張海波
摘 要: 裝載機作為一種土石方作業(yè)的非路面機械車輛, 普遍應(yīng)用于各類型的建筑施工中, 隨著近年來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)增速放緩, 裝載機的銷量增速有所放緩甚至出現(xiàn)下降的趨勢, 這勢必帶來裝載機市場競爭的加劇, 所以改善液壓系統(tǒng)的性能以提高燃油經(jīng)濟性并優(yōu)化工作時鏟斗和動臂的操縱性將是提高產(chǎn)品競爭力的一種有效方式。本文介紹了幾種常用于的裝載機的液壓系統(tǒng),分析各自的性能并著重介紹負載敏感系統(tǒng)的工作原理。
關(guān)鍵詞:工程機械 ;液壓系統(tǒng) ;負載敏感;裝載機;性能分析
裝載機主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰等散狀物料,也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級公路施工中,裝載機用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進行推運土壤、刮平地面和牽引其他機械等作業(yè)。由于裝載機具有作業(yè)速度快、效率高、機動性好、操作輕便等優(yōu)點,因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機種之一。裝載機的動力來源于內(nèi)燃機(一般為柴油機), 柴油機消耗燃油將動力轉(zhuǎn)化為液壓泵輸出流量和壓力, 通過換向閥操縱斗桿及動臂油缸來完成裝載機的裝載, 卸載工作, 其中柴油機和液壓元件經(jīng)過幾十年的發(fā)展, 國內(nèi)外制造商已經(jīng)將其等油耗及效率指標提升到較高的水平, 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, 通過選擇適當?shù)囊簤合到y(tǒng)將非常有助于改善燃油經(jīng)濟性和操縱性能。
目前市場上常見的裝載機液壓系統(tǒng)主要有基于齒輪泵,中位開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系統(tǒng)的原理及性能:
1定量系統(tǒng)原理性能分析
定量系統(tǒng)主要由定量泵(一般為齒輪泵居多), 中位開芯多路閥及執(zhí)行機構(gòu)組成,該系統(tǒng)中立位不工作時處于低壓大流量待機狀態(tài), 此時的液壓系統(tǒng)并不做有用功, 功率損耗等于此時的系統(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, 為了達到調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)運行速度的目的, 系統(tǒng)工作在節(jié)流調(diào)速工況下, 多余的流量通過溢流閥高壓溢流,造成大量的功率損耗, 進行作業(yè)時, 用戶需要控制動臂及鏟斗的運行速度以滿足作業(yè)需要, 此時該定量系統(tǒng)運行在節(jié)流調(diào)速的工況下, 由于節(jié)流調(diào)速的剛度差, 即使閥口開度相同的情況下, 由于負載的波動也會引起閥口前后壓差ΔP的變化, 從而導(dǎo)致流經(jīng)閥口的流量Q不穩(wěn)定, 反映到裝載機的操作中, 則體現(xiàn)出不同負載的情況下, 操縱控制閥在相同行程時, 動臂及鏟斗的運行速度不同, 負載越大, 調(diào)速范圍就越窄, 雖然定量系統(tǒng)具有以上的缺點, 但由于其系統(tǒng)簡單, 成本低廉, 目前仍然被廣泛使用。 有些機型在此基礎(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), 實現(xiàn)高壓時單泵工作低速運行, 低壓時雙泵合流高速運行, 也是為了實現(xiàn)節(jié)能的目的。
2變量系統(tǒng)原理性能分析
變量系統(tǒng)主要元件為負載敏感控制變量柱塞泵和負載敏感閉芯多路閥, 對比定量系統(tǒng), 該變量系統(tǒng)具有如下特點: 1)負載敏感變量柱塞泵具有壓力補償器, 當多路閥處于中立位時(不工作待機), 補償器使柱塞泵處于低壓待機狀態(tài)僅輸出少量流量用以補償泄漏, 并沒有全流量通過多路閥產(chǎn)生大量的能量損耗。2)某片閥執(zhí)行工作時,補償器根據(jù)系統(tǒng)的流量需求(多路閥滑閥開度變化)提供可調(diào)整的流量從而使工作速度可調(diào)。
