挖掘机控制系统.

挖掘机控制系统

沈阳航空航天大学

摘要：进入21世纪，我们的社会每一天都在进步，大规模土木工程建设越来越多，而挖掘机，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。本文主要介绍挖掘机的工作原理，用PLC编程实现下位机控制，分别用手动和自动的设计来模拟实现挖掘机的工作状态，使挖掘机能够完成预先设计好的动作。通过PLC程序编写，I/O分配表和对硬件电路的连接，最后利用组态王6.53对挖掘机控制系统进行模拟调试，采用组态软件建立人机监控界面，从而提高工作效率，节约成本，把人从枯燥的工作中解放出来。

关键词：挖掘机；PLC；组态王；手动；自动

1绪论

1.1挖掘机的发展及应用

挖掘机作为施工机械中的中流砥柱多年来为施工单位所依赖，挖掘机马力强劲，功能有着较强的不可替代性。尤其是在科学技术突飞猛进的今天，人们对挖掘机的要求越来越高，不仅对其动力系统的要求在提高，在操作的舒适度、能耗和尾气排放上都比原来要求更高了。还好有一直在进步的科技基础作为支撑，使人们对挖掘机的改造和创新进入了一个新的时代。在世界资源严重匮乏、石油天然气价格猛增的今天，对机械设备的动力来源改造越来越多地被提上课题，人们在努力寻找一种可再生的新型能源替代石油天然气等不可再生而且会造成环境污染的能源，于是我们看到了大街上的出租车公交车的动力都由传统的石油燃料转变为电力和其它可再生能源，这样不仅大大提高了能源利用率而且减轻了环境的负担。挖掘机也不例外，国内已经有很多公司注意到了电动挖掘机的商机，开始努力研究并且批量生产以电力为动力来源的挖掘机，在这篇论文中，我们也将对电动挖掘机进行深入的研究和探索。

1.2 挖掘机的现状

工业发达国家的挖掘机生产较早，法国、德国、美国、俄罗斯、日本是斗容量3.5-40m3单斗液压挖掘机的主要生产国，从20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展。

⑴开发多品种、多功能、高质量及高效率的挖掘机。⑵迅速发展全液压挖掘机，不断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了挖掘机作业操纵的完全自动化。⑶重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。

⑷更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。⑸加强对驾驶员的劳动保护，改善驾驶员的劳动条件。⑹进一步改进液压系统。中、小型液压挖掘机的液压系统有向变量系统转变的明显趋势。⑺迅速拓展电子化、自动化技术在挖掘机上的应用。

1.3 挖掘机的分类

常见的挖掘机按驱动方式有内燃机驱动挖掘机和电力驱动挖掘机两种。其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧与地下矿井和其它一些易燃易爆的场所。按照行走方式的不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式挖掘机。按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘机。机械挖掘机主要用在一些大型矿山上。按照用途来分，挖掘机又可以分为通用挖掘机，矿用挖掘机，船用挖掘机，特种挖掘机等不同的类别。

2 系统工作原理

本系统主要是通过PLC实现挖掘机控制，本系统能单周期完成启动前进→右转→右进→左转→上扬→下挖→右进→左转→左进→后退到原线停一套完整的动作。还可以完成单步控制方式，从初始步开始，按下一步启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。并且按自动返回按钮，挖掘机返回到最初的状态；按急停按钮，挖掘机立即停止工作。并制作一个在组态监控系统，包括有登录画面、主画面，通过画面的制作、脚本的编写，能够实时的反应整个运行过程，并且对其进行控制。

3 挖掘机的硬件设计

3.1 PLC简介

PLC，可编程序控制器，它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC在近年来发展极为迅速、应用极为广泛。它将传统的继电器控制技术、自动化技术、计算机控制技术和通信技术融为一体专门为工业控制而设计，具有可靠性高、功能强、编程简单、使用方便、环境适应性好以及体积小、功耗低等特点；具有基本控制功能、步进控制功能、模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能等，可以满足对工业生产进行监视和控制的绝大多数场合的需要。PLC最常用的语言是面向控制的梯形图语言，它采用了与实际电器原理图非常接近的图形编程方式，易学易用。

PLC是综合了继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有很多控制器所无法相比的特点：

1.可靠性高，抗干扰能力强。一般PLC的平均无故障时间可达几万小时以上。

2.通用性强，使用方便。

3.采用模块化结构，使系统组合灵活方便。

4.编程语言简单、易学，便于掌握。

5.系统设计周期短。

6.对生产工艺改变适应性强。

7.安装简单、调试方便、维护工作量小。

根据PLC的特点可以将它的应用形式可归纳为：开关量逻辑控制、模拟量控制、过程控制、定时和计数控制、顺序控制、数据处理、通信和联网。

3.2 PLC的选择

S7-200系列是一类可编程逻辑控制器(Micro PLC)。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，S7-200 Micro PLC具有紧凑的设计、良好的扩展能力、低廉的价格以

及强大的指令，使得S7-200近乎完美地满足小规模的控制要求。紧凑的结构、低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7-200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。

S7-200产品的多样化以及基于Windows的编程工具，能够更加灵活地完成自动化任务。S7-200的用户程序包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及其它模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为本系统的理想决方解案。 S7-200出色表现在极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多KB程序和数据存储空间。

S7-200有5种CPU模块分别是：221、222、224、224XP、226，根据系统的需要所以选用CPU224的主机模块。CPU224是具有较强控制功能的控制器，14入/10出数字量，6个高速计数器，6路30kHz单相高速计数器，4路20kHz双相高速计数器。

3.3 挖掘机机的I/O分配

按照设计的要求，输入点10个分别是I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0、I1.1，输出点8个分别是Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7 。I/O分配如表1和表2所示。

表1 输入地址分配表

输入地址定义输入地址定义

I0.0 右进按钮I0.5 前进按钮

I0.1 左转按钮I0.6 左进按钮

I0.2 上扬按钮I0.7 后退按钮

I0.3 下挖按钮I1.0 手动控制开关

I0.4 右转按钮I1.1 自动控制开关

表2 输出地址分配表

输出地址定义输入地址定义

Q0.0 前进Q0.4 上扬

Q0.1 右转Q0.5 下挖

Q0.2 右进Q0.6 左进

Q0.3 左转Q0.7 后退

3.4 挖掘机的外部接线

通过控制盒连接S7-200，然后操作控制盒来控制挖掘机，如下图3-1所示。

3-1挖掘机的外部接线图

4 挖掘机机软件设计

4.1编程软件介绍

PLC编程语言的种类主要包括三种：梯形图、语句表和功能块图。梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。梯形图编程，因为它直观易懂。语句表：S7系列PLC 将指令表称为语句表。PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表程序或语句表程序。语句表比较适合熟悉PLC和逻辑程序设计的经验丰富的程序员使用。功能块图：这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。

