基于装载机的液压系统原理图解读六步曲
基于装载机的液压系统原理图解读六步曲
［摘要］：本文通过对ZL50型装载机液压系统原理图的分析，阐述了可用于较为复杂的液压系统原理图解读的六个通用步骤。
［关键词］：装载机 液压系统 原理图 分析步骤 解读
在液压设备或液压系统学习、设计、装配、调试与维修过程中，都离不开液压系统原理图，而解读液压系统图，特别是复杂液压系统图是经常困扰大家的一件事情。其实，要想快速而全面的掌握液压系统原理图的工作原理，掌握方法和技巧尤为重要。下面就以ZL50型装载机液压系统原理图为例，介绍分析液压系统原理图的六个步骤。
第一步：初读装载机液压控制系统图，确定组成元件
在详细分析装载机液压控制系统原理图（如图1所示）之前，应首先对整个回路图做一个初步的了解，明确装载机液压控制系统的组成元件及基本功能，为具体分析液压系统的工作过程做准备。
1.确定液压系统组成元件
通过初读图1，可以看出此原理图主要由液压源、转向油缸、动臂油缸、转斗油缸、双作用安全阀、动臂滑阀、铲斗转动阀、锁紧阀、电磁阀、蓄能器等元件组成 。
2.分析各组成元件的基本功能
通过识读图1可知
（1）液压源由主泵（2号元件）、辅助泵（1号元件）、转向泵（17号元件）、安全阀（4号元件）、滤油网（6号元件）压力表、油箱（5号元件）等组成，其中液压泵属于动力元件，为整个液压系统提供能量；安全阀实现系统过载保护；压力表直观显示系统压力；油箱实现液压油的储备和冷却。
（2）9号元件、12号元件和15号元件分别为转斗油缸、动臂油缸和转向油缸，均属于执行元件。实现装载机的转向、举升和卸料。
（3）8号元件电磁阀、11号元件动臂滑阀、3号元件铲斗转换阀、13号元件转向阀、14号元件锁紧阀、18号流量转换阀、19号元件节流阀属于控制调节元件；通过调整压力油的流量、流向控制装载机转向机构和工作机械的动作。
（4）7号元件畜能器属于辅助元件，短时间内提供高压油液。
第二步：掌握液压系统的基本情况，对号入座确定各元件的具体功用
初读了液压系原理统图，认识了图中的元件后，就应进一步分析此液压系统要完成的工作任务及要达到工作要求。这样，就能根据液压回路图去分析液压系统在工作原理上是如何满足装载机的工作任务和工作要求的，从而分析清楚液压系统的工作原理。
1.分析液压系统的工作任务
ZL50型装载机液压系统的工作任务是完成装载机的转向控制、动臂升降和转斗的翻转。
2.分析液压系统要达到的工作要求
ZL50型装载机液压控制系统要达到的工作要求有以下几个方面：
（1）转斗和动臂动作为顺序动作，即转斗翻转时，动臂油缸油路被切断；
（2）在卸载时，当铲斗重心越过下铰链后，能使转斗快速下翻，顺势撞击限位块，实现撞斗卸料；
（3）转斗油缸的活塞杆伸出长度能随动臂的运动而变化，以免连杆机械干涉造成油路损坏；
（4）当铲斗液压缸闭锁时，突然遇到冲击时，应能使高压腔卸荷，低压腔补油，以避免过高的油压；
（5）装载机直线行驶时应防止液压缸窜动和降低关闭油路的速度，减少液压冲击，同时在先进过程中，若出现发动机熄火的故障也应保证装载机的运行不出现摆头现象；
（6）在发动机的不同转速下，都应保证装载机转向的可靠性；
（7）铲斗在平地上堆积作业时，工作装置随地面情况而自由浮动；
（8）转向系统在不工作时，泵所输出的油液流回油箱；
（9）为提高生产效率，也避免液压缸活塞杆经常伸缩到极限位置而造成安全阀频繁启闭，应有自动复位装置。
3.对号入座确定液压系统中的各元件的具体功用
在分析了液压系统的基本动作过程后，就要确定系统中各元件的具体能实现何种功能。此时，结合装载机的工作要求，分析得知各液压元件的具体功能如下：
（1）1号元件是辅助泵，以压力油的形式为转向系统和工作系统提供能量。
（2）2号元件是主泵，以压力油的形式为工作系统提供能量。
（3）3号元件是铲斗转动阀，通过操纵手柄控制转斗前倾和后倾。
（4）4号元件是安全阀，实现过载溢流，保护工作装置。
（5）5号元件是油箱，用于储存液压油和液压油液的冷却。
