裝載機(jī)常見(jiàn)液壓系統(tǒng)分類(lèi)及性能分析

邱實(shí)

摘 要：本文介紹了幾種常用于的裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)，分析各自的性能并著重介紹負(fù)載敏感系統(tǒng)的工作原理.

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；液壓系統(tǒng)；負(fù)載敏感

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.206

裝載機(jī)作為一種土石方作業(yè)的非路面機(jī)械車(chē)輛， 普遍應(yīng)用于各類(lèi)型的建筑施工中， 隨著近年來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)增速放緩， 裝載機(jī)的銷(xiāo)量增速有所放緩甚至出現(xiàn)下降的趨勢(shì)， 這勢(shì)必帶來(lái)裝載機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇， 所以改善液壓系統(tǒng)的性能以提高燃油經(jīng)濟(jì)性并優(yōu)化工作時(shí)鏟斗和動(dòng)臂的操縱性將是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一種有效方式.裝載機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于內(nèi)燃機(jī)（一般為柴油機(jī)）， 柴油機(jī)消耗燃油將動(dòng)力轉(zhuǎn)化為液壓泵輸出流量和壓力， 通過(guò)換向閥操縱斗桿及動(dòng)臂油缸來(lái)完成裝載機(jī)的裝載， 卸載工作， 其中柴油機(jī)和液壓元件經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展， 國(guó)內(nèi)外制造商已經(jīng)將其等油耗及效率指標(biāo)提升到較高的水平， 所以從原件的角度可挖掘的節(jié)能和優(yōu)化操縱的潛力已經(jīng)不大了， 但不同液壓元件的匹配可以得到不同的系統(tǒng)性能， 不同的系統(tǒng)之間的能耗和操縱性能差別巨大， 通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)囊簤合到y(tǒng)將非常有助于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和操縱性能.目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的裝載機(jī)液壓系統(tǒng)主要有基于齒輪泵，中位開(kāi)芯多路閥的定量系統(tǒng)， 以及基于變量柱塞泵， 以下逐一分析這兩大類(lèi)系統(tǒng)的原理及性能：

1 定量系統(tǒng)

主要由定量泵（一般為齒輪泵居多）， 中位開(kāi)芯多路閥及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，該系統(tǒng)中立位不工作時(shí)處于低壓大流量待機(jī)狀態(tài)， 此時(shí)的液壓系統(tǒng)并不做有用功， 功率損耗等于此時(shí)的系統(tǒng)流量與壓力損失的乘積. 工作中， 由于系統(tǒng)壓力由溢流閥調(diào)定， 為了達(dá)到調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度的目的， 系統(tǒng)工作在節(jié)流調(diào)速工況下， 多余的流量通過(guò)溢流閥高壓溢流，造成大量的功率損耗。

進(jìn)行作業(yè)時(shí)， 用戶(hù)需要控制動(dòng)臂及鏟斗的運(yùn)行速度以滿(mǎn)足作業(yè)需要， 此時(shí)該定量系統(tǒng)運(yùn)行在節(jié)流調(diào)速的工況下， 由于節(jié)流調(diào)速的剛度差， 即使閥口開(kāi)度相同的情況下， 由于負(fù)載的波動(dòng)也會(huì)引起閥口前后壓差ΔP的變化， 從而導(dǎo)致流經(jīng)閥口的流量Q不穩(wěn)定， 反映到裝載機(jī)的操作中， 則體現(xiàn)出不同負(fù)載的情況下， 操縱控制閥在相同行程時(shí)， 動(dòng)臂及鏟斗的運(yùn)行速度不同， 負(fù)載越大， 調(diào)速范圍就越窄。

雖然定量系統(tǒng)具有以上的缺點(diǎn)， 但由于其系統(tǒng)簡(jiǎn)單， 成本低廉， 目前仍然被廣泛使用. 有些機(jī)型在此基礎(chǔ)上做了一些調(diào)整， 例如在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中加入優(yōu)先分流閥， 使轉(zhuǎn)向不工作時(shí)轉(zhuǎn)向泵的流量與工作泵合流，這樣可以減小工作泵的排量， 達(dá)到節(jié)約成本， 降低功耗的目的， 另外還有一些系統(tǒng)使用雙泵合流， 高低壓切換的系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)高壓時(shí)單泵工作低速運(yùn)行， 低壓時(shí)雙泵合流高速運(yùn)行， 也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

2 變量系統(tǒng)