PLC编程语言的特点①简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。②简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。③图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。④明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。

4.2挖掘机程序设计及分析

4.2.1程序的设计

本系统自动控制部分设计了一套完整的机械动作，这一套完整的动作由八个基本的机械动作组成：前进、后退、左拐、右拐、左转、右转、下挖、上扬。本系统分为两个部分：第一部分为自动控制，动作依次为：挖掘机前进，右拐前进，左转，下挖，右转，后退，左拐前进，右转，上扬，左转，后退，右拐，后退。顺序功能图如图4-1所示。；第二部分为手动控制。程序流程图如图4-2所示

4-1挖掘机自动控制顺序功能图

开始

按下选择

控制按钮

前进后退左拐右拐左转右转下挖上扬

4-2挖掘机手动程序流程图

4.2.2程序

如附录1的梯形图所示

5 挖掘机监控界面的设计

5.1 组态软件的概述

组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。

当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。如AutoCAD，PhotoShop，办公软件都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。但是为了提供一些灵活性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚至支持VB。在当今工控领域，一些常用的大型组态软件主要有：WinCC，iFix，Intouch，组态王，力控等。

组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。因此本系统选择组态王来实现对挖掘机控制系统的设计。组态王（KingView）软件包括组态王工程浏览器、开发系统和运行系统三个部份。

工程浏览器（PROJMAK）是一个具有集成开发的环境。在工程浏览器中可以创建工程，并对工程进行管理。可以查看工程的各个组成部分，完成构造数据库、定义外部设备等工

作。

开发系统（TOUCHMAK）是应用程序的开发环境。在这个环境中完成设计画面、动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。

运行系统是组态王软件的实时运行环境。在TOUCHMAK中建立的图形画面只有在TOUCHIVEW中才能运行。TOUCHVIEW从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。画面的“开发系统”和“运行系统”由“工程浏览器”调用，且两个系统可以独立于“工程浏览器”工作。

5.2 定义数据词典

在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如图5-1所示。

5-1数据词典的定义

5.3 用户界面的制作

挖掘机机的登录界面如图5-2所示，挖掘机控制系统主画面如图5-3所示，报警画面如图5-4.

5-2挖掘机的登录画面

5-3挖掘机控制系统主画面

5-4挖掘机控制系统的监控画面

5.4命令语言的编写

用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。一方面程序使

得用户界面与下位机PLC实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。另一方面程序建立

了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。本系统编写的命令语言如下：

if(\\本站点\手自动==1)

{if(\\本站点\启动==1)

{\\本站点\T=\\本站点\T+1;

if(\\本站点\T>0&&\\本站点\T<=2)

{\\本站点\前进=0;

\\本站点\后退=0;

\\本站点\右行=0;

\\本站点\左行=0;

\\本站点\上扬=0;

\\本站点\下挖=0;

\\本站点\挖掘机X=0;

\\本站点\挖掘机Y=0;

\\本站点\挖掘机抓手=0;}

if(\\本站点\T>2&&\\本站点\T<=12)

{\\本站点\前进=1;}

if(\\本站点\T>12&&\\本站点\T<=22)

{\\本站点\右行=1;

\\本站点\前进=0;}

if(\\本站点\T>22&&\\本站点\T<=32)

{\\本站点\右行=0;

\\本站点\上扬=1;}

if(\\本站点\T>32&&\\本站点\T<=42)

{\\本站点\下挖=1;

\\本站点\上扬=0;}

if(\\本站点\T>42&&\\本站点\T<=52) {\\本站点\下挖=0;

\\本站点\左行=1;}

if(\\本站点\T>52&&\\本站点\T<=62) {\\本站点\后退=1;

\\本站点\左行=0;}

if(\\本站点\T>62&&\\本站点\T<=72) {\\本站点\后退=1;

}

if(\\本站点\T>72)

{\\本站点\启动=0;

\\本站点\T=0;

\\本站点\前进=0;

\\本站点\后退=0;

\\本站点\右行=0;

\\本站点\左行=0;

\\本站点\上扬=0;

\\本站点\下挖=0;

\\本站点\挖掘机X=0;

\\本站点\挖掘机Y=0;

\\本站点\挖掘机抓手=0;}

}

}

if(\\本站点\前进==1)

\\本站点\挖掘机X=\\本站点\挖掘机X+10;

if(\\本站点\后退==1)

\\本站点\挖掘机X=\\本站点\挖掘机X-10;

if(\\本站点\右行==1)

\\本站点\挖掘机Y=\\本站点\挖掘机Y+10;

if(\\本站点\左行==1)

\\本站点\挖掘机Y=\\本站点\挖掘机Y-10;

if(\\本站点\上扬==1)

\\本站点\挖掘机抓手=\\本站点\挖掘机抓手-20;

if(\\本站点\下挖==1)

\\本站点\挖掘机抓手=\\本站点\挖掘机抓手+20;

6 程序调试

编程软件与PLC的参数设置如图6-1所示

图6-1 PLC参数设置

在对软件调试过程中，经过不断的试验、调整，最终修改完成程序。在对硬件调试过程中，连线时把输出端接地线接到了+24V上导致plc程序是对的现象出不来，后经同学指出修改正确，使挖掘机完成指定动作。编写出正确的程序是本系统的关键之一，在开始时由于思路不清楚，编写的程序一直不太好，不能使挖掘机达到理想的状态，最后理清了思路，使挖掘机达到了理想状态。

7 实验体会

本次课计是上位机通过PLC模拟控制挖掘机，下位机用组态监控现场工作环境，通过合理的设备选型、参数设置和软硬件设计，设计任务完全实现。

通过对挖掘机的程序设计，使我熟练地掌握了PLC的编程知识，在实训的准备过程中我也查阅了很多文献，包括对组态王的画面设计水平也有了很大的提高。当然在这个过程中还是遇到了很多的问题，比如实训内容要求手动和自动两部分都要有，这个问题我当时比较困惑，后来是同学给了建议用两个开关实现手动和自动。还有就是制作组态王画面遇到了不少小问题，不会画挖掘机的模型，后来请教了李老师，经过了老师的细心指导把问题逐个解决掉了。

通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决实际问题的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也让我在未来的工作学习中能够表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。在此十分感谢老师在这次实训中对我的悉心指导和帮助。

参考文献

[1] 廖常初主编.PLC编程及应用.机械工业出版社，2005

[2] 组态王KINGVIEW6.53使用手册.北京亚控出版社，2006

[3] 王兆义.可编程控制器教程.机械工业出版社，1992

[4] 张晓坤.可编程控制器原理及应用.西北工业大学出版社，1998

[5] 郭宗仁.可编程控制器及其通信网络技术.人民邮电出版社，1999 附录Ⅰ程序梯形图

从网络1到网络14为挖掘机自动控制梯形图：

从网络1到网络6的程序可知：

自动控制开关I1.1导通，延时定时器T37、T38开始计时。T37在1.5秒后导通，此时M0.0导通，将M21.0的数值移入移位寄存器中，M21.1为该寄存器的最低位端；将M22.0的数值移入移位寄存器中，M25.1为该寄存器的最低位端

