专利名称：一种液压挖掘机回转力矩限制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及挖掘机械领域，具体是一种液压挖掘机回转力矩限制装置。
背景技术：
如图I所示，液压挖掘机主要由下车部分I、回转装置2、上部转台3及工作装置组成。工作装置主要包括动臂油缸4、动臂5、斗杆油缸6、斗杆7、铲斗油缸8、铲斗9及摇臂连杆机构。液压挖掘机回转装置采用液压驱动技术，由发动机带动液压泵提供液压动力，驱动液压马达通过减速机构驱动挖掘机上部转台3旋转。上部转台3与工作装置联接，带动工作装置旋转。挖掘时，斗杆油缸6和铲斗油缸7驱动斗杆7和铲斗8运动进行挖掘，动臂油缸4驱动动臂5进行辅助挖掘，回转装置处于液压制动状态，保证工作装置在确定的位置进行有效的挖掘作业。如图2所示，液压挖掘机的回转液压系统，主要包括液压马达I、主控换向阀5、先导操纵阀6、过载补油阀组，其中过载补油阀组由单向阀2和过载阀3组成，先导操纵阀6由2个先导阀和操纵手柄构成。工作时，搬动先导阀的操纵手柄打开先导阀，驱动主控换向阀5移位到左位或右位使液压油进入并驱动液压马达I旋转，通过减速机构7，驱动上部转台绕回转齿圈8左转或右转。例如主控换向阀5移位至左位时，由液压泵(图中未标示)来的油通过管路P经主控换向阀5进入右侧的油路，驱动马达I旋转，排出的油经左侧油路经主控换向阀5回到油箱。油的工作压力为液压系统安全阀设定压力和回转系统过载阀3调定压力两者中的较小值，驱动力矩为Mq = Μ· (nl · η2 · η 3)，式中Μ为理论回转驱动力矩，η I为液压马达的效率，η 2为液压系统效率，η 3为减速机构的效率。制动时，先导阀手柄回到中位，主控换向阀5回到中位，液压马达I在惯性力驱动下变成泵，泵出的油打开左侧过载阀3回油到油箱4，右侧单向阀2打开补油进入马达1，此时的压力为过载阀3的调定压力，由于效率值的作用，制动力矩远大于启动力矩,液压制动力矩为Mz = M/(nl · n2 · n3);启动力矩与制动力矩的比值C = Mq/Mz = (η · η2 · η3)2。一般轴向柱塞马达的总效率 Π I = 0.8 O. 9，假定取 η = 0.9; η2 = 0.95; η3 = 0.95 JlJC =0.63。一般制动力矩Mz比启动力矩Mq大60%左右。图2所示回转液压系统中的Mz是由Mq决定的，两者成一定比例关系。Mq是根据回转性能要求设计的，按照保证足够的回转速度、加速度和最小的回转时间来设计Mq,而Mz虽然也影响回转时间,但实际上为了防止制动时较大制动力会引起震动，常采用节流缓冲的方法干预制动加速度来减缓冲击，因此Mz主要是一个被确定量，不是人为追求的理想值。如图3所示，为挖掘作业时铲斗的载荷状况。当斗杆或铲斗挖掘作业时，主控换向阀5在中位封住油路，马达I被液压制动，此时上部转台处于静态制动状态，最大的静态制动力矩为Μζ。挖掘时，铲斗常会出现偏载的情况，若铲斗一侧的斗刃碰到障碍物时，铲斗会同时受到切向阻力W和横向阻力WK。WK受过载阀3的限制，如果挖掘时产生的横向力WK过大，过载阀3会被迫打开溢流起到保护作用。横向力的最大值WK = Mz/R，式中R为铲斗斗齿到回转中心的距离(参见图I)。[0005]挖掘机的工作装置，主要是动臂和斗杆，常常因WK值太大而导致结构损坏，很多挖掘机结构破坏的案例分析表明，动臂或斗杆因为扭矩太大而导致强度不足，而结构件的扭矩负荷主要是由于WK引起的。挖掘机工作装置的设计要求重量轻，运动敏捷，有利于生产效率提高。而过大的WK必然导致结构设计上加大加厚，使结构笨重。WK与Mz大小有关，因此过大的Mz对结构强度会产生极为不利的影响。
发明内容为了克服现有技术的缺点和不足，本实用新型提供一种液压挖掘机回转力矩限制装置，附加安装在现有的回转液压系统上，在保持原有的回转启动性能不变的同时，使回转制动力矩Mz降至合理水平，当挖掘作业时，有效降低作业时的横向载荷WK，保护工作装置结构免遭破坏。
