挖掘機液壓控制系統實驗實訓設備的開發與研究

徐凱　蘇茜

【摘 要】為了滿足挖掘機液壓控制原理與維修教學的需要，研究開發出適合高職高專院校教學的綜合實驗實訓設備，該設備將理論教學與工程實踐緊密結合，系統地反映了挖掘機液壓控制系統的結構原理和知識要點，適用于多種教學方法與教學模式，為培養高技能人才提供良好條件。

【關鍵詞】挖掘機 實驗設備 液壓控制系統 拆裝維修

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）07C-0183-02

一、維修現狀及設備研制的必要性

挖掘機行業經過爆發式增長，進入翻新維修時代，現從業人員多為直接入行或轉崗人員，未經過專業的培訓，對故障問題進行簡單的零件更換，不能準確地判斷和解決問題，給維修行業的發展帶來了很大阻礙。因此，急需高技能的維修服務人才提高整個行業素質。

挖掘機設備昂貴，真機拆裝維修需要投入大量的資金。現有模擬教學設備極其匱乏，而且該設備僅將普通的液壓元件組裝起來，進行簡單操作動作上的模擬，沒有從結構和工作原理上去設計，這類實驗設備并不適合專業教學。為此，急需開發出一套適用于挖掘機維修教學的實驗設備，改善現有的教學條件，提高維修行業從業人員的整體技能水平。

二、實驗設備的開發與研究

（一）實驗設備開發的基本思路

挖掘機液壓控制系統是工程機械運用與維修專業的一門主干專業課程，學生在此之前已經學習了液壓與氣動技術課程的相關知識，對液壓基礎有一定了解。

本實驗設備的開發更強調挖掘機專用部件的結構原理，液壓系統工作的整體性和系統性，以及對液壓系統故障的綜合診斷及維修。學生通過使用本實驗設備學習該課程后，能夠看懂挖掘整機液壓原理圖，能夠掌握各專用部件的拆裝和維修方法，能夠根據現象快速準確地分析故障，并進行檢測維修。

綜合考慮教學場所對噪聲、空氣污染的要求，以及場地的適應性，本實驗設備利用電動機代替柴油發動機實現挖掘機的各功能。

（二）實驗設備的基本組成

本實驗設備采用現實工程液壓部件組成，包括了挖掘機的主要液壓和執行部件，詳見表1。

表1 挖掘機實驗設備部件一覽表

根據挖掘機的工作原理，本實驗設備設計的總體框如圖1所示。

圖1 挖掘機實驗設備總體框圖

（三）實驗設備的基本功能

合上總電源開關，通過電動機轉速調節器控制電動機的轉速。將轉速調至800rpm左右，模擬發動機啟動，調整電動機轉速，可以模擬挖掘機在輕載、標準和重載等模式下工作過程。操作手柄，可實現挖掘機的各動作，各動作定義見表2。

本實驗設備除可以模擬動作之外，還可以進行挖掘機的工作原理分析和拆裝實訓等近20個項目的教學，例如：雙聯柱塞泵的工作原理分析、內部結構拆裝、輸出壓力的調整與檢測，主控閥的工作原理分析、內部結構拆裝、溢流壓力的檢測與調整，以及行走馬達、先導手柄、液壓缸等液壓部件的檢測與維修。

三、實驗設備的具體功能

（一）變量柱塞泵工作原理分析教學

K3V112DT型柱塞泵為雙聯柱塞泵，其單泵結構分為泵體和調節器兩部分，原理圖如圖2所示。柱塞泵由斜盤、伺服活塞、滑靴、柱塞、缸體、配油盤等主要零件組成。當傳動軸按圖示方向旋轉時，柱塞沿斜盤面自上而下回轉，逐漸向缸體外伸出，缸體內空腔增大，液壓油經配油盤上的配油口進入，完成吸油過程；同理，柱塞沿斜盤自下而上旋轉時，逐漸向缸體內推入，缸體內空腔減小，液壓油從配油盤出油口排出，完成出油過程。缸體每轉一轉，每個柱塞往復運動一次。改變斜盤角度即可改變泵的排量。斜盤角度的改變是通過調節器控制伺服活塞移動實現的。