从网络7的程序可知：

M21.1导通，Q0.0输出，挖掘机前进。

从网络8到网络9的程序可知：

M21.2导通，Q0.1输出，挖掘机右转。

M21.3导通，Q0.2输出，挖掘机右进。

从网络10到网络11的程序可知：

M21.4导通，Q0.3输出，挖掘机左转。

M21.5导通，Q0.4输出，挖掘机上扬。

从网络12到网络13的程序可知：

M21.6导通，Q0.5输出，挖掘机下挖。

M25.2导通，Q0.6输出，挖掘机左进。

从网络14程序可知：

M25.3导通，Q0.7输出，挖掘机后退。

从网络15到网络23为挖掘机手动控制梯形图

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挖掘机的工作原理

挖掘机的工作原理 液压挖掘机主要由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成。液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。电气控制系统包括监控盘、发动机控制系统、泵控制系统、各类传感器、电磁阀等。 液压挖掘机一般由工作装置、回转装置和行走装置三大部分组成。根据其构造和用途可以区分为：履带式、轮胎式、步履式、全液压、半液压、全回转、非全回转、通用型、专用型、铰接式、伸缩臂式等多种类型。 工作装置是直接完成挖掘任务的装置。它由动臂、斗杆、铲斗等三部分铰接而成。动臂起落、斗杆伸缩和铲斗转动都用往复式双作用液压缸控制。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等多种作业机具。 回转与行走装置是液压挖掘机的机体，转台上部设有动力装置和传动系统。发动机是液压挖掘机的动力源，大多采用柴油要在方便的场地，也可改用电动机。

液压传动系统通过液压泵将发动机的动力传递给液压马达、液压缸等执行元件，推动工作装置动作，从而完成各种作业。 挖掘机液压系统是怎么工作的? 挖掘机有三个部分的液压缸分别是动臂，斗杆，铲斗。有三个液压马达，左右行走和一个回转。这些都由换向阀控制供油。油液从液压泵出来经换向阀分配到以上各执行元件。挖掘机的换向阀大多是液控的就是用一股压力较小的油推动换向阀的阀芯。一般中型挖掘机用的是三联泵，两个大泵提供工作所需要的压力。一个小齿轮泵给控制油路供油。控制油通过手柄下边的控制阀调节主油路换向阀阀芯的位置从而实现动臂斗杆和铲斗油缸的伸缩。以及液压马达的转与停以及转动方向。主油路设溢流阀，压力超过限定值就会打开，油液直接回油箱。所以系统压力始终保持在一定范围内。同样道理在各油缸的支路也设溢流阀，实现二次调定压力。不光是挖掘机，任何液压系统工作原理都是油箱中油液-泵-控制元件-执行元件-油箱。 液控比例阀换向阀的作用和液控比例阀换向阀串联的先导阀是什么作用 传统换向阀的进出油口控制通过一根阀芯来进行，两油口听开口对应关系早在阀芯设计加工时已确定，在使用过程中不可能修改，从而使得通过两油口的流量或压力不能进行独立控制，互不影响。

挖掘机力士乐液压系统分析

挖掘机力士乐液压系统分析 [主要内容] 介绍了力士乐闭中心负载敏感压力补偿挖掘机液压系统组成及其工作原理、特性。重点分析了多路阀 液压系统、液压泵控制系统、各主要液压作用元件液压回路及多路阀先导操纵系统等。 目前液压挖掘机有两种油路:开中心直通回油六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统,我国国产液压挖掘机大多采用“开中心”系统,而国外著名的挖掘机厂家基本上都采用“闭中心”系统。闭中心具有明显的优点,但价格较贵。国内厂家对开中心系统比较熟悉,而对闭中心系统不太了解,因此有必要来介绍一下闭中心系统,本文重点分析力士乐闭中心负载敏感压力补偿(LUDV)挖掘机油路。 LUDV意为与负载无关的分配阀。 LUDV系统 力士乐挖掘机液压系统可以看作由以下4部分组成: ①多路阀液压系统(主油路); ②液压泵控制液压系统(包括与发动机综合控制); ③各液压作用元件液压子系统,包括动臂、斗杆、铲斗、回转和行走液压系统,还包括附属装置液压系统; ④多路阀操纵和控制液压系统。

1多路阀液压系统 多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路,它确定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式,决定了液压挖掘机的工作特性。力士乐采用的闭中位负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理见图1(因换向阀不影响原理分析,故未画出)。 图1挖掘机力士乐主油路简图 挖掘机力士乐主油路由工装油路和回转油路二个负载敏感压力补偿系统组成。 1.1工装油路 工作装置和行走油路(除回转外)简称工装油路,用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿(LUDV)系统,具有抗饱和功能。在每个操纵阀阀杆节流口后,设压力补偿阀,然后通过方向阀向各液压作用元件供油。LUDV多路阀原理符号见图2。

