单斗液压挖掘机在建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有十分广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的主要机械设备。

流体传动形式

流体传动包括以下三种形式:

1、液压传动-借助于液体的压力能来传递动力和运动的传动形式;

2、液力传动-借助于液体的动能来传递动力和运动的 传动形式;(如液力变矩器)

3、气压传动-借助于气体的压力能来传递动力和运动的传动形式。

传动技术优点

液压传动是以液压油为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式，通过各种液压元件组成不同功能的基本回路，再由这些基本回路组成能够满足各种要求的液压系统。

液压传动与机械传动和电力拖动系统比，其主要优点有:

1、元件布局安装有很大的灵活性，能构成复杂系统;

2、可实现大范围无级调速，范围可达2000:1;

3、传递运动平稳，易于实现快速启动、制动和频繁换向;

4、操作控制方便、省力，易于实现自动控制和过载保护;

5、能自行润滑，元件寿命长等。

液压传动的缺点

液压传动的主要缺点有:

1、以液体为介质，易泄露和可压缩，不能保证定比传动;

2、传动中有机械损失、压力损失、泄露损失，效率偏低;

3、对油温敏感，不宜在低、高温下使用;

4、对液压油的污染很敏感;

5、元件制造精度高，造价高;

6、装置出现故障时不易诊断等。

传动应用发展

相对于机械传动，液压传动是一门新的技术。液压传动起源于1654年帕斯卡提出的静压传动原理，1795年英国第一台水压机问世。液压传动的推广应用得益于19世纪蓬勃发展的石油工业。二战期间，军工上的需要进一步推动了液压传动的发展。战后，液压传动迅速转入民用。20世纪60年代以后，液压传动向更广阔的领域渗透。如今，采用液压传动已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。

基本原理及现象

帕斯卡原理

帕斯卡原理是一个静力学原理，

对于"理想液体"有:

1、处于密闭容器内的"理想液体"对施加于它表面的压力向各个方向等值传递;

2、速度的传递按"容积变化相等"的原则;

3、液体的压力由外载荷建立。

4、能量守恒。

管道流动

由于流动液体具有粘性，以及液体在管道中流动时突然转弯和通过阀口产生相互撞击和出现漩涡等，液体在管道中流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，液体流动时需要损耗一部分能量。这种能量损失包括沿程压力损失和局部压力损失，液体在管道中流动时的压力损失和液体的流动状态有关。由上述分析可知，油液在管道中流动时，其压力会有所减小。

液压冲击

在液压系统中，因某些原因液体压力在瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击不仅会引起振和噪声，而且会破坏密封装置、管道和液压元件;有时还会使某些液压元件产生误动作，造成设备事故。

液压冲击按产生原因可以分为:

1、液流的惯性导致的液压冲击-液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向发生突然变化。

2、工作部件的惯性导致的液压冲击-运动的工作部件突然制动或换向。

减小液压冲击措施

减小液压冲击的措施有:

1、延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间;

2、限制管道流速及运动部件的速度(一般工作、回油、吸油管路分别不超过8、4、1.2m/s);

3、在满足要求的情况下，适当增加管径，缩短管道长度;

4、用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收冲击能量。

5、在容易出现冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。

气穴现象

在液压系统中，如果如果某点压力低于液压油所在温度下的空气分离压时，原先溶解在液体中的空气就分离出来，使液体中迅速出现大量气泡，这种现象叫做气穴现象。一般通流截面较小会使流速很高，根据伯努利方程可知此时油压会很低，以致产生气穴现象。在液压泵吸油过程中，吸油口的绝对压力会低于大气压，如果泵安装过高，在加上过滤器和管道阻力，亦会产生气穴现象。

气穴现象的危害

当液压系统出现气穴现象时，带来的危害有:

1、将造成流量和压力的不稳定;

2、引起局部高温和很高的冲击压力，导致噪声和振动;

3、降低液压系统的容积效率;

4、造成液压元件的气蚀，缩短元件使用寿命等。

减少气穴现象的措施有:

