《装备制造技术》2012 年第 12 期

提高挖掘机的负载能力最直接的方法是提高液

压系统的流量、工作压力和功率。

当今世界上先进的挖掘机产品的额定压力大部

分超过 30 MPa，同时随着材料科学技术的进步，液压
技术有朝着更高压力甚至采用超高压力的方向发展的
趋势，

功率超过几百千瓦，

流量一般在每分钟几百升。

如目前世界上首台最大的 RH400 型全液压挖掘

机是德国的 Orensttein＆Koppe 制造的，铲斗容量
42 m

，液压油源为 18 台变量轴向柱塞泵，总流量达

到 10 200 L／min，原动机为 2 台 QSK60 柴油发动
机，总功率达到了 2 014 kW

[2]

。

（2）提高可靠性

挖掘机系统的可靠性越来越受到研究和开发人

员的重视。因为液压挖掘机的工作环境经常是很恶
劣的，各个功能组件在恶劣的环境下能否持续正常
的工作就受到了工程使用和维护人员的格外重视。

美、英、德等国家推广采用有限寿命设计理论，

以替代传统的无限寿命设计理论的方法，并将断裂
力学、疲劳损伤累积理论、疲劳强度分析方法、优化
设计、有限元法、电子计算机控制的电液伺服疲劳试
验技术等先进技术应用于液压挖掘机可靠性的研究
方面，不断提高设备的可靠性

[3]

。日本提出了液压挖

掘机构件的强度评定流程并开发了可靠性信息处理
系统；美国提出了考核动强度的动态设计分析方法，
使液压挖掘机的使用寿命达到 l 万小时，运转率超过
85％ ~ 95％。

总线技术在挖掘机上逐渐得到了推广应用，其

对挖掘机的工作状态可以进行实时的监控。但是，常
用的监控系统，只是针对挖掘机的一些状态信号的
变化而做出反应，如何更进一步在进行故障诊断的
同时利用这些状态信息，从而提高系统的可靠性，确
实是挖掘机研究中的难点。

高性能的故障检测和诊断系统是先进的挖掘机

不可缺少的重要组成部分，对保证设备可靠性有重
要的影响。从国内外对挖掘机液压系统的故障诊断
的研究来看，故障检测和诊断系统主要有如下几个
特点：

一是，理论性很弱。以往的研究工作往往局限于

某一类型的挖掘机或者某一类型的故障模式，通过
简单的分析就给出了故障诊断结果，极大限制了故
障诊断应用的范围。

二是，在线的故障诊断为故障诊断的理论性研

究奠定良好的基础。总线测量技术的出现。能够实时
采集故障信号，从而有可能实现在线故障诊断。

三是，实用性原则很强，在实际的使用中针对具

体的故障问题进行具体分析能够起到很好的效果。

综上所述，挖掘机液压系统的故障诊断研究需

要从理论上进一步提高故障诊断的研究水平，仍然
具有较大的研究空间和价值。
1.3 操纵特性的提高

世界上的研究开发和工程施工人员越来越重视

挖掘机液压系统的操纵特性。

目前，国际上迅速发展的全液压挖掘机，通过不

断改进和革新控制方式，使挖掘机由简单的杠杆操
纵发展到气压操纵、液压操纵、电子计算机综合程序
操纵、无线电遥控操纵、液压伺服操作和电气控制。

由于各种高新技术的应用，挖掘机液压系统的

操纵特性得以迅速提高

[1]

。

1.4 闭式液压系统

长期以来，开式液压系统无法满足挖掘机的调

速和复合动作的要求，所以近年来在国外的挖掘机
液压系统中出现了闭式负载敏感系统(CLSS)。

闭式液压系统可以采用一个油泵同时向全部液

压元件供油，每一个液压元件的运动速度与负载压
力无关，只与操纵阀的阀杆行程有关，泵的流量按需
提供，因此闭式液压系统体现出操纵性好的特点。
1.5 电子—液压集成控制

电子控制技术与液压控制技术相结合的电子一

液压集成控制技术近年来获得了很大发展，开发出
大量的新型电液自动控制系统，大大提高了挖掘机
的自动化程度。

当今国外先进品牌的挖掘机在电液控制方面已

经成熟。全自动控制液压系统在美国林肯～贝尔特
公司的新 C 系列 LS- 5800 型液压挖掘机上安装并服
役。它通过自动调节流量避免了驱动功率的浪费；FJ
系列五中新型号挖掘机（日本住友公司生产）配有与
液压回路连接的辅助功率控制系统，利用精密控制
模式选择系统，减少发动机功率和液压功率的消耗，
同时大大延长了零部件的服役寿命。
1.6 节能技术的应用

从用户的角度来看，在工程机械上采用节能环

保的技术最大的意义在于能够降低使用成本。

资料显示，工程机械将近 40 ％的能耗来自液压

系统，15 ％左右的能耗来自发动机。节能技术可以减
少液压系统功率损失，提高发动机的利用率，使负载
所需功率与动力系统更好地匹配，提高设备在使用
中的可靠性。

目前液压挖掘机上典型的节能技术基本上有两

种，即负载敏感技术和负流量控制技术，目前液压挖
掘机都选用其中一种控制技术来实现节能要求

[4]

。