PLC在挖掘机电气控制系统中的应用

图1PLC 接线图 1引言 挖掘机是一种广泛使用的大型工程机械，工作时，先启动蜂鸣器，让工作人员离开生产现场；再起动冷却泵电机，对液压电机和钻头电机进行冷却；待冷却泵稳定工作后，起动液压泵电机，再起动钻头电机开始工作.停机顺序与起动顺序正好相反.以前大部分挖掘机采用传统的继电器2接触器控制系统.这种系统的主要缺点是接线复杂、 维修困难，控制触点易烧坏，以及可靠性和抗干扰性较差.可编程逻辑控制器（PLC ）作为新一代的工业控制装置，由于其具有体积小、 安装方便、编程简单、易于使用和修改等特点而获得广泛应用.用PLC 改造挖掘机电气控制系统，取得较理想的效果.2基于PLC 的挖掘机电气控制系统设计 2.1 主电路设计与控制要求 钻头电机功率较大，采用Y-△起动方式由KM 4、 KM 5、KM 6控制：冷却泵电机和液压泵电机功率较小，直接起动即可，分别由KM 2、KM 3控制.接触器KM O 作急停用：当系统出现紧急情况时，断开KM O ，即断开三台电机的电源，同时接触器KM l 控制蜂鸣器HAl 的鸣叫.FRl ～FR3为热继电器，用于对电机进行过载保护：FR4为采用温度传感器，用于准确测量钻头电机的工作温度，当温度超过设定值时，控制HAl 进行声光报警. 根据工艺要求，PLC 控制系统首先必须保证三台电机按指定的顺序起动和停止：其次，系统必须有自动和手动两种工作方式.正常工作时各电机连续自动运转，系统调试与维修时采用手动工作方式.此外，系统还应设置互锁、短路和过载保护.当液压泵电机和冷却泵电机中有一台过载时，系统必须停止工作：钻头电机过载时，只停止其本身的工作，不影响其他电机的工作.当钻头电机超过设定温度时，必须停止运行.系统还应设有急停开关以及必要的抗干扰措施，以确保挖掘机安全可靠地工作. 2.2PLC 控制系统设计 2.2.1 硬件设计 根据上述控制要求，系统实际输入点数为12点，输出点数为8点：考虑到今后扩展和维护的需要，选用三菱公司FX2N 一32M R 可编程控制器.FX2N 系列PLC 编程软元件一览表见日本三菱公司FX 系列编程手册.PLC 的硬件连接线如图1所示，图中SA 为手动／自动 Vol.25No.10 Oct.2009 第25卷第10期2009年10月赤峰学院学报（自然科学版）Journal of Chifeng University （Natural Science Edition ）PLC 在挖掘机电气控制系统中的应用 李增军 （通辽市技工学校，内蒙古 通辽０２８０２１） 摘要：挖掘机是一种广泛使用的大型工程机械，它主要由电气控制系统、液压系统、冷却系统、钻臂、行走机构、扒杂运输机构等组成．挖掘机主要工作的部件是钻头、冷却系统和液压系统，因此控制它们的电气控制系统便成为了问题的关键．挖掘机的电气控制系统主要控制钻头电机、 冷却泵电机、液压泵电机按事先设定的顺序起停，按设定的时间运转，同时当系统温度超过设定值时产生报警．针对挖掘机的工作特点，提出了一种用ＦＸ２Ｎ系列ＰＬＣ改进其电气控制系统的方法．分析了电气系统的控制要求，给出了系统的硬件、软件设计方法． 关键词：挖掘机；电气控制；硬件设计：系统程序中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1673-260X （2009）10-0122-02 输入设备端口号输出设备端口号手动／自动SA XO 急停控制YO 急停SBl Xl 蜂鸣器控制Y1蜂鸣器控制SB2X2冷却泵电机控制Y2冷却泵启动SB3X3 液压泵电机控制 Y3 冷却泵停止SB4X4钻头电机控制Y4液压泵启动SB5X5钻头电机启动 Y6 液压泵停止SB6X6钻头电机三角运行Y5钻头启动SB7X7闪烁报警 Y7 钻头停止SB8钻头过载FR1 X10X11 122--

最新液压挖掘机中的电控系统

液压挖掘机中的电控系统 液压挖掘机作为一种重要的通用型工程机械，其销售量、保有量、发展速度始终处于整个工程机械行业的前列，其配套也越来越成为一个庞大的产业。电器系统作为液压挖掘机重要的配套产品中的一种，其性能和功能对液压挖掘机有着重大的影响。众所周知，由于电器系统在汽车领域中的重要地位，国内的汽车电器行业非常活跃，但与国外相比无论在产值上还是在技术水平上都有非常大的差距。同样，在工程机械领域，国内电器系统与国外相比也有一定的差距。但由于工程机械行业与汽车行业有很大的不同，汽车行业的技术到现在已经发展得非常成熟，功能结构非常复杂，决定了其电器系统的复杂性；而工程机械由于其功能的特殊性和专一性，与汽车领域大批量生产相比，决定了其电器系统目前只能走小批量、多品种的发展道路。总的来讲，工程机械电器系统毕竟与汽车电器系统有很大的相似之处，尤其是挖掘机、装载机等的电器系统，与汽车一样，都属于行走机械领域，因此尽管挖掘机电器系统有一定的特殊性，但还是可以从发展相对成熟的汽车电器领域借鉴到一些发展经验。本文将主要对挖掘机电器系统的功能、发展方向作出一定的阐述。 一．电器系统在挖掘机工作监测中的应用和发展趋势 电器系统在液压挖掘机中的监测作用都有目共睹，其主要组成部分就是显示仪表和各种传感器。目前，在显示仪表上，有着这样一种趋势，将尽可能多的挖掘机工作参数显示在仪表上，如燃油量、发动机水温、液压油温、机油压力、发动机转速等，显示仪表功能越来越多，越来越复杂。 实际上，挖掘机监测系统功能的不断完善是发展的必然趋势，但监测仪表的设计也是多方面因素综合的结果，包括基本功能的需要，用户心理的研究、维修服务的考虑等多方面因素。 在基本功能需求方面，实际上监测仪表显示最需要的功能是燃油量，另外还有工作时间，这也是在早期的挖掘机显示中最不可缺少的数量上的显示，其他的显示都以报警量的形式给出。限于当时的发展水平和成本考虑，这些报警量的具体值往往并不加以采集。但发展到今天，仪表显示技术得到了很大得发展，从机械式电动仪表发展到段式液晶显示和发光二极管显示，又发展到单色点阵式液晶显示，进而发展到目前流行的彩色液晶显示，加上电子技术和传感器技术的发展，使得过去这些报警量的数据采集和显示变得成本低廉，形成一种将所有工作数据的具体值都显示在仪表上的趋势。 但从工程学角度来讲，显示量的设置与司机的经验、习惯有很大关系。因为与仪表显示最相关的人是司机，他只需要知道与操作挖掘机工作最有关的量就可以了，显然这就是燃油量和工作时间。燃油量显示可以提醒司机何时加油以保证工作的连续性；工作时间的显示则有助于司机把握自己的工作量。对于有经验的司机来讲，发动机水温、燃油温度也是必不可少的，有助于司机调整自己的工作节奏，避免挖掘机长期工作在超负荷状态下，但这些量也可以以报警量的形式提醒司机；但对于没有经验的司机和用户来讲，则所显示的水温和油温有可能产生误解和歧义。 尽管报警量的数值没有必要在在仪表上显示，但并不意味着数值不重要，因为这些具体的数值对于专业维修人员和有经验的司机非常重要，可以用来判断挖掘机的工作状态和目前