本实用新型技术方案如下一种液压挖掘机回转力矩限制装置，包括挖掘机回转液压系统，该回转液压系统包括主控换向阀、过载补油阀组、液压马达、先导操纵阀，所述过载补油阀组由2个单向阀和2个过载阀构成，所述先导操纵阀包括了 2个先导阀；该2个单向阀的进口与2个过载阀的出口共同连接在一起，并再与油箱连接，该2个单向阀的出油口分别连接液压马达的进出主油路；2个过载阀的进油口分别与液压马达的进出主油路连接，所述主控换向阀的P油口接油泵、O油口接油箱、A油口和B油口分别连接液压马达的进出主油路，所述主控换向阀的两侧液控口分别连接2个先导阀的供油口 ；回转力矩限制装置还包括第二单向阀组、I个二位四通液控换向阀、I个过载溢流阀、I个梭阀；所述第二单向阀组由2个单向阀构成，该2个单向阀的出口相互连接，另外2个进口分别连接二位四通液控换向阀的A油口、B油口；所述过载溢流阀的进口连接第二单向阀组2个单向阀的出口油路、出口连接油箱；所述梭阀的两个进油口分别并联到主控换向阀两侧液控口到先导阀之间的油路上，梭阀的出油口连接到二位四通液控换向阀的液控口上；所述二位四通液控换向阀的P油口、O油口分别与液压马达的进出油路连接。当先导阀关闭时，二位四通液控换向阀的P油口与A油口相通，B油口与O油口相通；当先导阀打开时，二位四通液控换向阀的P油口、O油口、A油口、B油口全部封闭。所述二位四通液控换向阀、过载溢流阀、梭阀、第二单向阀组可以集成为一体。与现有技术相比本实用新型的有益效果在于(I)本液压挖掘机回转力矩限制装置，结构简单紧凑，由于挖掘过载时的铲斗横向运动速度很低，因而可以采用小规格阀和管路，制造成本低。(2)本液压挖掘机回转力矩限制装置，回转启动时的回转力矩与现有系统相同，制动时由于先导阀在中阀位，所以过载溢流阀起作用，使得制动力矩近似等于启动力矩，提高了挖掘机回转性能，同时也减少了制动冲击，操作者在实施挖掘工作时，更加舒适、安全，工作效率得到提高。(3)增加有本液压挖掘机回转力矩限制装置的挖掘机，挖掘作业时的WK减小35%左右，动臂斗杆的最大应力降低20%左右。
图I为现有挖掘机的构造及挖掘作业示意图。图2为现有挖掘机回转液压系统示意图。图3为现有挖掘机铲斗偏载时的受力示意图。图4为本实用新型液压挖掘机回转力矩限制装置的结构示意图。图5为本实用新型液压挖掘机回转力矩限制装置集成一体后与现有技术结合的应用实例示意图。
具体实施方式下面对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。如图4所示，本实用新型液压挖掘机回转力矩限制装置，包括挖掘机回转液压系统，该回转液压系统包括主控换向阀5、过载补油阀组、液压马达I、先导操纵阀6。所述过载补油阀组由2个单向阀2和2个过载阀3构成，所述先导操纵阀6包括了 2个先导阀，该2个单向阀2的进口与2个过载阀3的出口共同连接在一起并再与油箱4连接，该2个单向阀2的出油口分别连接液压马达I的进出主油路。2个过载阀3的进油口分别与液压马达I的进出主油路连接，所述主控换向阀5的P油口接油泵(图中未示出)、O油口接油箱4、A油口和B油口分别连接液压马达I的进出主油路，所述主控换向阀5的两侧液控口分别连接2个先导阀的供油口 ；本力矩限制装置还包括一个二位四通液控换向阀8、一个过载溢流阀9、一个梭阀7、第二单向阀组10 ;所述梭阀7的两个进油口分别并联到主控换向阀5两侧液控口到先导阀6之间的油路上，梭阀7的出油口连接到二位四通液控换向阀8的液控口上；所述第二单向阀组10由2个单向阀构成，该2个单向阀的出口相互连接，另外2个进口分别连接二位四通液控换向阀8的A油口、B油口 ；所述过载溢流阀9的进口连接第二单向阀组2个单向阀的出口油路、出口连接油箱；二位四通液控换向阀8的P油口、O油口分别与液压马达I的进出油路连接。当先导阀6处于关闭时，二位四通液控换向阀8的P油口与A油口相通，B油口与O油口相通；当先导阀6处于打开时，二位四通液控换向阀8的P油口、O油口、A油口、B油口全部封闭。如图5所示，本液压挖掘机回转力矩限制装置的二位四通液控换向阀8、过载溢流阀9、梭阀7、两个单向阀10可以集成为一体，集成后其上的各个油口分别与现有回转液压系统用管路连接即可。