D37-2型推土機(jī)是某公司1991年起陸續(xù)從日本小松公司引進(jìn)的大型推土機(jī)，其發(fā)動機(jī)功率為525馬力，整車設(shè)計先進(jìn)，代表了20世紀(jì)90年代工程機(jī)械的發(fā)展成就，為該公司的主力設(shè)備，承擔(dān)著采區(qū)的日常生產(chǎn)、重點(diǎn)工程的實施、工程的拓展等工作，它的好壞，關(guān)系到年采剝總量6300萬噸任務(wù)的完成。該機(jī)經(jīng)過十幾年的使用，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)了許多頑疾，表現(xiàn)為油溫上升過快、過高，鏟刀提升緩慢甚至無提升的故障現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了該設(shè)備的工作效率，并使得系統(tǒng)因為長期的高溫而失效。通過多年的艱苦攻關(guān)，終于解決了這些問題。

工作機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理

D37-2型推土機(jī)工作機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)原理如圖P所示。

    ①工作機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)組成  該系統(tǒng)液壓泵是2個，大泵的理論排量為2731L/min，小泵的理論排量為1321L/min，工作系統(tǒng)中zui高工作壓力為21MPa。系統(tǒng)由四大閥塊組成，每個閥塊內(nèi)又包含若干個閥，構(gòu)成如下。

a. 鏟刀升降閥塊由鏟刀升降閥、流量控制閥、主溢流閥、梭閥等組成。

b．主溢流閥塊（圖Q）由滑閥、主溢流閥及節(jié)流閥組成。

c. 松土器低壓閥塊由溢流閥、鏟刀傾斜操縱閥、松土器傾斜操縱閥、松土器舉升操縱閥、梭閥等組成。

d．松土器高壓閥塊由松土器傾斜控制閥、松土器升降控制閥等組成。在鏟刀舉升液壓缸的活塞上還有一對活塞閥(圖R)。

    該液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓缸，它們分別是鏟刀舉升液壓缸（2只）、鏟刀傾斜液壓缸（1只）、松土器舉升液壓缸（2只）、松土器傾斜液壓缸(2只)。

    ②各閥的作用  如圖P所示，鏟刀升降閥3為手動閥，控制著油液的流向，以實現(xiàn)舉升缸內(nèi)活塞桿的伸縮運(yùn)動。流量控制閥4為液控閥，控制著到鏟刀舉升液壓缸、松土器舉升液壓缸、松土器傾斜液壓缸的油量。當(dāng)液壓缸需慢速運(yùn)動時，流量控制閥4就讓更多的油流回油箱；當(dāng)液壓缸需快速運(yùn)動時，流量控制閥4就讓更多的油流向液壓缸?；y7為液控閥，控制著流量控制閥4的控制油，使得流量控制閥4的控制油要么是來自梭閥19的反饋油，要么是來自梭閥20的反饋油。主溢流閥5控制著流量控制閥4的控制油的zui大壓力。鏟刀傾斜操縱閥15為手動閥，控制著油液的流向，以實現(xiàn)鏟刀傾斜液壓缸內(nèi)活塞桿的伸縮運(yùn)動。松土器傾斜操縱閥16為手動閥，控制著油液的流向，以實現(xiàn)松土器傾斜控制閥運(yùn)動；松土器舉升操縱閥17為手動閥，控制著油液的流向，以實現(xiàn)松土器升降控制閥運(yùn)動。松土器升降閥13為液控閥，控制著油液的流向，以實現(xiàn)松土器舉升液壓缸內(nèi)活塞桿的伸縮運(yùn)動；松土器傾斜閥14為液控閥，控制著油液的流向，以實現(xiàn)松土器傾斜液壓缸內(nèi)活塞桿的伸縮運(yùn)動。鏟刀升降油缸內(nèi)還有一個活塞閥，它能使活塞到達(dá)行程末端時，液壓泵的油泄出，以減少油壓及油壓沖擊。節(jié)流閥6其實是一個很窄的油道，它使油液流經(jīng)它時產(chǎn)生壓差，從而使流量控制閥4的閥芯兩端的壓力不等，產(chǎn)生推力，使端芯運(yùn)動，油液在此處的油壓與流量成正比。