挖掘机电气控制系统

挖掘机电气控制系统 本篇将以SY2XXC5挖掘机为例讲述挖掘机的电气系统基本原理、基本构造、操作说明、故障分析。 一、概述 机电一体化是液压挖掘机的主要发展方向，其最终目的是机器人化，实现全自动运转，这是挖掘机技术的又一次飞跃。作为项目机械主导产品的液压挖掘机，在近几十年的研究和发展中，已逐渐完善，其工作装置、主要结构件和液压系统已基本定型。人们对液压挖掘机的研究，逐步向机电液控制系统方向转移。控制方式不断变革，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液压伺服操纵、无线电遥控、电液比例操纵和计算机直接控制。所以，对挖掘机机电一体化的研究，主要是集中在液压挖掘机的控制系统上。 液压挖掘机电气控制系统主要是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件<液压缸、液压马达）的一些温度、压力、速度、开关量的检测并将有关检测数据输入给挖掘机的专用控制器EC-7，EC-7控制器综合各种测量值、设定值和操作信号发出相关控制信息，对发动机、液压泵、液压控制阀和整机进行控制。 <一）电气控制系统具有以下功能： 1：控制功能：负责对发动机、液压泵、液压控制阀和整机的复合控制。 2：检测和保护功能：通过一系列的传感器、油压开关、蜂鸣器、熔断器和触摸屏等对挖机的发动机、液压系统、气压系统和工作状态进行检测和保护。 3：照明功能：主要有司机室厢灯、工作装置作业灯及检修灯。 4：其它功能：主要有刮雨器、喷水器、空调器和收放音机等。 <三）系统组成及原理 SY2XXC5挖掘机电气系统由电源部分、启动部分、照明部分、电气操纵机构、空气调节装置、音响设备、节能控制及故障诊断报警系统等组成。 2.1 电源部分 系统电源为直流24V电压供电、负极搭铁方式；采用2节12V 120AH蓄电池串联作发动机启动电源，由带内置硅整流和电压调节装置的交流发电机充电，以维持蓄电池电量和稳定系统电压；蓄电池输出端装设电源继电器，由钥匙开关控制，以增加电源系统的安全性。 1)蓄电池：采用12V 120AH免维护型蓄电池，2组串联。

挖掘机节能液压控制系统分析与应用解读

挖掘机节能液压控制系统分析与应用? 李艳杰 1,2于安才 2姜继海 2 (1. 沈阳理工大学机械工程学院沈阳 110159; 2. 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨 150001 摘要 :深入分析了现代液压挖掘机中三种主流的节能液压系统——负流量控制、正流量控制和负载敏感系统的基本工作原理, 重点分析了它们在不同系列挖掘机中的应用;介绍了两种新型挖掘机液压系统的基本原理;分析表明三种典型挖掘节能液压系统都具有一定的节能效果,但工作原理各有不同;新型的挖掘机液压系统虽然还在研发阶段,但具有更好的节能效果及应 用前景。 关键词:液压挖掘机负流量控制正流量控制负载敏感系统 中图分类号 TU621 Analyses and Application of Energy-Saving Hydraulic Control System of Excavator LI Yan-jie1,2YU an-cai2JIANG Ji-hai2 (1. School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159; 2. School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 Abstract : Negative flow control, positive flow control and load sensing are the general energy-saving hydraulic systems of modern hydraulic excavator. The basic principles of the three typical hydraulic control systems were analyzed deeply. Their application in different kind of excavators is mainly analyzed. The principles of two new

挖掘机基本构造及工作原理

第一部分：挖掘机 第一章挖掘机的基本构造及工作原理 第一节概述 一、单斗液压挖掘机的总体结构 单斗液压挖掘机的总体结构包括①动力装置、②工作装置、③回转机构、④操纵机构、⑤传动系统、⑥行走机构和⑦辅助设备等，如图所示。

常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和 驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将单斗液压挖掘机概括成 工作装置、上部转台和行走机构等三部分。 工作装置——①动臂、②斗杆、③铲斗、④液 压油缸、⑤连杆、⑥销轴、⑦管路 上部转台——①发动机、② 减震器主泵、③主阀、④驾 驶室、⑤回转机构、⑥回转 支承、⑦回转接头、⑧转台、 ⑨液压油箱、⑩燃油箱、○11 控制油路、○12电器部件、○13 配重 行走机构——①履带架、② 履带、③引导轮、④支重轮、 ⑤托轮、⑥终传动、⑦张紧 装置 挖掘机是通过柴油机把柴油的化学能转化为机械能，由液压柱塞泵把机械能转换成液 压能，通过液压系统把液压能分配到各执行元件（液压油缸、回转马达+减速机、行走马达 +减速机），由各执行元件再把液压能转化为机械能，实现工作装置的运动、回转平台的回 转运动、整机的行走运动。 二、挖掘机动力系统 1、挖掘机动力传输路线如下 １）行走动力传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——中央回转接头——行走马达（液压能转化为机械能）——减速箱——驱动轮——轨链履 带——实现行走 ２）回转运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——回转马达（液压能转化为机械能）——减速箱——回转支承——实现回转 ３）动臂运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——动臂油缸（液压能转化为机械能）——实现动臂运动 ４）斗杆运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——斗杆油缸（液压能转化为机械能）——实现斗杆运动 ５）铲斗运动传输路线：柴油机——联轴节——液压泵（机械能转化为液压能）——分配阀 ——铲斗油缸（液压能转化为机械能）——实现铲斗运动

挖掘机液压系统设计

目录 绪论 --------------------------- 3 1.1 现代液压技术的发展状况------------ 4 1.2 液压传动的研究对象-------------- 4 1.3 液压传动的组成---------------- 4 1.4 液压传动的优缺点----------------- 5 液压传动的主要优点------------- 5 液压传动的主要缺点------------ 5 1.5 液压技术的发展应用-------------- 6 、液压传动在各类机械中的应用- 6 、液压传动技术的发展概况--------- 7 第1章挖掘机的液压系统 ------------------ 8挖掘机的工作循环及对液压系统的要求 ----------------------------------------------------- 8 WY —100 挖掘机液压系统的工作原理------------- 9 第3 章液压系统的设计 ------------------ 12明确设计要求进行工况分析------------------ 12 确定液压系统的主要参数------- 13 液压缸的载荷组成计算-------- 13 液压马达的负载------------- 15 计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排 -------------------------------------- 15 液压缸的设计计算------------ 15 液压马达的设计计算------------- 16 液压泵的确定与所需功率的计算-- 17 液压泵的确定--------------- 17 选择液压泵的规格------------ 18 阀类元件的选择------------------- 18 选择依据------------------ 18 选择阀类元件应注意的问题---- 18

挖掘机液压系统设计

挖掘机液压系统设计 1 液压挖掘机结构与工作原理 液压挖掘机由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力能进行工作，相对机械传动具有许多优点:能无极调速且调速范围大，最大速度和最小速度之比可达1000:1能得到较低的稳定转速；快速作用时，液压元件产生的运动惯性较小，并可作高速反转；传动平稳，结构简单，可吸收冲击和振动；操纵省力灵活，易实现自动化控制；易实现标准化、通用化、系列化。因此液压挖掘机逐步取代机械式挖掘机是必然的趋势。 单斗液压挖掘机是装有一只铲斗并采用液压传动进行挖掘作业的机械。它是目前挖掘机械中重要的机种。单斗液压挖掘机的作业过程是以铲斗(一般装有斗齿)的切削刃切削土壤并将土装入斗内，斗满后提升。回转至卸上位置进行卸土，卸空后铲斗再转回并下降到地面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗液压挖掘机是一种周期作业的自行式上方机械。 1.1 液压挖掘机整机性能 液压挖掘机可分为:动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。液压挖掘机作为一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关。 (1) 动力系统 挖掘机工作的主要特点是环境温度变化大，灰尘污物较多，负荷变化大，经常倾斜工作，维护条件差。因此液压挖掘机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符号挖掘机工作条件恶劣，负荷多变的要求。挖掘机的额定负荷与汽车。拖拉机不同，汽车和拖拉机指在最高转速下、连同机油泵、发电机等必要附件，分钟内的最大功率;挖掘机是指在额定转速下一小时以上的额定功率。挖掘机采用车用柴油机时，最大功率指数降低。 (2) 机械系统