1、及时向液压油箱加油，使油面保持在规定的平面上;

2、低压区密封可靠;

3、向油箱加油时，应拧松放气螺塞放气;

4、及时清洗更换滤油网。

由柴油机的外型特性曲线可知，柴油机是近似的恒扭 矩调节，其输出功率的变化表现为转速的变化，但输出扭矩基本不变化。油门开度增加(或减小)，柴油机输出功率就增加(或减小)，由于输出扭矩基本不变，所以柴油机转速也增加(或减小)，即不同的油门开度对应着不同的柴油机转速。由此可见，对柴油机控制的目的是，通过对油门开度的控制来实现柴油机转速的调节。

应用在液压挖掘机柴油机上的控制装置有电子功率优化系统、自动怠速装置、电子调速器、电子油门控制系统等。

对液压泵的控制都是通过调节其 变量摆角来实现的。根据控制形式的不同，可分为功率控制系统、流量控制系统和组合控制系统等三大类。其中的功率控制系统有恒功率控制、总功率控制、压力切断控制和变功率控制等;流量控制系统有手动流量控制、正流量控制、负流量控制、最大流量二段控制、负荷传感控制和电气流量控制等;组合控制系统是功率控制和流量控制的组合控制，在液压控制机上应用最多。

a.先导型控制系统 换向控制阀的控制形式有直动型(用手柄直接操纵换向阀主阀芯)和先导型两种。后者是用先导阀控制先导油液，再用先导油液控制换向阀的主阀芯，它又分为机液先导型和电液先导型两类。

b.负荷传感控制系统 阀 控系统实质上是节流式系统。在液压挖掘机上，常用的是一般的三位六通多路阀，其滑阀的微调性能和复合操作性能差。20世纪90年代以来，在液压挖掘机上开始采用负荷传感控制系统，其控制闪不论是中位开式方式还是中位闭式方式，都附带有压力补偿阀。采用电子控制压力补偿的液压挖掘机液压系统与传统的液压系统比较，负荷传感控制系统的主要优点是:

(1)节省能源消耗。普通三位六通换向阀无论采用定量泵还是变量泵，总要有一部分油液经溢流阀溢掉，浪费了能量。而使用负荷传感变量系统，泵的流量全部用于负载上，泵的压力仅比负荷压力大1-3MPa。

(2)流量控制精度高，不受负荷压力变化的影响。

(3)几个执行元件可以同步运动或以某种速比运动，且互不干扰。普通三位六通阀系统用的是并联油路，当几个执行元件同时动作时，泵输出的油液首先流向压力低的执行元件，不能同步。

负荷传感控制系统包括负荷传感控制阀和负荷传感控制泵(或定量泵)。

3)完全负荷传感控制系统 完全负荷传感控制系统由负荷传感控制阀和负荷传感控制变量泵组成。

上述的负荷传感控制阀只解决了滑阀的微调性能和复合操作性能，而没有解决节省能源问题。定量泵和负荷传感控制阀的系统也没有节省能源消耗，因为泵所输出的流量超过执行元件(液压缸和液压马达)所需要的流量时，多余的油液经压力补偿阀流回油箱(为保持压差恒定)变为热能。只有完全负荷传感控制系统才能解决节省能源问题。

4)带次级压力补偿阀的负荷传感系统

德国力士乐公司等(包括Atlas公司、Eder公司)在其生产的液压挖掘机上设置了负荷传感分流器LUOV(Last Unabhangige Durchfluss Vereilung)系统，其主要作用是:当多个执行元件同时工作、所需的流量大于液压泵的流量时，产生供油不足的现象，这不能使正在工作台的执行元件与负载压力无关的控制得到保证。LUDV系统能保证在供油不足时所有执行元件的工作速度按正比例下降，以获得与负载压力无关的控制。

a.行走自动二速系统 行走自动二速系统只有在行走速度转换开关处于二速位置时才具有此功能。此时，其信号使行走二速电磁阀换向;与此同时，通过二速用伺机服缸使行走马达处于二速位置，挖掘机可高速行走。