    ③油液的流動

    a．負(fù)載反饋油路共有兩路。反饋油路工是經(jīng)梭閥19、滑閥7、節(jié)流閥6，到達(dá)流量控制閥4的左側(cè)，以控制鏟刀舉升的速度；反饋油路Ⅱ是經(jīng)梭閥20、滑閥7、節(jié)流閥6到達(dá)流量控制閥4的左側(cè)，以控制松土器舉升（傾斜）的速度。

    b．到鏟刀舉升液壓缸的油的流動。液壓泵的油經(jīng)流量控制閥4到達(dá)鏟刀升降閥3，鏟刀升降閥3打開，油液便進(jìn)入鏟刀舉升液壓缸。如果鏟刀升降閥3*打開，壓力損失zui小，則流經(jīng)梭閥19的反饋油的流量zui大，流過節(jié)流閥6后流量也zui大，壓力也zui大，使得流量控制閥4的控制油的左側(cè)油壓等于右側(cè)油壓，閥芯不動，流量控制閥4就讓更多的油流向液壓缸，液壓缸便實現(xiàn)快速運(yùn)動。

    c．到鏟刀傾斜液壓缸的油的流動。液壓泵的油經(jīng)鏟刀傾斜操縱閥15，閥打開后，油液便進(jìn)入鏟刀傾斜液壓缸。

    d．到松土器舉升液壓缸的油的流動。液壓泵的油經(jīng)松土器舉升操縱閥17，到達(dá)升降閥13的兩端，推動閥芯打開升降閥13，進(jìn)入松土器舉升液壓缸。如果松土器升降操縱閥17*打開，壓力損失zui小，則流經(jīng)梭閥20的反饋油的流量zui大，流過節(jié)流閥6后流量也zui大，壓力也zui大，使得流量控制閥4的控制油的左側(cè)油壓等于右側(cè)油壓，閥芯不動，流量控制閥4就讓更多的油流向液壓缸，液壓缸便實現(xiàn)快速運(yùn)動。

    e. 到松土器傾斜液壓缸的油的流動。液壓泵的油經(jīng)松土器傾斜操縱閥16，到達(dá)傾斜閥14的兩端，推動閥芯打開傾斜閥14，進(jìn)入松土器舉升液壓缸。如果松土器傾斜操縱閥16*打開，壓力損失zui小，則流經(jīng)梭閥20的反饋油的流量zui大，流過節(jié)流閥6后流量也zui大，壓力也zui大，使得流量控制閥4的控制油的左側(cè)油壓等于右側(cè)油壓，閥芯不動，流量控制閥4就讓更多的油流向液壓缸，液壓缸便實現(xiàn)快速運(yùn)動。

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(1) UH181型挖掘機(jī)技術(shù)改造方案的確定

    UH181型挖掘機(jī)工作系統(tǒng)壓力較低、流量大、液壓元件尺寸粗大、笨重；運(yùn)動速度較慢；機(jī)械傳動鏈長；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。故障頻率較高的部位是主液壓泵及傳動箱機(jī)構(gòu)。

    與當(dāng)代新機(jī)型在技術(shù)參數(shù)上的比較：UH181主液壓泵的總排量明顯要比其他的機(jī)型要大得多；在系統(tǒng)負(fù)荷小于17MPa時，UH181型液壓泵總流量遠(yuǎn)大于當(dāng)代的；在系統(tǒng)負(fù)荷大于17MPa時，UH181型液壓泵總流量遠(yuǎn)小于現(xiàn)代的；UH181型液壓系統(tǒng)zui高工作壓力為25MPa，而當(dāng)代挖掘機(jī)則為35MPa；UH181是在中低壓負(fù)荷狀態(tài)下工作(10～18MPa)的，當(dāng)超過20MPa時，系統(tǒng)流量很小，工作效率很低。

    與當(dāng)代挖掘機(jī)在機(jī)構(gòu)、尺寸、性能方面的比較：UH181型挖掘機(jī)的液壓缸尺寸、運(yùn)動行程，液壓馬達(dá)尺寸、質(zhì)量等都大于EX400-3型；系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度不能太高，因為結(jié)構(gòu)件龐大，需供油量大，且運(yùn)動慣性矩也很大，故設(shè)計運(yùn)動速度較當(dāng)代的挖掘機(jī)為低。

液壓缸運(yùn)動分析見下表。

液壓缸運(yùn)動分析

    根據(jù)Q=qn知，流量與排量成正比例關(guān)系；由Q=V/s知，在單位時間內(nèi)容積越大則需要的流量越大，即需要泵的排量亦越大。根據(jù)UH181型各液壓缸運(yùn)動容積與EX400-3型相比，計算其超出的百分比數(shù)，以加權(quán)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型挖掘機(jī)的液壓泵排量為180mL/r，故UH181型預(yù)計排量為q=180×(1+0.5573) =280.3mL/r。