（6）6号元件是滤油网，清除油液中的各种杂质，以免影响正常工作。
（7）7号元件是蓄能器，给动臂升降自动限位装置提供高压油液。
（8）8号元件是电磁阀，控制蓄能器与转斗和动臂滑阀液控口的通断。
（9）9号元件是转斗油缸，控制转斗的前倾和后倾。
（10）10号元件是双作用安全阀，其作用主要体现在以下三个方面：一是缓冲该过载油压；二是防止连杆机构的干涉现象；三是实现撞斗卸料。
（11）11号元件是动臂滑阀，通过动臂油缸控制动臂的上升、下降和锁紧与浮动。
（12）12号元件是动臂油缸，控制动臂的上升、下降和锁紧与浮动。
（13）13号元件是转向阀：控制转向油缸的伸出与收回。
（14）14元件是锁紧阀：防止装载机运动过程中发动机突然停火后，装载机出现摆头。
（15）15号元件转向油缸：控制装载机转向。
（16）16号元件是安全阀：控制系统压力。
（17）17号元件是转向油泵：向转向系统提供压力油液。
（18）18号元件是流量转换阀：用于控制辅助泵在不同的发动机转速下合理的匹配流量进行转向系统供油和工作系统供油。
（19）19号元件是节流阀（两个）：使转向泵输出的油液流经节流孔产生压力差，控制流量转换阀的左右移动，从而实现辅助泵油液的流向。
第三步：给元件重新编号
大多数情况下，待分析的液压系统原理图中并没有对元件进行编号，为了便于分析和说明，在了解了装载机的工作过程和工作要求后，可以对液压回路图中所有的元件进行重新编号，为划分子回路做准备。图2所示为采用数字编号后的液压回路图。
第四步：将原系统分解成若干子回路
在液压系统中，最终完成系统工作任务的是执行元件，因此，可以把与该元件有关的所有元件所组成的液压回路看成一个相对独立的回路，这就是以执行元件为中心的子回路。而任何一个液压系统都是由一些液压基本回路组成，如压力控制回路、方向控制回路、速度调速控制回路等。那么，子回路也是由基本回路组成的，这样就可以套用基本回路的分析方法对每个子回路进行分析，从而使液压回路图的分析更容易一些。
图2中所示的ZL50型装载机液压控制系统可以按照执行元件划分子回路，即把为同一个执行元件服务的所有元件划归为一个子回路。
在前面已经了解到，ZL50型液压装载机的液压控制系统的工作任务主要实现装载机的转向、动臂的升降和转斗的翻转三个方面。因此，通过对整个回路图的分解，将其分解为“转向系统”控制子回路、“动臂控制”子回路、“转斗控制”子回路、液压油源子回路、“自动复位”子油路和“流量转换”子回路。
图3.1液压油源子回路 图3.2 自动复位子回路
其中液压油源子回路和自动复位子回路作为一个独立回路（如图3.1和3.2所示），且油路简单，故在分析其它子回路时，可将其省略。溢流阀作为液压系统压力控制的主要装置，也将会重复出现在任一液压系统回路中，故也将溢流阀2.0和3.0均纳入液压油源子回路。
由此，图2系统可分解为转向系统、动臂系统、翻斗系统和流量转换系统四个子回路，且分别以“转向”、和“动臂”、“转斗”和“流量转换”给四个子系统重新命名，如图3.3、图3.4 、图3.5、图3.6所示。
图3.3 转向系统子回路图 图3.4 转斗系统子回路
3.5 动臂系统子回路 图3.6 流量转换子回路图
第五步：分析液压控制系统的子回路
对液压回路图中各个子回路进行工作原理分析是分析液压回路图的关键环节，只有将各个子回路的工作原理分析清楚，才能分析清楚整个液压系统的工作原理。对各个子回路进行分析主要是绘制各动作过程的回路图，并结合工作装置的工作任务和动作要求进行工作原理分析。
（一）转向系统子回路分析
1.装载机左转液压回路图及工作原理分析
当转向阀2.1左位接通时，油液从液压泵流向锁紧阀2.2的右控制腔，使锁紧阀2.2右位接通，液压油液分别进入左转向油缸的有杆腔和右转向油缸的无杆腔，装载机左转，如图4.1所示。
图4.1 装载机左转回路图 4.2 装载机右转回路
2.装载机右转液压回路图及工作原理分析
