一起了解工程设备工作原理改造

 D37-2型推土机是某公司1991年起陆续从日本小松公司引进的大型推土机，其发动机功率为525马力，整车设计先进，代表了20世纪90年代工程机械的发展成就，为该公司的主力设备，承担着采区的日常生产、重点工程的实施、工程的拓展等工作，它的好坏，关系到年采剥总量6300万吨任务的完成。该机经过十几年的使用，液压系统出现了许多顽疾，表现为油温上升过快、过高，铲刀提升缓慢甚至无提升的故障现象，严重地影响了该设备的工作效率，并使得系统因为长期的高温而失效。通过多年的艰苦攻关，终于解决了这些问题。

工作机构液压系统原理

D37-2型推土机工作机构液压系统原理如图P所示。

    ①工作机构液压系统组成  该系统液压泵是2个，大泵的理论排量为2731L/min，小泵的理论排量为1321L/min，工作系统中zui高工作压力为21MPa。系统由四大阀块组成，每个阀块内又包含若干个阀，构成如下。

a. 铲刀升降阀块由铲刀升降阀、流量控制阀、主溢流阀、梭阀等组成。

b．主溢流阀块（图Q）由滑阀、主溢流阀及节流阀组成。

c. 松土器低压阀块由溢流阀、铲刀倾斜操纵阀、松土器倾斜操纵阀、松土器举升操纵阀、梭阀等组成。

d．松土器高压阀块由松土器倾斜控制阀、松土器升降控制阀等组成。在铲刀举升液压缸的活塞上还有一对活塞阀(图R)。

    该液压系统的执行元件为液压缸，它们分别是铲刀举升液压缸（2只）、铲刀倾斜液压缸（1只）、松土器举升液压缸（2只）、松土器倾斜液压缸(2只)。

    ②各阀的作用  如图P所示，铲刀升降阀3为手动阀，控制着油液的流向，以实现举升缸内活塞杆的伸缩运动。流量控制阀4为液控阀，控制着到铲刀举升液压缸、松土器举升液压缸、松土器倾斜液压缸的油量。当液压缸需慢速运动时，流量控制阀4就让更多的油流回油箱；当液压缸需快速运动时，流量控制阀4就让更多的油流向液压缸。滑阀7为液控阀，控制着流量控制阀4的控制油，使得流量控制阀4的控制油要么是来自梭阀19的反馈油，要么是来自梭阀20的反馈油。主溢流阀5控制着流量控制阀4的控制油的zui大压力。铲刀倾斜操纵阀15为手动阀，控制着油液的流向，以实现铲刀倾斜液压缸内活塞杆的伸缩运动。松土器倾斜操纵阀16为手动阀，控制着油液的流向，以实现松土器倾斜控制阀运动；松土器举升操纵阀17为手动阀，控制着油液的流向，以实现松土器升降控制阀运动。松土器升降阀13为液控阀，控制着油液的流向，以实现松土器举升液压缸内活塞杆的伸缩运动；松土器倾斜阀14为液控阀，控制着油液的流向，以实现松土器倾斜液压缸内活塞杆的伸缩运动。铲刀升降油缸内还有一个活塞阀，它能使活塞到达行程末端时，液压泵的油泄出，以减少油压及油压冲击。节流阀6其实是一个很窄的油道，它使油液流经它时产生压差，从而使流量控制阀4的阀芯两端的压力不等，产生推力，使端芯运动，油液在此处的油压与流量成正比。

    ③油液的流动

    a．负载反馈油路共有两路。反馈油路工是经梭阀19、滑阀7、节流阀6，到达流量控制阀4的左侧，以控制铲刀举升的速度；反馈油路Ⅱ是经梭阀20、滑阀7、节流阀6到达流量控制阀4的左侧，以控制松土器举升（倾斜）的速度。

    b．到铲刀举升液压缸的油的流动。液压泵的油经流量控制阀4到达铲刀升降阀3，铲刀升降阀3打开，油液便进入铲刀举升液压缸。如果铲刀升降阀3*打开，压力损失zui小，则流经梭阀19的反馈油的流量zui大，流过节流阀6后流量也zui大，压力也zui大，使得流量控制阀4的控制油的左侧油压等于右侧油压，阀芯不动，流量控制阀4就让更多的油流向液压缸，液压缸便实现快速运动。

    c．到铲刀倾斜液压缸的油的流动。液压泵的油经铲刀倾斜操纵阀15，阀打开后，油液便进入铲刀倾斜液压缸。

    d．到松土器举升液压缸的油的流动。液压泵的油经松土器举升操纵阀17，到达升降阀13的两端，推动阀芯打开升降阀13，进入松土器举升液压缸。如果松土器升降操纵阀17*打开，压力损失zui小，则流经梭阀20的反馈油的流量zui大，流过节流阀6后流量也zui大，压力也zui大，使得流量控制阀4的控制油的左侧油压等于右侧油压，阀芯不动，流量控制阀4就让更多的油流向液压缸，液压缸便实现快速运动。

    e. 到松土器倾斜液压缸的油的流动。液压泵的油经松土器倾斜操纵阀16，到达倾斜阀14的两端，推动阀芯打开倾斜阀14，进入松土器举升液压缸。如果松土器倾斜操纵阀16*打开，压力损失zui小，则流经梭阀20的反馈油的流量zui大，流过节流阀6后流量也zui大，压力也zui大，使得流量控制阀4的控制油的左侧油压等于右侧油压，阀芯不动，流量控制阀4就让更多的油流向液压缸，液压缸便实现快速运动。