另外，控制选择阀还受行走压力的作用，在上坡等负载大的时候，控制选择阀向一速的一侧换向;二速用伺服的控制油压卸荷，使行走马达自动向一速位置转换，驱动力增大。

挖掘机在平地上行走及下坡行走等工况时，行走阻力变小，控制选择阀再换向，对二速用伺服缸作用，行走马达自动地又回到二速位置上，使控制机高速行走。

b.转台回转摇晃防止机构 转台回转摇晃防止机构是挖掘机转台回转停止后消除其摇晃的机构，其工作原理是:

回转马过停止运转的过程中，反转防止阀两侧受卸荷压力作用，弹簧压缩。由于左、右压力相等，反转防止阀不能换向。

回转马达停止运转后B口侧压力比A口侧高，对回转马达产生反力作用，回转马达摇晃，此时A口侧压力比B口侧的高，对反转防止阀产生压力。由于阀中有节流孔，产生时间滞后，滑阀向右移动，从而使A口与B口联通、压力相等。因此，转台回转摇晃仅一次而已。

c.工作装置控制系统 液压挖掘机的液压系统中有六个执行元件--左、右行走马达，转达台回转马达，动臂液压缸，斗杆液压缸，铲斗液压缸。为了提高挖掘机的生产率和节省能源消耗，在挖掘机的挖掘装载过程中，需要回转马达和三种液压缸协调动作，即工作装置控制系统应具备如下三项功能:

(1)控制机控制功能。铲斗沿水平面或与水平面成一定角度的直线运动，圆弧运动;任意轨迹运动。

(2)装载挖掘功能。完成满斗提升、回转和卸载。在这一过程中要求铲斗相对于地平面保持开始提升时的角度，以防止铲斗内物料在提升过程中撒落。

(3)复位控制功能。卸载后通过动臂、斗杆、铲斗和回转等四个动作的联动，使铲斗恢复到开始挖掘的位置。

a.液压油温度控制系统 液压系统 功率损失大部分转变为热量，引起油温升高。其结果不仅使液压系统效率下降，也加速油质恶化。据资料介绍，液压油温度超过55度每升高9度，油液的使用寿命将缩短一半。因此，应尽量避免液压油温度过高。

油温控制装置与节能控制装置组合后处于报警状态，该装置工作时先将热熔式超温保护器设定在系统的合理温度范围之内，然后闭合磁钢式限温开关，在自锁功能的控制下使温度控制开关断开。当油液温度升高到热熔工超温保护器的调定温度时，磁钢式限温开关自动断开，而温度控制开关吸合。与此同时，温度控制指示灯发亮，给以预警指示。该指示信号又通过电子节能控制模块的作业模式选择开关和油门电子控制器，对柴油机的油门开度进行控制，使用柴油机转速降低，从而减少液压泵的流量，控制液压系统的热量产生，避免油液温度持续上升。

温度预警解除后通过磁钢式限温开关的吸合，消除油液升温对电子节能控制模块的影响，从而使挖掘机恢复正常工作状态。

b.液压挖掘机工况监测与故障查找系统 液压挖掘机工况监测与故障查找系统在改进维修方式，保证安全运行和消除事故隐患等方面起着重要作用。该系统目前有两种形式:一种是诊断计算机--插入机上系统的手持式终端形式，如日本的日立建机公司的Dr.EX故障诊断系统;另一种是随机安装的系统，如德国O&K公司的工况控制系统(BCS)，它率先运用卫星通讯技术，将各台作业中的挖掘机技术状况和故障住处由机载发射机发射到同步卫星上，再由卫星上的转发器发回维修管理中心，管理中心的计算机屏幕上实时显示各台挖掘机的运转情况。