    依據(jù)上述分析結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)水平和現(xiàn)場維修、改裝、制造、調(diào)試條件，決定采用進(jìn)口雙聯(lián)變量柱塞泵，通過柔性聯(lián)軸器將液壓泵直接裝于發(fā)動機(jī)飛輪殼體上，配之液壓主管路、先導(dǎo)控制管路、控制閥等技術(shù)改造的方案。為了確保技術(shù)改造的質(zhì)量和壽命，決定選用日本川崎液壓泵，經(jīng)和美柯瑪斯、技術(shù)研討、開發(fā)，量身定做了K3V280型雙聯(lián)泵一部。

(2)結(jié)構(gòu)、原理改造設(shè)計

    ①主液壓泵與發(fā)動機(jī)連接形式的設(shè)計選用具有柔性連接的尼龍齒塊式的聯(lián)軸器，見圖L。

    ②液壓泵供油系統(tǒng)的改造  原系統(tǒng)為三泵三閥供油復(fù)合控制系統(tǒng)，現(xiàn)欲改造為雙泵供油系統(tǒng)，但液壓換向閥塊仍為三閥組供油控制形式。依據(jù)當(dāng)代挖掘機(jī)雙泵雙回路供油系統(tǒng)工作功能分配形式，決定將回轉(zhuǎn)閥塊組與右閥組系統(tǒng)并列，由一個泵供油。

    ③液壓泵控制系統(tǒng)和復(fù)合動作控制油路的改造

    a. 原液壓泵之間及負(fù)荷反饋形式為：A、B主泵之間為全功率控制，恒功率調(diào)節(jié)；A、B泵分別與C回轉(zhuǎn)泵之間在回轉(zhuǎn)泵系統(tǒng)壓力小于110MPa時為分功率控制，大于11MPa時為全功率控制，C自身為恒功率控制；A、B、C泵的負(fù)荷反饋控制均為先導(dǎo)操作二次壓力正流量負(fù)荷反饋形式；A、B主泵的調(diào)節(jié)器上裝有zui小流量截斷控制功能。見圖M。

    b．現(xiàn)改造為采用帶先導(dǎo)泵的雙聯(lián)泵控制形式：雙泵間仍為恒功率調(diào)節(jié)，全功率控制；泵控壓力為先導(dǎo)操作二次壓力負(fù)荷反饋正流量控制；采用比例電磁閥控制兩泵的功率大小，與發(fā)動機(jī)的功率匹配較好，能實現(xiàn)工作方式多擋控制，即重挖掘、一般挖掘、平整場地、起吊微動作四種工況機(jī)能。

    c．實現(xiàn)回轉(zhuǎn)閥組與右閥組功能合并的改造設(shè)計。在前泵出油口管路中串接一個三通閥塊，使前泵來油一路去右閥組，另一路去回轉(zhuǎn)閥組；在右閥組的備用閥塊后端引入回轉(zhuǎn)先導(dǎo)操作控制壓力油管（備用閥塊的前端在此前已改裝成液壓破碎錘功能），以達(dá)到右閥組與回轉(zhuǎn)閥組主油路平行并列，并且是回油路*的目的。

    ④主泵吸油管路的改造  將原來在主管路上分出4個歧管路分別進(jìn)入四個液壓泵的吸油管，改造為從主管路直接進(jìn)入雙聯(lián)泵的吸油口，在油管路的直角拐彎內(nèi)壁處增設(shè)導(dǎo)油弧面，制作法蘭盤接頭直角彎管等。

(3)提高液壓系統(tǒng)改造后整機(jī)性能的其他配套技術(shù)處理

    在液壓系統(tǒng)技術(shù)改造后，為確保挖掘機(jī)的整機(jī)技術(shù)性能均衡、經(jīng)濟(jì)性好、使用可靠、壽命全面提高，對挖掘機(jī)其他機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了配套整修：①發(fā)動機(jī)大修；②更換整車液壓系統(tǒng)高低壓膠管；③更換液壓系統(tǒng)元件、總成的密封件；④更換發(fā)動機(jī)三濾——液壓油全流濾芯、旁通濾芯和吸油濾芯；⑤檢修電氣系統(tǒng)各元件和總成及國產(chǎn)化部分監(jiān)控儀表裝置；⑥檢修底盤四輪一帶；⑦國產(chǎn)化液壓油散熱器、發(fā)動機(jī)水箱。