挖机液压传动系统介绍解读

挖机液压传动系统介绍 按照挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。其功能是，以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等将液压能转返为机械能，实现挖掘机的各种动作。 基本要求 液压挖掘机的动作复杂，凡要机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而且野外作业，温度和地理位置变化大，因此根据挖掘机的工作特点和环境特点，液压系统应满足如下要求： 1）要保证挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以互相配合实现复合动作。 2）工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高挖掘机的生产率。 3）履带式挖掘机的左、右履带分别驱动，使挖掘机行走方便、转向灵活，并且可就地转向，以提高挖掘机的灵活性。 4）保证挖掘机的一切动作可逆，且无级变速。 5）保证挖掘机工作安全可靠，且各执行元件（液压缸、液压马达等）有良好的过载保护；回转机构和行走装置有可靠的制动和限速；防止动臂因自重而快带下降和整机超速溜坡。 为此，液压系统应做到： 1）有高的传动效率，以充分发挥发动机的动力性和燃料使用经济性。 2）液压系统和液压元件在负载变化大、急剧的振动冲击作用下，具有足够的可靠性。 3）调协轻便耐振的冷却器，减少系统总发热量，使主机持续工作时液压油温不超过80度，或温升不超过45度。 4）由于挖掘机作业现场尘土多，液压油容易被污染，因此液压系统的密封性能要好，液压元件对油液污染的敏感性低，整个液压系统要设置滤油器和防尘装置。 5）采用液压或电液伺服操纵装置，以便挖掘机设置自动控制系统，进而提高挖掘机技术性能和减轻驾驶员的劳动强度。 类型

挖掘机控制系统.

挖掘机控制系统 沈阳航空航天大学 摘要：进入21世纪，我们的社会每一天都在进步，大规模土木工程建设越来越多，而挖掘机，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。本文主要介绍挖掘机的工作原理，用PLC编程实现下位机控制，分别用手动和自动的设计来模拟实现挖掘机的工作状态，使挖掘机能够完成预先设计好的动作。通过PLC程序编写，I/O分配表和对硬件电路的连接，最后利用组态王6.53对挖掘机控制系统进行模拟调试，采用组态软件建立人机监控界面，从而提高工作效率，节约成本，把人从枯燥的工作中解放出来。 关键词：挖掘机；PLC；组态王；手动；自动 1绪论 1.1挖掘机的发展及应用 挖掘机作为施工机械中的中流砥柱多年来为施工单位所依赖，挖掘机马力强劲，功能有着较强的不可替代性。尤其是在科学技术突飞猛进的今天，人们对挖掘机的要求越来越高，不仅对其动力系统的要求在提高，在操作的舒适度、能耗和尾气排放上都比原来要求更高了。还好有一直在进步的科技基础作为支撑，使人们对挖掘机的改造和创新进入了一个新的时代。在世界资源严重匮乏、石油天然气价格猛增的今天，对机械设备的动力来源改造越来越多地被提上课题，人们在努力寻找一种可再生的新型能源替代石油天然气等不可再生而且会造成环境污染的能源，于是我们看到了大街上的出租车公交车的动力都由传统的石油燃料转变为电力和其它可再生能源，这样不仅大大提高了能源利用率而且减轻了环境的负担。挖掘机也不例外，国内已经有很多公司注意到了电动挖掘机的商机，开始努力研究并且批量生产以电力为动力来源的挖掘机，在这篇论文中，我们也将对电动挖掘机进行深入的研究和探索。 1.2 挖掘机的现状

挖掘机液压系统的设计说明

目录 1 前言 (1) 1.1 挖掘机间介 (1) 1.2 国外研究现状及发展动态 (2) 1.3 本设计的研究容 (5) 2 液压挖掘机结构与工作原理 (7) 2.1 液压挖掘机整机性能 (7) 2.2 液压挖掘机结构 (8) 2.3 液压挖掘机传动原理 (10) 3 液压挖掘机工况分析及液压系统设计方案的确定 (12) 3.1 液压挖掘机的工况 (12) 3.2 挖掘机液压系统的设计要求 (17) 3.3 挖掘机液压系统的分析 (19) 3.4 液压系统方案拟订 (20) 4 液压系统的设计 (21) 4.1 液压系统方案及参数确定 (21) 4.2 执行元件液压缸及系统压力的初选 (22) 4.3 计算工作装置铲斗液压缸的主要尺寸 (23) 4.4 液压系统原理图的制定 (26) 5 液压元件的选择与专用件的设计 (31) 5.1 液压泵的选择和泵的参数的计算 (31) 5.2 柴油发动机的选择 (33) 5.3 液压阀的选择 (33) 5.4 其他液压元件的选择 (36) 5.5 油箱容量的确定 (38) 6 压系统性能验算 (40) 6.1 液压系统压力损失 (40) 6.2 液压系统的发热温升计算 (41) 总结 (46) 参考文献 (47) 致 (49)

容提要 挖掘机作为我国工程机械的主力机种，被广泛应用于各种各样的施工作业中。挖掘机产品的核心技术就是液压系统设计，由于挖掘机的工作条件恶劣，要现的动作复杂，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对推动我国挖掘机发展具有十分重要的意义。 在搜集了国外挖掘机液压系统相关资料的基础上，了解了挖掘机液压系统的发展历史，并对挖掘机液压系统的技术发展动态进行了分析总结。论文对挖掘机的各种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。根据挖掘机液压系统的设计要求，论文中采用通用多路阀，配以专用控制阀和简单的电子控制系统，设计了一套适合我国生产制造的LS恒功率控制单斗挖掘机液压系统。 本次毕业设计课题是WY200型液压挖掘机。课题以企业为依托。小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本人的设计主要致力于分析和设计小型液压挖掘机工作装置的液压系统。本课题选择了国的质量和技术性能都接近设计要求的16~20t挖掘机作为基型，并在此基础上研究了国外的先进机型，设计出我们挖掘机的液压系统方按图，总体装配图以及相应的部件图和零件图。图纸基本采用Auto CAD二维软件绘图。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。平台可360°旋转，性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农林建设等工程。 Summary