c.自动液压挖掘机控制系统 利用激光发射器的自动挖掘控制系统 ，其基本原理是在施工现场设置一个回转式激光发射器，它可以控制数台挖掘机在同一要求的基准面上作业。在挖掘机上装有激光接收器，其上有三只光靶--上、下光靶和基准光靶。当激光发射器发出的激光束恰好击中基准光靶时，挖掘机的工作装置保持在要求的理想工作面上作业。若外界因素变化使挖掘机的工作装置偏离了要求的理想工作面，则激光束或射在上光靶或射在下光靶，说明工作装置已产生了偏离现象。这时上光靶或下光靶会把光信号转化为电子指令信号驱使设在挖掘机上的分流阀动作，从而达到控制液压油的流向，使挖掘机的工作装置再次回到要求的理想工作面上作业。利用激光发射器的自动挖掘控制系统可大大减轻驾驶员的劳动强度，并获得较好的挖掘作业质量。

d.遥控挖掘机 遥控挖掘机是指通过有线或无线电路装置进行操纵的挖掘机。一般有线遥控距离为150-300m，无线遥控距离为1500-2000m。

在远距离操纵装置内，操纵手柄的位移量转换为电压，再由A/D转换器转换成数字值，各操纵手柄的并联信号转换为串联信号，用无线电机进行发射处理，其信号被发射到挖掘机上。挖掘机接收的信号与发射时的动作相反，转换成电流值，通过电磁比例减压阀，使执行元件(液压缸或液压马达)动作。其他动作也是靠接收无线信号后通过电磁阀来使执行元件动作的。

e.液压挖掘机综合控制系统

液压挖掘机控制系统的主要特点有:

(1)采用了电子控制压力补偿的负荷传感受液压系统。它由负荷传感控制阀和负荷传感控制变量泵组成，液压泵的输出流量始终等于执行元件(液压缸、液压马达)所需要的流量。

(2)采用了电子控制动力调节系统。这主要是通过计算机对发动机和液压泵进行功率设定，确定发动机油门开度和液压泵的排量。这样，可根据挖掘机不同的作业工况，采用不同的发动机特性和液压泵特性，其特性曲线都是由计算机软件来决定的。

(3)采用了人工与电子联合控制的操纵系统。因挖掘机的作业现场情况多变，操作复杂，尚不能离不开人工操纵，但电子控制起到了重要的辅助调节作用。例如，在挖掘机整个作业过程中驾驶员可以只操纵一个手柄，其余动作都是自动化的联锁运动。但采用手动优先原则，手动操纵时自动控制系统暂停运作。

(4)采用了手持式终端故障诊系统，可以使挖掘机出现的故障及时发现和处理。

挖掘机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。其结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成，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设计已经成为推动挖掘机的重要一环。

单斗液压挖拓机是一种周期作业的机械设备，它由工作装置、回转装置和行走装置三部分组成。工作装置包括动臂、斗杆以及根据工作需要可更换的各种换装设备，如正铲、反铲、装载斗和抓斗等，其典型工作循环如下:

(1)挖掘在坚硬土城中挖掘时一般以斗杆动作为主，用铲斗缸调整切削角度，配合挖掘;在松软土坡中挖翻时，则以铲斗缸动作为主;在由特殊要求的挖掘动作中，则使铲斗缸、斗杆缸和动臂缸三者复合动作.以保证铲斗按特定轨迹运动。

(2)满斗提升及回转挖掘结束，铲斗缸推出，动仲缸升起，满斗提升;同时回转马达启动，转台向卸土方向回转。

(3)卸载转台转到卸载地点.转台制动斗杆缸调整卸料半径.铲斗缸收回，转斗卸载。当对卸载位工及高度有严格要求时.还需动臂kr配合动作。

(4)卸载结束后.转台向反向回转，同时动臂缸与斗杆缸配合动作，使空斗下放到新的挖掘位里。

单斗液压挖掘机在建筑、交通运输、水利施工、露天采矿及现代化军事工程中都有十分广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的主要机械设备。

位于液压挖掘机下部行走体上的上部回转平台，如同人体的头部及躯干般地重要。虽其结构从外部难于看清，但安装于其中的发动机及各种液压装置若出现故障或超负荷使用，则会影响机器的整体状态，使性能下降，最终导致机器故障的发生。因此，应将机器的上部回转平台的日常保养检查放在首要位置。为了提高上部回转平台的作业性能并防止不必要的故障损失发生，在上部回转平台的保养中应注意哪些方面呢?

