名品牌的挖掘机液压系统为研究对象，深入分析了负流量控制系统和负载敏感压力补偿液压系统的控制原理，并着重对负载敏感压力补偿技术进行了分析研究。根据挖掘机液压系统的设计要求，论文中还创新地采用通用多路阀，配以专用控制阀和简单的电子控制系统，设计了一套适合我国生产制造的负载敏感压力补偿挖掘机液压系统，为今后我国挖掘机液压系统的开发研究提供了很好的参针对负载敏感压力补偿液压系统，论文建立了比较完善的数学模型，并采用国际先进的仿真软件ＡＭＥｓｉｍ对整个液压系统的动态特性进行仿真，验证了负载敏感压力补偿液压系统的控制特性，并为液压系统设计中的参数选择提供了依据。
另外，论文针对负载敏感压力补偿液压系统提出了试验方案，具体设计制造了试验台。通过静态特性试验和动态特性试验，进一步验证了负载敏感压力补偿液压系统的控制特性，并获得了系统参数变化对其控制特性的影响。关键词：挖掘机，液压系统，负载敏感，压力补偿ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒｉＳａｍａｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｍａｃｈｉｎｅ．ｗｈｉｃｈｉｓｎＯＷｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅｃｏｒｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｉ８ｈｖｄｒａｕｌｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｂａｄｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｗｏｒｋｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒｉｔｈａｓｈｉｇｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｉｔＳｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒ‘ＳｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉＳｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｏｎｅｉｎａｌｌｃｏｎｓｔｍｃｔｉｏｎａｌｍａｃｈｉｎｅｓ．ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｉｌｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｍａｋｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｅｎｓｅ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｅｄｉｎｆｏｒｎｌａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒ’Ｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒａｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｉｔｓｈｙ击ａｎｌｉｃｓ３，ｓｔｅｍｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｏｆｓｏｍｅｆａｍｏｕｓｅｘｃａｖａｔｏｒｓ，ｓｕｃｈＨＹＵＮＤＡＩ，ＬｒＮＤＥ，ａｎｄ砭ＯＭＡＴＳＵａｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｓｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｓ，ｎｅｇａｔｉｖｅｆｌｏｗｃＯｎｔｒｏ】ｓｙｓｔｅｍ’ＳｔｏｇｅｔｈｅｒｌｏａｄｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｃｏｎｔｒｏＩｓｙｓｔｅｍ’Ｓｃｏｎ廿ｏｌｔｈｅｏｒｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｅｘｃａｖａｔｏｒ’Ｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ａｎｅｗ１０ａｄｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｃｒｅａｔｉｖｅｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇｇｅｎｅｒａＩｍｕｌｔｉｐｌｅｕｎｉｔｖａｌｖｅｅｑｕｉｐｐｅｄｓｐｅｃｉａＩｃｏｎｆｆｏＪｖａｌｖｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏＩｓｙｓｔｅｍｓ．ｗｈｉｃｈｈａｓｕｓｅｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｘｃａｖａｔｏｒ’ＳｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙＡｉｍｉｎｇｔＯｔｈｅｌｏａｄｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ａｃｏｍｐｌｅｔｅｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇＡＭＥｓｉｍ．ｗｈｉｃｈｉＳｏｎｅｏｆｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＳＯｆｔｗａｒｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖａｌｉｄａｌｅｓｃｏｎｔｒ０１ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｌｏａｄｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．ａｎｄｇｕｉｄｅｆｏｒｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ’ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅｔｅｓｔｓｏｆｌｏａｄｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ’Ｓｃｏｎｔｒｏｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｔａｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．ＴｈｅｔｅｓｔｉｎｇｂｅｎｃｈｉＳｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｆｕｒｔｈｅｒｖａｌｉｄａｔｅｃｏｎｔｒｏｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｌｏａｄｓｅｎｓｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．ａｎｄａｃｑｕｉｒｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｅｘｃａｖａｔｏｒ，Ｈｙ＆ａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍ，ＬｏａｄＳｅｎｓｉｎｇ，Ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。
学位论文作者签名：茆ｕ一耐同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：强舛计 第１章绪论第１章绪论 液压挖掘机是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电 力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量．加 快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压挖掘机具有 多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。 液压挖掘机的生产制造业也日益蓬勃发展。 挖掘机与液压传动紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基 础。由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的 设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此， 对挖掘机液压系统的分析研究已经成为推动挖掘机发展中的重要一环。
１．１ 挖掘机液压系统研究的必要性 挖掘机行业的发展历史久远，可以追溯到１８４０年。当时美国西部开发，进 行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机 械手的挖掘机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间挖掘 机没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。 导致挖掘机发展缓慢的主要原因是：其作业装置动作复杂，运动范围大，需 要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要 是国土丌发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对挖 掘机的应用相对较少，在一定程度上也限制了挖掘机的发展。 由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬 挂式挖掘机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，挖掘机有了 适合它的传动装置，为挖掘机的发展建立了强有力的技术支撑，是挖掘机技术上 的一个飞跃”“”３。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模 国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装 上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁 面，挖掘深的基坑和沟槽的挖掘机得到了广泛应用。
１９５０年在意大利北部生产了第一台液压挖掘机。第一台液压挖掘机采用定 量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为９Ｍｐａ，所有执行元件互相并联连结。 由单泵向６个执行元件供油。由于早期液压挖掘机主要采用了定量齿轮泵，不能 按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能满 足挖掘机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压挖掘机是 第１章绪论 采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，配套件也 不齐全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压挖掘机 进入了推广和蓬勃发展的阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。 １９６８～１９７０年间，液压挖掘机产量已经达到挖掘机总产量的８３％，其时对挖掘机 液压系统的研究也已经十分成熟，液压挖掘机已经具有了同步控制系统和负载敏 感系统…’。 自第一台手动挖掘机诞生以来的１６０多年当中，挖掘机一直在不断地飞跃发 展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压挖掘机， 对其控制方式不断改进和革新，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气 压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。
在 危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相 结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。所有这一切，挖掘机的全液压化为 其葵定了坚实的基础，创造了良好的前提。 据有关专家估算，全世界各种施工作业场约有６５％至７０％的土石方工程都 是由挖掘机完成的。挖掘机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工 程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上已占据首位，并且仍在发展扩大。 挖掘机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系 统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压挖掘机 需要大幅度的技术进步，技术创新是液压挖掘机行业所面临的新挑战。在技术方 面，挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具 有十分重要的现实意义。 １．２国内外挖掘机液压系统的研究现状及发展动态 １．２．１ 国外研究状况及发展动态 从２０世纪６０年代液压传动技术开始应用在挖掘机上至今，挖掘机液压系统 已经发展到了相当成熟的阶段…。近几年来，随着液压挖掘机产量的提高和使用 范围的扩大，世界上著名的挖掘机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高自己挖 掘机在国际上的竞争力，主要表现在五个方面；液压系统逐渐从开式系统向闭 式系统转变；系统的节能技术成为研究的重点；系统的高压化和高可靠性发 展趋势日益凸显；系统的操纵特性上升到很重要的地位；液压系统与电子控