如图4、图5所示。挖掘机回转操纵时，通过操纵杆操纵先导阀6，使先导油流打开回转主控换向阀5的同时也推动二位四通液控换向阀8进入全封闭阀位(即二位四通液控换向阀8的P油口、O油口、A油口、B油口全部封闭)，此时挖掘机的回转启动力矩与现有系统相同。回转制动时，先导阀6的操纵杆回到中位，回转主控换向阀5回到中阀位，同时二位四通液控换向阀8也回位，二位四通液控换向阀8的P油口与A油口相通、B油口、O油口相通，液压马达I在回转惯性力作用下变成泵，泵出的油经过载溢流阀9流回油箱4，由于过载溢流阀9的设定压力小于过载阀3，所以制动力矩Mz小于原系统由过载阀3决定的制动力矩。挖掘作业时，先导阀6处于关闭状态，二位四通液控换向阀8的P油口与A油口相通、B油口与O油口相通，铲斗遇到载荷WK时，液压马达I被驱动转换为泵，泵出压力由过载溢流阀9限定，所以Mz小于原系统由过载阀3决定的制动力矩，起到限载作用。过载溢流阀9的压力设置是使启动力矩Mq等于制动力矩Mz，一般情况下，过载溢流阀9的设定压力为过载阀3的60 65%左右。动臂和斗杆的应力降低20%。如上所述便可较好地实现本专利。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其它任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围 之内。
权利要求1.一种液压挖掘机回转力矩限制装置，包括挖掘机回转液压系统，该回转液压系统包括主控换向阀、过载补油阀组、液压马达、先导操纵阀，所述过载补油阀组由2个单向阀和2个过载阀构成，所述先导操纵阀包括了 2个先导阀；该2个单向阀的进口与2个过载阀的出口共同连接在一起，并再与油箱连接，该2个单向阀的出油口分别连接液压马达的进出主油路；2个过载阀的进油口分别与液压马达的进出主油路连接，所述主控换向阀的P油口接油泵、O油口接油箱、A油口和B油口分别连接液压马达的进出主油路，所述主控换向阀的两侧液控口分别连接2个先导阀的供油口 ；其特征在于 回转力矩限制装置还包括第二单向阀组、I个二位四通液控换向阀、I个过载溢流阀、I个梭阀； 所述第二单向阀组由2个单向阀构成，该2个单向阀的出口相互连接，另外2个进口分别连接二位四通液控换向阀的A油口、B油口 ；所述过载溢流阀的进口连接第二单向阀组2个单向阀的出口油路、出口连接油箱； 所述梭阀的两个进油口分别并联到主控换向阀两侧液控口到先导阀之间的油路上，梭阀的出油口连接到二位四通液控换向阀的液控口上； 所述二位四通液控换向阀的P油口、O油口分别与液压马达的进出油路连接。
2.根据权利要求I所述的液压挖掘机回转力矩限制装置，其特征在于，当先导阀关闭时，二位四通液控换向阀的P油口与A油口相通，B油口与O油口相通；当先导阀打开时，二位四通液控换向阀的P油口、O油口、A油口、B油口全部封闭。
3.根据权利要求I所述的液压挖掘机回转力矩限制装置，其特征在于所述二位四通液控换向阀、过载溢流阀、梭阀、第二单向阀组可以集成为一体。
专利摘要本实用新型公开了一种液压挖掘机回转力矩限制装置，其具有一个二位四通液控换向阀、一个过载溢流阀、一个梭阀、两个单向阀，所述梭阀的两个进油口分别连接到回转液压系统的先导操纵阀的2个输出口上，梭阀的出油口连接到二位四通液控换向阀的液控口上；两个单向阀的出口与过载溢流阀的进口相互连接；二位四通液控换向阀的P油口、O油口与液压马达的进出油路连接，二位四通液控换向阀的A油口、B油口分别连接两个单向阀的进口端油路；过载溢流阀的出口端连接油箱。过载溢流阀的压力根据限制制动力矩要求设定，本实用新型技术手段简便易行，可实现回转操作时启动力矩与制动力矩相等，挖掘作业时降低回转制动压力，减小横向作业载荷。
文档编号E02F9/22GK202577438SQ20122016989
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者迟永滨, 冯豪 申请人:华南理工大学