新型增壓供油系統在工程機械領域的應用

楊琳　閆飛

摘要：工程機械中吸油困難現象導致的精密液壓件損壞故障越來越多，部分技術人員通過將壓縮氣體通入油箱的方式實現油箱增壓，但這種方式無法降低油液中的氣體含量，且增壓作用會導致油液中氣泡上浮速度減慢，致使油箱容積減小不明顯，甚至出現為防止泵吸入氣泡而被迫將油箱體積增大的情況。在當前結構設計日益緊湊的趨勢下，這種油箱增壓方式無法獲得大規模應用。針對上述缺陷，現提供一種新型增壓供油系統，能在起到增壓作用的同時降低油液中的空氣含量。

關鍵詞：增壓油箱;液壓系統;控制功能;應用

0? ? 引言

當前增壓油箱已廣泛應用于船舶、航空等軍工領域，其以較小的容積解決了泵吸油困難的問題。同時在航空航天領域，有技術人員為提高控制剛性與響應速度，采用增設真空泵的方式來減少油液中氣體含量過高帶來的困擾，進而提高控制剛性。但航空航天領域的負載所需流量較均勻且執行件單一，而將壓縮氣體通入油箱的方式并不適合負載所需流量不均勻且執行件數量較多的液壓系統，故工程機械領域未能廣泛使用增壓油箱。

本文主要提供了一種新型增壓供油系統，包括主油箱、蓄能器、儲氣裝置和副油箱，主油箱、蓄能器和儲氣裝置之間相互連通，在主油箱與儲氣裝置間的連通管路上設有第一閥門;主油箱與副油箱之間分別經第二閥門和補油泵相連通;主油箱上接有液壓油泵，用于向液壓系統提供壓力油;副油箱上設有真空泵，用于將副油箱內氣體抽出。針對工程機械負載所需流量不均勻且執行件數量多的特點，本系統通過引入一個副油箱，配合蓄能器和儲氣裝置，以較小的容積解決了負載所需流量不均勻時的油泵吸油困難問題，有效緩解了油液中空氣含量過高的困擾。

1? ? 增壓供油系統主要裝置和元件

如圖1所示，本文提供了一種增壓供油系統，該系統主要包括主油箱1、蓄能器2、儲氣裝置3和副油箱10。其中，主油箱1、蓄能器2和儲氣裝置3之間相互連通，在主油箱1與儲氣裝置3間的連通管路上設有第一閥門4和第一開關閥16，第一開關閥16主要供儲氣裝置3充放氣使用，系統工作時第一開關閥16保持常閉狀態;在蓄能器2和儲氣裝置3間的連通管路上設有第二開關閥17，第二開關閥17在系統工作時保持常開狀態，可在系統維修保養時斷開，保證系統安全性。蓄能器2用于吸收主油箱1工作過程中產生的流量波動，其可以為囊式蓄能器、活塞式蓄能器或隔膜式蓄能器，可外置或內置于主油箱。

圖2為一個具體實施例中的蓄能器2，采用活塞式蓄能器，包括缸筒22、設置在缸筒22內的活塞21和安裝在缸筒22上的位移傳感器23，缸筒22的一端通過氣路接口24與儲氣裝置3相連通，另一端通過油路接口25與主油箱1相連通。蓄能器2可置于主油箱1內部，亦可置于主油箱1外部。

2? ? 增壓供油系統控制功能分析

本文的增壓供油系統還包括控制機構，控制機構可以為PLC，其分別與第一液位傳感器5、第一壓力傳感器6、第二液位傳感器12和第二壓力傳感器13通過信號處理模塊相連接，并根據各傳感器的信號控制真空泵11和補油泵15的工作狀態以及第一閥門4和第二閥門7的開閉。第一閥門4和第二閥門7優先選用便于自動化控制的電磁閥。

3? ? 增壓供油系統工作方式

當主油箱1處于流量均勻狀態時（即液壓油泵8的吸油量和主油箱回油口9的出油量相差不大或蓄能器2內的儲放液體積大于相應執行件完成動作所需的油液）：主油箱1內充滿油液，蓄能器2的活塞21自由浮動至兩側壓力平衡，此時第一閥門4和第二閥門7處于閉合狀態，第一液位傳感器5和第一壓力傳感器6無信號發出;當第二液位傳感器12檢測到副油箱10內油液處于高液位時，補油泵15工作，將副油箱10中的油液抽送到主油箱1內;當第二液位傳感器12檢測到副油箱10內油液處于低液位時，真空泵11工作，將副油箱10內油液中的氣體抽出，直至第二壓力傳感器13測得副油箱10內部的壓力達到預設低壓值，真空泵11停止工作。

當主油箱1處于流量不均勻狀態時（即液壓油泵8的吸油量遠大于主油箱回油口9的出回油量或蓄能器2內的儲放液體積小于相應執行件完成動作所需的油液）：蓄能器2的活塞21由于兩側壓力相差過大快速滑向油路接口25所在側，位移傳感器23發出信號，第一閥門4開啟，儲氣裝置3內的壓縮氣體進入主油箱1，為主油箱1內部增壓，保證液壓油泵8正常吸油;當主油箱1內的液位降至預設低液位值時，第一液位傳感器5發出信號，補油泵15工作，由副油箱10為主油箱1補油，直至副油箱10處于低液位，補油泵15停止工作;當主油箱1內部液位升高時，主油箱1內部的壓力隨之升高，當第一液位傳感器5檢測到主油箱1內的液位達到預設高液位值時發出信號，第一閥門4關閉，主油箱2與儲氣裝置3斷開連通;當第一壓力傳感器6檢測到主油箱1內部壓力達到預設高壓值時，第二閥門7開啟，主油箱1內部的油液溢出至副油箱10。

在實際工作中，可以根據需要選擇主油箱1、副油箱10和蓄能器2的容量，其中副油箱10和蓄能器2儲放液的體積相當，副油箱10可以在主油箱1處于流量不均勻狀態時，補充吸收蓄能器2所無法吸收的流量波動，配合儲氣裝置3為主油箱1增壓，避免出現液壓油泵8吸油困難的現象;當主油箱1處于流量均勻狀態時，副油箱10可以根據需要及時抽出油液中的氣體，有助于提高液壓系統的控制剛性，減少氣蝕與氣穴對元件的損壞，有利于以較小的油箱體積較好地滿足緊湊結構設計的需求。

4? ? 某增壓供油系統的設計實例

如圖3所示，在某一具體的實施例中，活塞式蓄能器組外置于主油箱旁邊，通過管道與主油箱相接;副油箱通過相應管道與主油箱相接;直流電機分別驅動真空泵、補油泵按上述工作方式運行;第一閥門采用液壓電磁閥，第二閥門采用電磁氣閥。

在該設計實例中，副油箱放置方式靈活，可放置于車架結構中，亦可放置于主油箱附近;相對同機型液壓油箱體積，由原850 L減小至445 L（主油箱體積400 L+副油箱體積45 L），減小體積約48%;同時真空泵組可將副油箱中的壓力降至大氣壓以下，以利于溶解于油液中的氣體快速析出，并將其抽出箱外。

5? ? 結語

本文主要針對工程機械液壓系統負載所需流量不均勻且執行件數量多的特點，引入一個副油箱，配合蓄能器和儲氣裝置，以較小的容積解決了主油箱內流量不均勻時的油泵吸油困難的問題，同時也緩解了主油箱在流量均勻狀態下油液中氣體含量過高的困擾。

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