關(guān)于裝載機(jī)常見液壓系統(tǒng)分類及性能分析

張海波

摘 要： 裝載機(jī)作為一種土石方作業(yè)的非路面機(jī)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(jī)的銷量增速有所放緩甚至出現(xiàn)下降的趨勢(shì)， 這勢(shì)必帶來裝載機(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。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；裝載機(jī)；性能分析

裝載機(jī)主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰等散狀物料，也可對(duì)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(jìn)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(jí)公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和水泥混凝土料場(chǎng)的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運(yùn)土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動(dòng)性好、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因此它成為工程建設(shè)中土石方施工的主要機(jī)種之一。裝載機(jī)的動(dòng)力來源于內(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， 通過換向閥操縱斗桿及動(dòng)臂油缸來完成裝載機(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)上常見的裝載機(jī)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(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)， 用戶需要控制動(dòng)臂及鏟斗的運(yùn)行速度以滿足作業(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， 也是為了實(shí)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(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(shí)，補(bǔ)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(dāng)系統(tǒng)沒有啟動(dòng)，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)沒開動(dòng)的時(shí)候，泵也沒有流量輸出，此時(shí)柱塞泵在變量系統(tǒng)的作用下，處于最大排量位置，然后當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)了，換向閥沒有動(dòng)作處于中立位時(shí)，由于負(fù)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(bǔ)償器左端壓力會(huì)迅速提高，使補(bǔ)償閥處于左邊這位，可以看到，泵的油液通過補(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，一般為20bar，這里只是認(rèn)為泵是0排量，實(shí)際上泵會(huì)輸出很小的流量來位置補(bǔ)償器的20bar壓力以及補(bǔ)償泄露及潤(rùn)滑柱塞泵，這個(gè)狀態(tài)就是低壓待機(jī)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(dāng)多路閥動(dòng)作的時(shí)候，一開始P2是沒有壓力的，當(dāng)多路閥打開了一個(gè)開口，P1和P2就接通了，而且通過節(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，通過節(jié)流口的特性有這樣的一個(gè)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(dāng)流量增加到流過這個(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)流口的開口增大，此時(shí)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(huì)降低，P2是由負(fù)載決定的，所以P1會(huì)降低，那么補(bǔ)償閥的平衡則會(huì)被打破，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，直到流過節(jié)流口前后產(chǎn)生的壓力差達(dá)到delta P的值。同理在節(jié)流口減小時(shí)也會(huì)使泵的排量變小，從Q=C*A*P^1/2來看，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(fù)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(shí)高壓溢流造成的功率損失， 其浪費(fèi)浪費(fèi)僅為維持壓力補(bǔ)償閥兩端壓差穩(wěn)定的壓力與流量的乘積，由于此時(shí)流量很小，所以功率損失也非常小。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)載大小沒有關(guān)系，使得操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程中，無論載荷及執(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(hù)圈，以防污物被帶進(jìn)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(dāng)

液壓系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)副表面的粗糙度過高或出現(xiàn)軸向劃傷時(shí)將產(chǎn)生泄漏；粗糙度過低，達(dá)到鏡面時(shí)密封圈的唇邊會(huì)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(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，未來變量系統(tǒng)必將成為工程機(jī)械市場(chǎng)的主流。

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