當系統(tǒng)沒有啟動,也就是發(fā)動機沒開動的時候,泵也沒有流量輸出,此時柱塞泵在變量系統(tǒng)的作用下,處于最大排量位置,然后當發(fā)動機啟動了,換向閥沒有動作處于中立位時,由于負載敏感多路閥是閉芯閥,中立位是封閉的,液壓油不能向開芯系統(tǒng)那樣通過開芯油路回油,所以液壓油是封閉在這一腔的, 補償器左端壓力會迅速提高,使補償閥處于左邊這位,可以看到,泵的油液通過補償器進入變量系統(tǒng)控制變量,使泵處于最小排量,0排量的位置,這時系統(tǒng)的壓力僅為壓力補償器的調(diào)定壓力,一般為20bar,這里只是認為泵是0排量,實際上泵會輸出很小的流量來位置補償器的20bar壓力以及補償泄露及潤滑柱塞泵,這個狀態(tài)就是低壓待機狀態(tài)。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。當多路閥動作的時候,一開始P2是沒有壓力的,當多路閥打開了一個開口,P1和P2就接通了,而且通過節(jié)流口產(chǎn)生了一個壓差,P1-P2,同時P2由LS回路引到柱塞泵的補償器上,與彈簧同時作用在補償閥芯的另外一端,在P2和彈簧力的作用下,補償閥移動到右位進行變量,此時泵輸出的流量就增加了,通過節(jié)流口的特性有這樣的一個方程,Q=C*A*P^1/2,就是說流過節(jié)流口的流量與節(jié)流開口的面積以及節(jié)流口前后的壓力差是成正比的,剛才說到柱塞泵輸出的流量增加了,當流量增加到流過這個節(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,補償閥移動到左位使變量停止,這里的平衡是一個動態(tài)的平衡,閥芯是隨時在動作維持目前的流量,當節(jié)流口的開口增大,此時泵的流量還沒來得及增加,從Q=C*A*P來看,節(jié)流口前后的的壓力差P1-P2會降低,P2是由負載決定的,所以P1會降低,那么補償閥的平衡則會被打破,在P2和彈簧力的作用下,補償閥又到右位,控制變量系統(tǒng)變量使泵的排量增大,直到流過節(jié)流口前后產(chǎn)生的壓力差達到delta P的值。同理在節(jié)流口減小時也會使泵的排量變小,從Q=C*A*P^1/2來看,C是一個常數(shù),流量就只跟A和P有關(guān),負載敏感變量系統(tǒng)的原理就是使用壓力補償閥的補償作用來使節(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)流口的開口大小有關(guān)系了。
負載敏感變量系統(tǒng)不存在開芯定量系統(tǒng)的中位回油及節(jié)流調(diào)速時高壓溢流造成的功率損失, 其浪費浪費僅為維持壓力補償閥兩端壓差穩(wěn)定的壓力與流量的乘積,由于此時流量很小,所以功率損失也非常小。此系統(tǒng)同時具有優(yōu)良的調(diào)速性能,, 由于壓力補償器的作用,使滑閥前后一直保持恒定的壓差,與負載大小沒有關(guān)系,使得操縱執(zhí)行機構(gòu)的過程中,無論載荷及執(zhí)行元件的運動速度如何變化,操作者操縱手柄的感覺都是相同的。
3液壓系統(tǒng)泄漏的防治
3.1 防止油液污染
液壓泵的吸油口應(yīng)安裝粗濾器;出油口處應(yīng)安裝高壓精濾器,且過濾效果應(yīng)符合系統(tǒng)的工作要求,以防污物堵塞而引起液壓系統(tǒng)故障;液壓油箱隔板上應(yīng)加裝過濾網(wǎng),除去回油過濾器未濾去的雜質(zhì)。液壓缸上應(yīng)安裝金屬防護圈,以防污物被帶進缸內(nèi),液壓元器件安裝前應(yīng)檢查、清理干凈其內(nèi)部的鐵屑及雜質(zhì);定期檢查液壓油,一旦發(fā)現(xiàn)油液變質(zhì)、沉淀物多、油水分離等現(xiàn)象應(yīng)立即清洗系統(tǒng)并換油。
3.2 密封表面的粗糙度要適當
液壓系統(tǒng)相對運動副表面的粗糙度過高或出現(xiàn)軸向劃傷時將產(chǎn)生泄漏;粗糙度過低,達到鏡面時密封圈的唇邊會將油膜刮去,使油膜難以形成,密封刃口產(chǎn)生高溫,加劇磨損,所以密封表面的粗糙度不可過高也不能過低。
4 結(jié)語
根據(jù)本文介紹的工程機械常用的定量,變量系統(tǒng)的對比分析,可以看出變量系統(tǒng)在節(jié)能和操縱特性上的優(yōu)勢是非常明顯的,但由于其元件成本較高,系統(tǒng)后期維護成本也要高于定量系統(tǒng),目前并未大量應(yīng)用于國內(nèi)市場,但在歐美等發(fā)達國家和地區(qū),變量系統(tǒng)已經(jīng)成為主流,我想隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的進一步發(fā)展,特別是對于節(jié)能環(huán)保的迫切需求以及用戶對操縱舒適度及工作質(zhì)量一致性要求的不斷提高,未來變量系統(tǒng)必將成為工程機械市場的主流。
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