定期地检查并更换过滤器滤芯为了防止尘土和添入油中所含的杂质等侵入机器的主要部位，在挖掘机上采取了保护措施。在一台挖掘机上安装了多个过滤器，这些过滤器发挥着其各自的重要的作用。空气滤清器发动机内燃油的燃烧需要新鲜的空气。空气滤清器可清除从外部吸入燃烧室的空气中的灰尘等异物，以防止发动机缸套及活塞环等磨损。机油和燃油过滤器机油及燃油在储存及加油过程中很容易混入水分和灰尘等。过滤器可过滤异物并防止发动机内部系统部件的磨损。此外，若这些滤芯的污染严重，则会导致机油或燃油流动不畅及发动机功率不足或润滑不良导致发动机损坏的故障。液压油过滤器液压油的功能是转化动力的介质，所以严禁尘土等异物的混入。而液压油过滤器则可防止杂质进入液压装置各部位。此外，吸油过滤器被安装于液压油箱中，可保护液压回路中的液压泵。工作后的油将返回液压油箱内，而回油过滤器就安装于该回油部位。

因此，可通过观察回油过滤器的污染程度(如有无铁屑)来判断泵或液压系统其它部件是否为异常状态。当油通过上述过滤器滤芯时，可清除其中的杂质，因此，随着时间的积累过滤器的污染会越来越严重。如果不及时对污染了的过滤器进行更换，则会减少油的流量而使机器原有的性能无法充分地得到发挥。此外，若继续使用已损坏或过度污染的过滤器，则无法过滤杂质，进而缩短机器的使用寿命。因此，应定期地更换过滤器滤芯，在平日的保养和检查中若发现异常应立即更换。为防止机器磨损应加注足够的油和润滑脂液压挖掘机在运转过程中，机器的各部位会伴随有很大的摩擦力。

而润滑脂和油则可减轻这些摩擦力，因为润滑脂可形成油膜，防止转动部位各金属件的相互接触。加注油和润滑脂是一项重要作业，其主要为了减少摩擦力和磨损，并使机器能够顺利运转。但是，若加油不充分，或加注劣化了的润滑脂的话，将无法形成油膜而使金属件相互接触，进而引起磨损和咬合。如果在此状态下继续运转机器，将引起机器运动部件配合部位的烧损，严重时将陷入停机状态。因此，应定期地加注足够量的油和润滑脂。定期地检查并更换油箱内的油，对于机器的正常运转来说是非常重要的。综上所述挖掘机上部回转平台的保养要点是:定期检查、更换过滤器，定期加注足够的油和润滑脂!

对挖掘机液压设备进行重装需要注意诸多问题，特别是需要对其进行放气。否则会损坏液压设备。

1)清洁前，请先通风

2)安装前，请先对部件进行大致清洁，然后彻底进行清洁

3)用液压空气除油并装入液压油及齿轮油，然后进行装配

4)替换O型垫圈、备用圈及油封，并在安装前涂抹黄油

5)将涂抹液体密封剂表面上的锈迹及水垢去除并涂抹液体密封剂

6)安装前，请先除去新部件上的防锈层

7)使用专用工具装配轴承、轴衬及油封

8)根据所作标记安装部件

9)安装完后，检查是否有部件遗漏未装

安装液压设备

1)备好液压油及润滑油

2)在下列情况下需进行放气:

a. 更换液压油

b. 替换吸入管部件

c. 拆除及安装液压泵

d. 拆除及安装旋转电动机

e. 拆除及安装行走电动机

f. 拆除及安装液压油缸

注:如果未加注液压油及润滑油，以及未进行放气，将可能损害液压设备

液压压力测量前的准备工作

(1) 液压设备 70kgf/cm2 (1000psi) 压力计1套 400~500kgf/cm2 (5700~7100psi) 压力计2套 压力测量设备及分析仪器1套

(2) 液压油清洁度的测量释放液压油箱的空气后,打开护盖并从油箱中取出样油,然后用分析仪器加以测量.如果测得值高于参考值,更换回流滤芯或者更换液压油.