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(1) UH181型挖掘机技术改造方案的确定

    UH181型挖掘机工作系统压力较低、流量大、液压元件尺寸粗大、笨重；运动速度较慢；机械传动链长；结构复杂。故障频率较高的部位是主液压泵及传动箱机构。

    与当代新机型在技术参数上的比较：UH181主液压泵的总排量明显要比其他的机型要大得多；在系统负荷小于17MPa时，UH181型液压泵总流量远大于当代的；在系统负荷大于17MPa时，UH181型液压泵总流量远小于现代的；UH181型液压系统zui高工作压力为25MPa，而当代挖掘机则为35MPa；UH181是在中低压负荷状态下工作(10～18MPa)的，当超过20MPa时，系统流量很小，工作效率很低。

    与当代挖掘机在机构、尺寸、性能方面的比较：UH181型挖掘机的液压缸尺寸、运动行程，液压马达尺寸、质量等都大于EX400-3型；系统执行机构运动速度不能太高，因为结构件庞大，需供油量大，且运动惯性矩也很大，故设计运动速度较当代的挖掘机为低。

液压缸运动分析见下表。

液压缸运动分析

    根据Q=qn知，流量与排量成正比例关系；由Q=V/s知，在单位时间内容积越大则需要的流量越大，即需要泵的排量亦越大。根据UH181型各液压缸运动容积与EX400-3型相比，计算其超出的百分比数，以加权平均值法估算其排量需加大的百分比值，即(38.36+45.8+58.1+45.7+90.7)/500×100%=55.73%。因EX400-3型挖掘机的液压泵排量为180mL/r，故UH181型预计排量为q=180×(1+0.5573) =280.3mL/r。

    依据上述分析结果，结合国内现有技术水平和现场维修、改装、制造、调试条件，决定采用进口双联变量柱塞泵，通过柔性联轴器将液压泵直接装于发动机飞轮壳体上，配之液压主管路、先导控制管路、控制阀等技术改造的方案。为了确保技术改造的质量和寿命，决定选用日本川崎液压泵，经和美柯玛斯、技术研讨、开发，量身定做了K3V280型双联泵一部。

(2)结构、原理改造设计

    ①主液压泵与发动机连接形式的设计选用具有柔性连接的尼龙齿块式的联轴器，见图L。

    ②液压泵供油系统的改造  原系统为三泵三阀供油复合控制系统，现欲改造为双泵供油系统，但液压换向阀块仍为三阀组供油控制形式。依据当代挖掘机双泵双回路供油系统工作功能分配形式，决定将回转阀块组与右阀组系统并列，由一个泵供油。

    ③液压泵控制系统和复合动作控制油路的改造

    a. 原液压泵之间及负荷反馈形式为：A、B主泵之间为全功率控制，恒功率调节；A、B泵分别与C回转泵之间在回转泵系统压力小于110MPa时为分功率控制，大于11MPa时为全功率控制，C自身为恒功率控制；A、B、C泵的负荷反馈控制均为先导操作二次压力正流量负荷反馈形式；A、B主泵的调节器上装有zui小流量截断控制功能。见图M。

    b．现改造为采用带先导泵的双联泵控制形式：双泵间仍为恒功率调节，全功率控制；泵控压力为先导操作二次压力负荷反馈正流量控制；采用比例电磁阀控制两泵的功率大小，与发动机的功率匹配较好，能实现工作方式多挡控制，即重挖掘、一般挖掘、平整场地、起吊微动作四种工况机能。

    c．实现回转阀组与右阀组功能合并的改造设计。在前泵出油口管路中串接一个三通阀块，使前泵来油一路去右阀组，另一路去回转阀组；在右阀组的备用阀块后端引入回转先导操作控制压力油管（备用阀块的前端在此前已改装成液压破碎锤功能），以达到右阀组与回转阀组主油路平行并列，并且是回油路*的目的。

    ④主泵吸油管路的改造  将原来在主管路上分出4个歧管路分别进入四个液压泵的吸油管，改造为从主管路直接进入双联泵的吸油口，在油管路的直角拐弯内壁处增设导油弧面，制作法兰盘接头直角弯管等。

(3)提高液压系统改造后整机性能的其他配套技术处理

    在液压系统技术改造后，为确保挖掘机的整机技术性能均衡、经济性好、使用可靠、寿命全面提高，对挖掘机其他机构也进行了配套整修：①发动机大修；②更换整车液压系统高低压胶管；③更换液压系统元件、总成的密封件；④更换发动机三滤——液压油全流滤芯、旁通滤芯和吸油滤芯；⑤检修电气系统各元件和总成及国产化部分监控仪表装置；⑥检修底盘四轮一带；⑦国产化液压油散热器、发动机水箱。