挖掘機液壓系統壓力損失原因分析及對策探討

王龍 山重建機有限公司

一、前言

為了有效減少挖掘機液壓系統的壓力損失，提升挖掘機的工作效率和工作可靠性，就需要挖掘機液壓系統運行在可靠的區間，認真分析液壓系統損失的主要原因，并從油路設計、液壓閥選擇、管道尺寸、管道材料、液壓油、液壓油流速等方面想辦法進行解決。

二、液壓挖掘機損失

壓力損失一直是液壓挖掘機需要解決的問題。根據相關統計顯示，柴油輸出功率只有近百分之二十會轉變成挖掘機的有用功率，大部分功率會損失在液壓元件和節流調速控制裝置當中。在工程機械使用的過程中，燃油成本會占到設備使用成本的百分之二十五左右，研究挖掘機液壓系統壓力損失損失問題具有非常現實的意義[1]。

三、挖掘機液壓系統壓力損失的主要原因

黏性流體在管道內流動的過程中，就會有阻力的產生，為了有效克服這一部分能量，經常會以壓力損失的形式表現出來。壓力損失產生的主要原因是液體本身具有一定的黏性，管道結構也相對比較復雜。通常來說，局部壓力損失是挖掘機壓力損失的重要組成部分。

沿程壓力損失。液體在管道內部流動的過程中，由于液體與管壁之間具有黏附作用，流體質點之間也容易存在摩擦力，沿程會阻礙流體的運動，從而導致壓力損失情況的發生。液體在不同的流動狀態下，其沿程壓力損失主要取決于液體的流速、黏性、管路的長度。在等斷面管道當中，沿程損失主要與沿程分布大小和流程的長度成正比。

局部壓力損失。如果液體流過截面突然變化的管道、彎頭、接頭，就會發生流體質點撞擊的情況，最終導致漩渦、二次流以及流動分離現象的發生。由于液體的黏性作用，其內部質點之間容易發生摩擦和動量交換現象，對流體的運動造成比較大的阻礙作用，最終導致比較大的壓力損失[2]。

總壓力損失。液壓系統管路系統總壓力損失為管路上沿程壓力損失、局部壓力戶和液壓閥壓力損失之和。很多文獻在計算管路系統總壓力損失的過程中，總是將各部分壓力損失簡單相加，但流體遇到局部阻力之后，需要在管道中流動一段距離才能保持穩定。如果液流不穩定時，又遇到了相互干擾的情況，阻力系數就會增加。為了有效解決這個問題，就要求在兩個局部阻力之間管道長度大于20 倍管子的內徑。

四、降低液壓挖掘機液壓系統壓力損失的方法

從計算壓力損失的公式上看，為了有效降低液壓油的流速，就需要增大油管的內徑，避免出現管道截面突然變化的情況，保證管道內壁的加工質量，避免出現管道內壁粗糙度過大情況的發生。此外，管道內部液體的流速也不應該過高。

對油路進行合理設計。在設計挖掘機油路的過程中，應該盡量減少對工藝孔的使用，避免出現深孔或者斜孔，這樣可以有效避免渦流情況的發生。此外，對于兩面對鉆孔，其交接出的過流斷面要比單獨孔斷面應該大一些。如果幾個孔相互交叉，就需要合理對液體流向進行設計。

合理對管道尺寸、管道材料和液壓流流速進行選擇。管子的尺寸應該合理進行選擇。如果液壓油的流速比較穩定，管道直徑過細，就會直接導致管內液體流速過高的現象，管道內部壓力降和摩擦損失就會比較大，液壓油溫升情況比較嚴重。根據相關理論計算，如果管道內徑減小一半，沿程壓力損失就會增大16 倍。因此，在開展液壓系統設計的過程中，應該合理對管徑進行設計。管徑不能設計過細，否則液體流動阻力就會相對比較大，還容易出現吸空和氣蝕現象。

挖掘機的功率相對比較大，為了有效減少管壁的粗糙度，就應該盡量選擇使用強度高、價格低、易于連接的無縫鋼管。液壓油的黏度也會造成液流壓力損失，如果液油的粘度過大，就會導致較大的流動阻力。如果液壓油的粘度過低，容易導致液壓油泄漏情況的發生。因此，應該盡量選擇粘度指數不低于90 度，粘溫特性比較好的液壓油，油流速度應該限制在3m/s。

對控制閥應該合理進行選擇。液壓挖掘機的液壓系統主要由選擇閥、溢流閥、單向閥和節流閥所組成。經過大量實驗驗證發現，油液流經挖掘機液壓系統各閥件產生的壓力損失與流經管道產生的壓力損失要大很多。一臺液壓挖掘機內部至少有9 各控制閥，這樣才能對挖掘機的動作進行控制。在實際設計液壓管路的過程中，應該合理對液壓閥進行選擇，如果實際流量比理論流量大，由于液壓閥中流速比較大，液體在流動過程中產生的阻力就會相對比較大。因此，在閥件選擇的過程中，應該從滿足挖掘機工作要求的情況下，盡量選擇壓降比較小的閥件[3]。

對管路進行合理進行安裝。通過在吸油管路上安裝濾油器，可以保證液壓油的清潔程度，回油管路也應該伸到油箱液面之下，避免出現過大的阻力。油管也應該切成45度的斜面，這樣也可以增加出口的面積。管路的配置也應該盡量合理，避免出現管道彎曲處壓力損失過大的現象，避免管道彎曲嚴重情況的發生，避免出現折彎管道安裝的情況，合理對接頭和彎頭數量進行設計。液壓缸和液壓馬達作為挖掘機的核心執行元件，為了保證其工作的可靠性泄油管應該直接與油箱相通。

認真做好液壓系統的維護工作。為了保證液壓系統處于正常的工作狀態，避免液壓系統出現運行阻力過大的現象，應該認真做好液壓系統的維護工作，定期檢查液壓回路是否和堵塞的現象，如果存在，應該及時進行疏通。此外，還應該減少液壓管路系統是否存在故障，如果存在，應該及時進行解決，避免由于故障導致過大的壓力損失。

五、結語

隨著時代的不斷發展，對各種挖掘機的應用不斷增加。針對挖掘機液壓系統壓力損失的情況應該引起足夠的重視，認真分析問題發生的原因，并及時開展針對性的解決措施，最大程度避免出現液壓壓力損失過大的現象，有效降低液壓系統故障率和挖掘機使用成本。