主要元件為負(fù)載敏感控制變量柱塞泵和負(fù)載敏感閉芯多路閥， 對(duì)比定量系統(tǒng)， 該變量系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）負(fù)載敏感變量柱塞泵具有壓力補(bǔ)償器， 當(dāng)多路閥處于中立位時(shí)（不工作待機(jī)）， 補(bǔ)償器使柱塞泵處于低壓待機(jī)狀態(tài)僅輸出少量流量用以補(bǔ)償泄漏， 并沒(méi)有全流量通過(guò)多路閥產(chǎn)生大量的能量損耗；

（2）某片閥執(zhí)行工作時(shí)，補(bǔ)償器根據(jù)系統(tǒng)的流量需求（多路閥滑閥開(kāi)度變化）提供可調(diào)整的流量從而使工作速度可調(diào).當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)開(kāi)動(dòng)的時(shí)候，泵也沒(méi)有流量輸出，此時(shí)柱塞泵在變量系統(tǒng)的作用下，處于最大排量位置，由于負(fù)載敏感多路閥是閉芯閥，中立位是封閉的，所以液壓油是封閉的， 補(bǔ)償器左端壓力會(huì)迅速提高，使補(bǔ)償閥處于左位，泵的油液通過(guò)補(bǔ)償器進(jìn)入變量系統(tǒng)控制變量，使泵處于最小排量，0排量的位置，這時(shí)系統(tǒng)的壓力僅為壓力補(bǔ)償器的調(diào)定壓力，這里只是認(rèn)為泵是0排量，實(shí)際上泵會(huì)輸出很小的流量來(lái)維持補(bǔ)償器的壓力差以及補(bǔ)償泄露并潤(rùn)滑柱塞泵.由于泵輸出流量非常小，而且壓力也很低，所以損耗的能量是很小的.當(dāng)多路閥動(dòng)作的時(shí)候， P1和P2就接通了，通過(guò)節(jié)流口產(chǎn)生了一個(gè)壓差（P1-P2），同時(shí)P2由LS回路引到柱塞泵的補(bǔ)償器上，與彈簧同時(shí)作用在補(bǔ)償閥芯的另外一端，在P2和彈簧力的作用下，補(bǔ)償閥移動(dòng)到右位進(jìn)行變量，此時(shí)泵輸出的流量就增加了，通過(guò)節(jié)流口的特性Q=C*A*P^1/2，節(jié)流口的流量與節(jié)流開(kāi)口的面積以及節(jié)流口前后的壓力差是成正比的，當(dāng)流量增加到流過(guò)這個(gè)節(jié)流口產(chǎn)生的壓差等于彈簧調(diào)定的delta P，在P1的作用下，補(bǔ)償閥移動(dòng)到左位使變量停止，這里的平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，閥芯是隨時(shí)在動(dòng)作維持目前的流量，當(dāng)節(jié)流口的開(kāi)口增大，此時(shí)泵的流量還沒(méi)來(lái)得及增加，節(jié)流口前后的的壓力差P1-P2會(huì)降低，P2是由負(fù)載決定的，所以P1會(huì)降低，在P2和彈簧力的作用下，補(bǔ)償閥又到右位，控制變量系統(tǒng)變量使泵的排量增大，直到流過(guò)節(jié)流口前后產(chǎn)生的壓力差達(dá)到delta P的值.從Q=C*A*P^1/2來(lái)看，C是一個(gè)常數(shù)，流量就只跟A和P有關(guān)，負(fù)載敏感變量系統(tǒng)的原理就是使用壓力補(bǔ)償閥的補(bǔ)償作用來(lái)使節(jié)流口前后的壓差保持恒定，那么系統(tǒng)輸出的流量就只跟節(jié)流口的開(kāi)口大小有關(guān)系了。

所以負(fù)載敏感變量系統(tǒng)不存在開(kāi)芯定量系統(tǒng)的中位回油及節(jié)流調(diào)速時(shí)高壓溢流造成的功率損失，此系統(tǒng)同時(shí)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，由于壓力補(bǔ)償器的作用，使滑閥前后一直保持恒定的壓差，與負(fù)載大小沒(méi)有關(guān)系，使得操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過(guò)程中，無(wú)論載荷及執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度如何變化，操作者操縱手柄的感覺(jué)都是相同的。

3 結(jié)論

根據(jù)本文介紹的工程機(jī)械常用的定量，變量系統(tǒng)的對(duì)比分析，可以看出變量系統(tǒng)在節(jié)能和操縱特性上的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，但由于其元件成本較高，系統(tǒng)后期維護(hù)成本也要高于定量系統(tǒng)，目前并未大量應(yīng)用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，但在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，變量系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，我想隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是對(duì)于節(jié)能環(huán)保的迫切需求以及用戶(hù)對(duì)操縱舒適度及工作質(zhì)量一致性要求的不斷提高，未來(lái)變量系統(tǒng)必將成為工程機(jī)械市場(chǎng)的主流。