圖2 雙聯柱塞泵原理圖

調節器內部結構較為復雜，現通過液壓原理圖說明其工作過程。此泵采用負流量控制方式，Pi1（Pi2）負反饋信號來自于主控閥中位油路末端的節流閥之前的壓力點。手柄未進行操作時，前泵液壓油P1經主控閥中位油路流回油箱，此時Pi1壓力最大，推動滑閥1向右移動。液壓油P1同時進入伺服活塞1大、小油腔，由于活塞左右端面積不同，伺服活塞向右移動至末端，斜盤擺角減至最小，此時流量最小。操作手柄，主控閥動作，中位油路逐漸被切斷，Pi1減小，滑閥1向左移動，伺服活塞大端油腔接通油箱，在小端油腔的作用下向左移動，斜盤擺角增大，流量增加。

滑閥1的移動還受針閥1的控制。前泵液壓油P1和后泵液壓油P2的共同作用在針閥1上，隨著操作手柄幅度的加大，系統壓力增加，當P1和P2的合力大于彈簧力時，滑閥1開始向右移動，伺服活塞1向右移動，流量減小，保證此時壓力、流量和轉速的乘積不超過發動機的功率，又稱恒功率控制。

（二）柱塞泵構造及拆裝維修教學

拆卸方法如下：將柱塞泵置于干凈的操作臺上，用清洗油等去除泵表面的污物。取下泵殼上的油栓蓋，將泵中的液壓油排出。卸下六角螺栓取下調節器，松開固定在斜盤支撐板、泵殼、閥體上的六角螺栓。將泵與調節器的安裝面向下，水平放在操作臺上，將前泵殼體、閥體、后泵殼體分離。拆卸前泵，從泵殼內取出缸體，同時取出活塞、壓板、球面襯套、油缸彈簧。拆下內六角螺栓，取下前泵密封蓋。輕輕地敲擊靠泵一側的斜盤支撐板的發蘭盤，使泵殼與支撐板分離。從泵殼中取出活塞瓦、斜盤。

用橡膠錘輕輕地敲擊花鍵軸的端面，從斜盤支撐板內拔出花鍵軸。從閥體內取出配油盤，并注意前后泵配油盤的區別。還可根據需要，從泵體中取出擋塊、伺服活塞、傾斜銷，以及閥體內的軸承、花鍵連接套。

后泵拆卸方法與前泵方法相同，裝配方法為拆卸方法的逆序。

四、實驗設備的特點

（一）工程實踐性強

實驗設備主要針對高職高專挖掘機液壓控制系統課程而設計，與挖掘機實際應用與維修密切相關，具有很強的工程實踐性。學生在學習和維修過程中，需要進行大量的實踐操作， 從而提高了自身的動手能力和解決實際問題的能力。如雙聯柱塞泵，首先要熟悉內部結構，分析工作原理圖，然后進行拆裝實踐，最后進行故障診斷分析與檢測。

（二）結構創新性強

實驗設備為電動挖掘機模擬實驗平臺，即用電動機作為動力源，模擬完成挖掘機各功能。系統的液壓部件及電氣元件采用平鋪式結構設計，將所有部件及管路按功能合理有效地展開，管路走向清晰可見，直觀性很強，避免了直接使用挖掘機教學的內部結構隱蔽、管路錯綜復雜等缺點。

（三）功能多樣，適用性強

實驗設備功能多樣，既可以進行實踐操作，模擬挖掘機的各主要動作，又可以進行零部件拆裝授課與實訓，分析其工作原理和故障現象。教學方法靈活多樣，既可以采用理實一體化教學，又可作為理論教學的實驗部分。知識層次由淺入深，既可作為低年級的認識性教學，又可作為高年級的故障診斷與分析教學。

實驗設備的功能和實用性直接影響教學效果。本設備根據實際工程經驗而設計，能夠系統高效地學習挖掘機液控原理、故障診斷及拆裝實踐，培養學生的動手能力和解決實際工程問題的能力，同時也為專業教師進行課程開發提供了一個良好的實驗平臺。

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【基金項目】2013 年度廣西高校科學技術研究項目（2013YB299）

【作者簡介】徐 凱（1981- ），男，遼寧遼陽人，工學碩士，廣西機電職業技術學院講師，工程師，研究方向：工程機械維修。

（責編 丁 夢）