安装压力计的位置

(1)主泵上的仪表口用测量压力的堵头更换主泵仪表口处 PF1/4堵头,并接上500kgf/cm2 (7100psi)压力计.

(2) 控制电路 用PF1/4堵头更换先导仪表堵头进行压力测量 并接上70kgf/cm2 (1000psi)压力计.

注: 正常情况下,压力可通过下列维修诊断号码加以测得.但在发生故障时,必须安装上述压力计并进行适当的压力调整.

压力调整位置

(1) 主控制阀

(2) 先导安全阀 先导安全阀PR1位于与主泵相连接的齿轮泵的上面.

(3) 旋转超载解除 旋转电动机配备有PA及PB堵头用于测量压力,但测量是通过仪表口而实现的.

1、挖掘机起步前应检查环境安全情况、清理道路上的障碍物，无关人员离开挖掘机，然后提升铲斗。

2、准备工作结束后驾驶员应先按喇叭，然后操作挖掘机起步。

3、行走杆操作之前应先检查履带架的方向，尽量争取挖掘机向前行走。如果驱动轮在前，行走杆应向后操作。

4、挖掘机倒车时要留意车后空间，注意挖掘机后面盲区，必要时请专人指挥予以协助。

5、如果行走杆在低速范围内挖掘机起步，发动机转速会突然升高，因此驾驶员要小心操作行走杆。

6、液压挖掘机行走速度--高速或低速可由驾驶员选择。当选择开关在"0"位置时，挖掘机将低速、大扭矩行走;当选择开头在"1"位置时，挖掘机行走速度将根据液压行走回路工作压力而自动升高或下降。例如，挖掘机在平地上行走可选择高速;上坡行走时可选择低速。如果发动机速度控制盘设定在发动机中速(约1400r/min)以下，即使选择开关在"1"位置上，挖掘机仍会以低速行走。

7、挖掘机应尽可能在平地上行走，并避免上部转台自行放置或操纵其回转。

8、挖掘机在不良地面上行走时应避免岩石碰坏行走马达和履带架。泥砂、石子进入履带会场影响挖掘机正常行走及履带的使用寿命。有很多的矿山里也有挖掘机在工作。山石较多，这时要注意挖掘机的底盘和四轮一带，注意有无松动，损坏。检查履带的张紧度，比在平地上时的张紧度松一些更好。在山地上工作，挖掘机的工作装置会更快的损坏，要注意采用加强型的挖掘机工作装置，并及时的更换。

9、尽量避免挖掘机涉水行走，必须涉水行走时应先考察水下地面状况，且水面不宜超过支重轮的上边缘。 有的挖掘机在海边工作，有的就是海水里工作。在这种情况下，挖掘机工作结束后，一定要用清水冲洗挖掘机与盐水接触过的部分，更要注意电气部分是否锈蚀。清洗完成后，有条件的用油保护外露的金属，然后润滑挖掘机的各个工作装置，各个元件，检查各部件是不是有松动和损伤，如果发现，一定要及时处理。如果不注意挖掘机在海边工作的维护工作，就有可能使挖掘机的金属出现锈蚀，极大的影响挖掘机的工作状态。

10、挖掘机在坡道上行走时应确保履带方向和地面条件，使挖掘机尽可能直线行驶;保持铲斗离地20-30cm，如果挖掘机打滑或不稳定，应立即放下铲斗;当发动机在坡道上熄火时，应降低铲斗至地面，将控制杆置于中位，然后重新启动发动机。

本书对液压挖掘机的基础知识，传动系统和控制系统进行了全面系统的叙述，重点介绍了液压挖掘机主要元器件选择的原则和方法，同时的提供了设计实例。本书还提供了大量的国内外液压挖掘机技术参数和液压系统图。

本书对进口液压挖掘机国产化改造是一部简明扼要的可靠实用的专门著作，也可供从事液压挖掘机研究、设计、制造和使用的技术人员参考。