当转向阀2.1右位接通时，油液从液压泵流向锁紧阀2.2的右控制腔，使锁紧阀2.2右位接通，液压油液分别进入左转向油缸的无杆腔和右转向油缸的有杆腔，装载机右转，如图4.2所示。
3.节流阀及锁紧阀的作用：单向节流阀中节流阀的作用即当锁紧阀回位时，控制回位速度，以减小液压冲击；同时锁紧阀的作用是为了保证液压装载机在工作过程中发动机突然停火后确保装载机不能出现摆头现象。
（二）转斗系统子回路分析
1.装载机转斗下翻液压回路图及工作原理分析
当转向阀3.1右位接通时，油液从液压泵流向翻斗油缸的无杆腔，装载机转斗下翻，如图4.3所示。
图4.3 装载机转斗下翻回路图 4.4 装载机转斗上翻回路
2.装载机转斗上翻液压回路图及工作原理分析
当转向阀3.1左位接通时，油液从液压泵流向翻斗油缸的有杆腔，装载机转斗上翻，如图4.4所示。
（三）动臂系统子回路分析
1.装载机动臂上升液压回路图及工作原理分析
当转向阀4.1右位接通时，油液从液压泵流向动臂油缸的无杆腔，装载机动臂上升，如图4.5所示。
图4.5 装载机动臂上升回路图 4.6 装载机动臂下降回路
2.装载机动臂下降液压回路图及工作原理分析
当转向阀4.1次左位接通时，油液从液压泵流向动臂油缸的有杆腔，装载机动臂下降，如图4.6所示。
3.装载机动臂停止液压回路图及工作原理分析
当转向阀4.1中位接通时，油液从液压泵流回油箱，装载机动臂锁紧，如图4.7所示。
4.装载机动臂浮动液压回路图及工作原理分析
当转向阀4.1左位接通时，油液从液压泵流向动臂油缸的无杆和有杆腔，且与油箱相通，装载机动臂浮动，如图4.8所示，主要应用于装载机平推时，铲斗随地面高度自动调整。
图4.7 装载机动臂锁紧回路图 4.8 装载机动臂浮动回路
（四）流量转换系统子回路分析
第一种情况：当发动机转速低于600r／min时，阀芯位于左端位置，辅助泵和转向泵的流量全部进入转向油路，如图4.9所示。
第二种情况：发动机转速由500r／min逐渐增加到1320r／min时，阀芯克服弹簧力，略向右移，此时辅助泵的油液分为两部分，分别向转向和工作装量供油，如图4.10所示。
第三种情况：随着发动机的转速进一步增加，当阀芯移向左端极限位置，则隔断辅助泵流向转向油路，辅助泵油液全部进入工作装置油路，可使工作装置作业速度提高，如图4.11所示。
图4.9 双泵合流回路图 4.10 辅助泵分流回路
图4.11 辅助泵截止回路图
第六步：分析子回路之间的连接关系
装载机液压系统各子回路的动作过程分析清楚后，再把各子回路合并起来，分析各子回路之间的连接关系。以转向系统子回路，转斗系统子回路，动臂系统子回路和自动复位子回路为基础，结合装载机的四个动力源，即主泵、辅助泵、转向泵和储气罐，现将各回路之间的连接关系做如下分析：
1.自动复位装置是气液组合控制装置，作用单一，仅在工作装置到达限位后，执行自动复位动作，其动力源为储气罐，与其它装置相互独立，互不干扰如图3.2所示。
图5.1 辅助泵分流回路 图5.2 工作装置串并联回路
2.我们把动臂系统和转斗系统统称为工作系统，从图5.1可以看出，转向系统就主泵和转向泵而言是相互独立的，但是由于转向系统的特殊要求，以辅助泵和流量转换阀为中间载体，转向系统和工作系统之间存在着流量分配关系，随着发动机转速的变化，流量转换阀处于不同的位置，流入转向和工作系统的油液也随之发生变化。
3.由图5.2可知，当转斗控制阀1左位接通时，进入动臂控制阀2的油液就被切断（这是装载机的工作任务要求决定），因此可知，动臂系统和转斗系统之间的关系为串并联式，即顺序单动式。
通过采用：初读元件→分析系统→重新编号→划分子回路→分析子回路→分析子回路连接关系六个步骤，基本上可以把装载机液压系统原理图分析清楚，无论是对其它较为复杂的液压系统原理图的分析与解读，还是液压装置的使用、维护及调整都能产生积极的作用。
［参考文献］：
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