有谁知道挖掘机的液压系统?

现代工程机械的需求和品种与日俱增，特别是挖掘机和装载机等设备在传统机型和基型产品基础上，配以破碎锤、液压剪、液压夯、液压抓手、液压钻、液压筛、液压锯、液压吊、液压扫具等辅具, 衍生出许多复合功能的变型产品。由于液压技术具有功率重量比大、配置柔性大、动力传输和控制方便等特点，因而被各类工程机械广泛应用，全液压工程机械大量出现，现在要找出一种不采用任何液压元器件的工程机械已非易事。
然而，与工业生产液压设备相比，工程机械具有工作环境恶劣、高速重载、能耗大、维护条件差并受到环境保护、自重和安装空间限制等工况特点，所以对液压系统在环境适应性和工作可靠性、能耗和经济性、环境友好性、舒适安全性、配置组合柔性和故障监控等多方面都具有较高要求。围绕上述要求，工程机械液压传动与控制技术依托现代微电子及计算机技术、传感器技术、故障监控与诊断技术、现代设计理论与方法和先进制造技术，取得了如图1所示的显著进展。

1 环境适应性和工作可靠性
工程机械经常工作在湿热、尘埃、泥水飞溅、低温或高温和强光辐射等十分恶劣的环境中，要求液压介质和元件能够在恶劣环境下长期可靠地工作。为此，除了采用传统防护技术外，研制出了元件自滤技术、新型过滤器、新材质液压缸等。
如小松矿业系统公司（Komatsu Mining System Co.）在其新款PC1800－6型履带式挖掘机的液压系统主泵排油口设置了高压过滤器以防污物堵塞引起液压系统故障；通过液压缸上安装金属防护圈，以防污物带进缸内并防止泥水和光辐射对液压缸的侵蚀而缩短其寿命；该公司还自行开发了一种新型复合结构的回油过滤器(滤芯直径25%为高性能玻璃介质，其余为高密度纸)，与纯纸过滤器相比，此种过滤器过滤精度较高，使用寿命较长，过滤器清洗时间间隔可从250 h延长到了500 h，可使液压油的寿命从2 000 h延长到5 000 h。
为了防止污物进入系统影响工作可靠性，专家们建议在工程机械液压系统的油箱隔板上加装过滤网以除去回油过滤器未滤去的杂质；另外在油箱中设置电磁铁来吸附铁屑。为了提高液压泵的寿命，有些液压系统采用了充气加压油箱来改善泵的吸油条件，以防气穴的发生。目前，有三种常用的充气方法可供参考：①使用机器压气系统提供的压缩空气；②依靠液体热膨胀使液面之上的空气增压；③利用发动机换气泵的压缩空气。
德国L&&S（Lingk && Sturzebecher）公司为包括矿山采掘业在内的各类液压设备研制出碳纤维强化塑料 CFRP材质缸筒的空心活塞液压缸。此种液压缸不仅重量轻，而且耐腐蚀，已在欧洲航空工业和南非采矿业的各种严酷环境中得到了成功应用。现在德国Cottbus工业大学正在分别按德国工业标准DIN 4125 和DIN 4128对这种液压缸进行适应性和耐久性试验研究。
2 负载能力和效率
2．1 提高负载能力
为了提高工程机械的负载能力，直接的方法是提高其液压系统工作压力、流量和功率。目前，国际上先进的工程机械产品的额定压力大都在30 MPa以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势；流量通常在每分钟数百升；功率在数百千瓦以上。如德国Orensttein && Koppe制造的目前世界上首台最大的RH400型全液压挖掘机，铲斗容量达42 m3, 液压油源为18台变量轴向柱塞泵，总流量高达10 200 L/min；原动机为2台QSK60柴油发动机，总功率高达2 014 kW。
由于工程机械多为行走设备，提高负载能力受到自重和安装空间的限制。为此，要求系统的组成元件在满足工作要求的前提下具有较高的力重量比（Strength-to-Weight），即出力大而重量轻、尺寸小。液压系统特别是执行元件（缸和马达）的减重，对工程机械减重及负载能力和工效的提高起着重要作用。而缸筒在液压缸总重量中占有较高百分比，尤其是随着行程的增加，缸筒占整个缸总重量的百分比将增大，有时竟高达75%，所以液压缸减重主要是缸筒减重。例如采用上面提及的碳纤维强化塑料（CFRP）材质缸筒的空心活塞液压缸，由于具有较高的强度和韧性，可承受高达70 MPa的工作压力。因为缸的活塞为空心的，所以缸的总重量比同规格钢质液压缸减轻65%。将此种液压缸用于轮式挖掘机则比采用钢质缸时提高工效20%。
另外，有关研究表明，工程机械液压系统的油箱容量取值应为工业设备液压系统油箱的1/3，这是一个既能保证系统充分循环要求又较小的合理尺寸。
2．2 效率和节能
现代工程机械多采用内燃机做原动机,工作负载变化频繁且幅度大，提高系统效率实现节能的主要途径主要是,通过电液控制等手段实现负载和原动机之间的最佳匹配。目前以变量泵和定差压力控制为基础的负载传感液压系统已被广泛使用。例如前文提及的小松公司的PC1800－6型履带式挖掘机的中开式负载传感液压系统具有DH、H和G三种不同运行模式：DH模式（额定转矩的100%）适用于重载工作；H模式（额定转矩的95%）适用于一般挖掘和操纵；G模式（额定转矩的83%）适用于平地作业和操纵。美国国际采矿技术设备公司(MTI''S) 在狭窄通道作业的轮式矿山搬运堆码（Load Haul Dump）设备上采用了负载传感液压系统，变量泵在机器无负载（执行元件不动作）时仅维持较低压力和极少的流量实现自动卸荷；有负载时变量泵的输出压力和输出流量趋近负载压力和负载流量，减小了压力过剩和流量过剩，实现了泵的输出功率与负载功率相适应，因而系统效率很高，节能效果显著。MTI''S提供的研究资料表明，负载传感液压系统比定量泵系统可节能近65%。
工程机械采用内燃发动机作为原动机，而其转矩－速度特性与电动机有着很大不同