液压挖掘机系统设计

液压挖掘机 作者：孔德文等编著 出版社：化学工业出版社 出版时间：2007-1-1 液压挖掘机的液压系统 按照液压挖掘机工作装置和各个机构的传动要求，把各个液压元件用管路有机地连接起来的组合体，称为挖掘机的液压系统。液压挖掘机的基本液压系统是由能使挖掘机完成基本作业动作并以手动控制为主的基本功能回路所构成的液压系统。 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制软件、辅助软件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换称液体的动能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般油齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件或回转运动。控制元件（即各种液压阀）在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可以分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又可分为溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等：流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等：方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括邮箱、滤油器、油管及接头、密封圈、压力表、油位油温计等。液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、软化液和合成型液压油等几类。 液压系统的功能是以油液为工作介质，利用液压泵将发动机的机械能转变为液压能并进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件再将液压能再转变为机械能，实现挖掘机的各种动作。 用特定的简单符号绘出这些元件相互关系的图，称为液压系统图。液压系统图只反映系统中各元件的基本关系，不表示其具体结构形式。 液压系统设计设计得合理与否，对挖掘机的性能起着决定性的作用。同样的元件，若系统设计的不同，则机器的性能差异很大。因此，分析和研究各种液压系统，能清其设计原理是非常必要的。 1液压挖掘机对液压系统的基本要求 液压挖掘机的动作复杂，机构经常启动、制动、换向、负载变化大，冲击和振动频繁，而却野外施工作业，温度变化和地理条件差别大，因此，应根据液压挖掘机的工作特点和环境特点，对其液压系统提出一些有别于其他应用的要求。 1.1 液压挖掘的动作要求 液压挖掘机的液压系统应满足的动作要求如下： ①保证液压挖掘机动臂、斗杆和铲斗可以各自单独动作，也可以相互配合实现复合动作。 ②保证工作装置的动作与回转平台的回转动作既能单独运行，有能作复合动作，以提前液压挖掘机的作叶效率。 ③履带式液压挖掘机左右履带应能分别驱动，使挖掘机行走转弯方便灵活，并

小型液压挖掘机设计(液压系统设计)

关于电动挖掘机生产步骤的 控制策略的研究和能源消费的验证 Jong Il Yoon1, Dinh Quang Truong1, and Kyoung Kwan Ahn1,# #相应的作者/电子邮件：kkahn@ulsan.ac.kr，电话：+ 82-52-259-2282，传真：+ 82-52-259-1680关键词：液压挖掘机，电动挖掘机，电动液压执行器，控制，节能 在燃油价格居高不下的今天，既要满足节能和绿色施工机械排放的要求，又要不牺牲工作性能，安全性和可靠性，特别是对液压挖掘机来说，已显得尤为重要。电液执行机构，已经成功地应用于汽车行业。本文的目的是提出一种新型的电动液压挖掘机，此挖掘机因为使用电液执行机构具有更强的节能能力。每个混合执行器是由一个电动机驱动去回收挖掘机有负载时臂架降低的势能或挖掘机停止回转时的动能。对一个5吨级挖掘机包括常规的臂架系统和混合式臂架系统进行了分析，开发作为实验电动挖掘机及其验证模型来评估所提出电动挖掘机。同时给出了硬件条件。一个关于5吨实验电动挖掘机的控制策略是建立在被操作机械能按照预期的表现的基础上的。最后，通过实验电动挖掘机模拟与实验提出了挖掘机工作效率和能耗的调查报告。 1、简介。 液压系统是许多现代工程机械工作不可缺少的组成部分。运用液压的重型作业机械中，挖掘机经受要承受反复的冲击和大的负载上的变化，如挖掘、低负荷操作、平整。然而，典型的液压挖掘机总是需要高能量，快速提地供给各个单独或者设置在挖掘机远端上的机构。 在常规液压挖掘机中，当液压动力系统承受最大负载时，总是从一个泵供给能量，多余的功率作为热量耗散。即使是在低负载操作时，这种输入功率也很难以减小，因为机构的结合需要流量维持。此外，在臂架降低、以及挖掘机的回转停止时，势能也作为热量耗散。而且，为了提升动臂，从泵加压的液压流体需要额外针对动臂重力提供位置上的能量。 相反，当动臂被驱动到一个较低的位置时，作用在动臂的重力使其降低。随后，它促使液压油流出机构流向管道低压的一端，此时驻留在较高位置动臂的势能就会丢失。同时，燃料成本的迅速增加，大气污染、全球变暖已经成为严重的问题。因此，减少能源消耗和污染排放成为迫在眉睫的要求。混合动力电动液压挖掘机是可行的解决方案。许多设计并应用在混合动力电动汽车上的混合动力系统的控制器的研究已经完成。在工程机械领域，厂商也开发了各种机器的基本混合概念，如串联，并联或复合类型的混合机械。然而，提出的混合式施工机械在与相应的传统的机器相比时表现已经没有太大的忧虑。 为了克服传统挖掘机的缺点，以及满足挖掘机设计的电流需求，本文提出了一个名为电动挖掘机的施工机械。这种挖掘机采用了消耗能量比传统的液压阀控制执行器更少的电动液压执行器。此外，在机器操作中产生的势能和动能也可以根据需要被储存和再返回到系统中。通过对一台5吨的带有改进的混合臂架系统的挖掘机进行实验，实施验证所提出电动挖掘机性能。基于实验电动挖掘机结构

挖掘机液压系统设计

目录 绪论----------------------------------------3 1.1现代液压技术的发展状况---------------4 1.2液压传动的研究对象-------------------4 1.3液压传动的组成-----------------------4 1.4液压传动的优缺点---------------------5 1.3.1液压传动的主要优点------------------5 1.3.2 液压传动的主要缺点------------------5 1.5液压技术的发展应用-------------------6 1.4.1、液压传动在各类机械中的应用---------6 1.4.2、液压传动技术的发展概况-------------7 第1章挖掘机的液压系统----------------------8 2.1挖掘机的工作循环及对液压系统的要求-----8 2.2 WY—100挖掘机液压系统的工作原理-------9 第3章液压系统的设计-----------------------12 3.1明确设计要求进行工况分析---------------12 3.2确定液压系统的主要参数-----------------13 3.2.1液压缸的载荷组成计算-----------------13 3.2.2液压马达的负载-----------------------15 3.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排 ---------------------------------------15 3.3.1液压缸的设计计算---------------------15 3.3.2液压马达的设计计算-------------------16 3.4液压泵的确定与所需功率的计算-----------17 3.4.1液压泵的确定-------------------------17 3.4.2 选择液压泵的规格--------------------18 3.5阀类元件的选择-------------------------18 3.5.1.选择依据----------------------------18

液压挖掘机控制系统介绍

液压挖掘机控制系统介绍 目前，机电液一体是液压挖掘机的主要发展方向盘，其目的是实现液压挖掘机的全自动化，即人们对液压挖掘机的研究，逐步向机电液控制系统方向转移，使挖掘机由传统的杠杆操纵逐步发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液压伺服操纵、无线电操纵、电液比例操纵和计算机直接操纵。所以，对挖掘机的机电液一体化的研究，主要集中在液压挖掘机的控制系统上。 液压挖掘机控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件（液压缸、液压马达）等所构成的动力系统进行控制的系统。按控制功能，可分为位置控制系统、速度控制系统和力（或压力）控制系统；按控制元件，可分为发动机控制系统、液压泵控制系统、多路换向阀控制系统、执行元件控制系统和整机控制系统。 目前，液压挖掘机控制系统已发展到复合控制系统。 发动机的控制系统 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。 目前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。 液压元件控制系统 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

SWE50型机电一体化液压挖掘机-液压系统(动臂部分)设计

SWE50型机电一体化液压挖掘机 液压系统(动臂部分)设计 摘要：本人的设计主要致力于分析和设计小型液压挖掘机的液压系统，本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，论文对挖掘机的各种工况进行了分析，系统总结了挖掘机液压系统的设计要求。课题以企业为依托。小型挖掘机由多个系统组成，包括液压系统，传动系统，操纵系统，工作装置，底架，转台，油箱，发动机安装等。本液压挖掘机的优点是采用伺服先导操纵系统，造型美观，具备挖掘，抓物，钻孔，推土，清沟和破碎等功能。性能可靠，操作舒适，可广泛应用于建筑，市政，供水，供气，供电农林建设等工程。本课题选择了国内的质量和技术性能都接近设计要求的5t挖掘机作为基型，并在此基础上研究了国外的先进机型，设计出挖掘机的液 压系统方案图，总体装配图以及相应的部件图和零件图,并对动臂机构部分进行了设计，设计了动臂机构原理图，动臂机构液压缸。图纸基本采用Auto CAD二维软件绘图。 关键词：挖掘机；液压系统；液压泵；液压阀

Desing of the SWE50Type of the Hydraulic System(the Part of Movable Arm)of Hydraulic Excavator With Electromechanical I ntegratiom Abstractt：My design is mainly dedicated to the analysis and design of small hydraulic excavator hydraulic system.This hydraulic excavator has the advantage of the servo pilot control system,handsome in appearance,the paper excavator various conditions were analyzed,the syst em summari zes the mining hydraulic system design requirements.Subjects rely on the enterprise.Excavator by a number of system components,including hydraul ic systems,transmission systems,control systems,equipment,chassis, turntable,fuel tanks,engine installation.The advantages of hydraulic excavators is the use of servo pilot control system,handsome in appearance,with mining,grasping objects,drilling,earth moving,cl ear communication and breaking other functions.Reliable,comfortable operation and can be widely used in construction,municipal,water,gas,electricity and construction agriculture and forestry projects.The topi cs chosen for the national quality and technical performance are close to the design requirements of the5t excavator as the base type,and on this basis,the advanced study of foreign models,design of hydraulic excavator system plan diagram,assembly drawing and the corresponding overall parts diagrams and parts diagram,and the boom part of the design age ncies,design agency Schematic boom,boom cylinder body.The basic two-dimensional drawings using Auto CAD drawing software. Keywordss:excavator；hydraulic pumps；hydraulic valves；hydraulic system

挖掘机电气系统的组成和原理

项目三：挖掘机电气系统的组成及原理 知识目标： 1.了解挖掘机电气系统的组成和原理； 2.了解保险、继电器元器件的功用及测量方法。 技能目标： 1.掌握保险的检测方法； 2.掌握继电器的检测方法。 素养目标： 1.能够与小组其他成员进行有效的沟通与合作。 一、概述 机电一体化是液压挖掘机的主要发展方向，其最终目的是机器人化，实现全自动运转，这是挖掘机技术的又一次飞跃。作为工程机械主导产品的液压挖掘机，在近几十年的研究和发展中，已逐渐完善，其工作装置、主要结构件和液压系统已基本定型。人们对液压挖掘机的研究，逐步向机电液控制系统方向转移。控制方式不断变革，使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液压伺服操纵、无线电遥控、电液比例操纵和计算机直接控制。所以，对挖掘机机电一体化的研究，主要是集中在液压挖掘机的控制系统上。 液压挖掘机电气控制系统主要是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件（液压缸、液压马达）的一些温度、压力、速度、开关量的检测并将有关检测数据输入给挖掘机的专用控制器EC-7，EC-7控制器综合各种测量值、设定值和操作信号发出相关控制信息，对发动机、液压泵、液压控制阀和整机进行控制。 电气控制系统具有以下功能： 1、控制功能：负责对发动机、液压泵、液压控制阀和整机的复合控制。 2、检测和保护功能：通过一系列的传感器、油压开关、蜂鸣器、熔断器和触摸屏等对挖机的发动机、液压系统、气压系统和工作状态进行检测和保护。 3、照明功能：主要有司机室厢灯、工作装置作业灯及检修灯。 4、其它功能：主要有刮雨器、喷水器、空调器和收放音机等。

二、系统组成及原理 挖掘机电气系统由电源部分、启动部分、照明部分、电气操纵机构、空气调节装置、音响设备、节能控制及故障诊断报警系统等组成。 1、电源部分 系统电源为直流24V电压供电、负极搭铁方式；采用2节12V 120AH蓄电池串联作发动机启动电源，由带内置硅整流和电压调节装置的交流发电机充电，以维持蓄电池电量和稳定系统电压；蓄电池输出端装设电源继电器，由钥匙开关控制，以增加电源系统的安全性。 蓄电池：采用12V 120AH免维护型蓄电池，2组串联。 发电机：27V 35A交流发电机，由发动机自带，内置硅整流电路及电压调节器，带有频率输出。D+为中性点电压输出端子，B+为电源输出端子，E为接地端子。D+端子接充电报警灯，在启动初状态，当发电机电压尚未建立时D+端电压为0V，充电报警灯亮，蓄电池正电源通过报警灯灯丝流向D+端作为发电机的励磁电流，使发电机迅速建立起电压并进入发电工作状态。发电机进入发电状态后，D+端电压达24V，充电报警灯熄灭。 3) 电源继电器：装于电瓶的正极控制总电源，由钥匙开关控制，以增加电源系统的安全性。 接通：把钥匙开关打到“接通”位置以启动电路系统，此时电源继电器接通，系统得电。在启动发动机之时，钥匙开关必须是接通的。 断开：把钥匙开关打到“断开”位置，电源继电器断电，以切断电路系统。 注意： 维修电路系统和机器的其它部件时，请把钥匙开关打到“断开”位置或拔掉钥匙开关以切断蓄电池电路。 2、启动部分 2.1启动设备 启动电机：24V 4KW 起动电机三个接线柱的作用和连接如下： 50接线柱接启动开关。