裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)工作原理與節(jié)能分析

李建冬

【摘 要】本文針對裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)的研究，將從定變量液壓系統(tǒng)的相關(guān)概述入手，對裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)工作原理與節(jié)能效果進(jìn)行深入分析，以此推動我國工程技術(shù)的發(fā)展。此次研究選用的是文獻(xiàn)研究法和案例分析法，通過查找相關(guān)文獻(xiàn)和案例，為文章的分析提供理論基礎(chǔ)。通過文章的分析得知，裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)的節(jié)能效果較強(qiáng)，希望本文的研究，能在一定程度上對提高裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)的工作水平和節(jié)能效果提供參考性意義。

【關(guān)鍵詞】裝載機(jī)；定變量；液壓系統(tǒng)

作為工程機(jī)械的一種，裝載機(jī)具有其他工程機(jī)械沒有的優(yōu)點，不僅作業(yè)的速度快，而且機(jī)動性能較好，但在能源問題越來越得到重視的今天，裝載機(jī)的操作復(fù)雜、變化頻繁、能耗較高等缺點漸漸得到凸顯，需要對裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)工作原理與節(jié)能分析進(jìn)行深入分析，方能提高裝載機(jī)的節(jié)能效果，為裝載機(jī)的未來發(fā)展提供方向。

一、定變量液壓系統(tǒng)相關(guān)概述

作為裝載機(jī)的重要組成部分，液壓系統(tǒng)的能源消耗所占的比重是最大的，大約為百分之七十左右，也正是因為如此，降低液壓系統(tǒng)的能耗是實現(xiàn)裝載機(jī)節(jié)能的重中之重。目前，全定量液壓系統(tǒng)在我國得到了較為廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)大多數(shù)工程所用的裝載機(jī)都是這一液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)組成，雖然得到了一定的普及，但其溢流較大、節(jié)流損失大、效率低下的缺點，并不利于裝載機(jī)的節(jié)能發(fā)展。反觀國外，國外的裝載機(jī)采用的是雙變量泵液壓系統(tǒng)，與我國的全定量液壓系統(tǒng)相比，其節(jié)能效果更為明顯，但是成本相對全變量液壓系統(tǒng)要稍高一些，因此，我國裝載機(jī)的發(fā)展方向應(yīng)為如何設(shè)計出既節(jié)能成本又低的液壓系統(tǒng)。本文所研究的定變量液壓系統(tǒng)不僅具有較強(qiáng)的節(jié)能效果，而且能夠提高裝載機(jī)的整體運行效率[1]。

二、裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)的工作原理

（一）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)

裝載機(jī)的定變量液壓系統(tǒng)由負(fù)載敏感液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作液壓系統(tǒng)組成（下文簡稱為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)），轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由三大部分組成，分別為流量轉(zhuǎn)換閥組、流量放大閥、負(fù)載敏感泵，其中，流量轉(zhuǎn)換閥的主要組成部分有順序閥、液控?fù)Q向閥、邏輯閥等；工作系統(tǒng)主要由五部分組成，分別為定量泵、分流卸荷閥組、換向閥、梭閥組、節(jié)流閥，其中，分流卸荷閥組在工作系統(tǒng)中起著格外重要的作用，其主要組成部分為壓力控制閥、二位三通邏輯閥、卸荷閥。其主要工作原理如圖一所示：

（二）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)的原理

依據(jù)圖一所示，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)的工作原理主要分為六種情況：

（1）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)全部不工作的時候[2]。這個時候換向閥與流量放大閥的位置位于系統(tǒng)中部，液控?fù)Q向閥位于系統(tǒng)上部，即初始位置，當(dāng)系統(tǒng)閥口關(guān)閉后，變量泵的狀態(tài)自動為最小排量，定量泵中的油液經(jīng)過分流后流入二位三通邏輯閥中，并在EF口完成卸荷工作

（2）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作，工作系統(tǒng)不工作的時候。這個時候液控?fù)Q向閥依然處于初始位置，順序閥的狀態(tài)也一直都是封閉的，因工作系統(tǒng)不工作，合流無法流入工作系統(tǒng)，只能轉(zhuǎn)為只為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油，而后油液分流進(jìn)入二位三通邏輯閥，卸荷工作在EF口進(jìn)行。

（3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作，工作系統(tǒng)工作的時候。此時液控?fù)Q向閥的位置發(fā)生了變化，由系統(tǒng)上部位移至系統(tǒng)下部，順序閥被打開，工作系統(tǒng)處于小開口工作，邏輯閥的閥口會逐漸減少，最后關(guān)閉，這個時候的變量泵不會與工作系統(tǒng)發(fā)生合流，但泵量仍然處于最小值，油液也由其向工作系統(tǒng)提供，且多余油液能夠分流到邏輯閥的EF口，經(jīng)過卸荷后再返回郵箱，若系統(tǒng)處于大開口工作，前后壓的壓力減小，邏輯閥會開啟，最后實現(xiàn)雙泵合流。

（4）轉(zhuǎn)型系統(tǒng)與工作系統(tǒng)同時工作的時候。與前一種情況一樣，液控?fù)Q向閥位于系統(tǒng)下部，這個時候，流量放大閥的壓力轉(zhuǎn)移至順序閥的彈簧腔中，變量泵的壓力作用也變換至彈簧腔的上腔，需要注意的是，順序閥彈簧壓力不應(yīng)設(shè)定的過強(qiáng)，以1MPa為最好。

（5）發(fā)動機(jī)速度慢，轉(zhuǎn)向器卻快速轉(zhuǎn)動的時候[3]。變量泵輸出流量的壓力，即使通過放大閥的放大也不能將順序閥推開，這個時候變量本輸出的流向便全部轉(zhuǎn)移給了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不會與工作系統(tǒng)產(chǎn)生合流。

（6）發(fā)動機(jī)速度快，轉(zhuǎn)向器卻緩慢轉(zhuǎn)動的時候。變量泵輸出的多余流量能夠通過放大閥的放大將順序閥順利推開，與工作系統(tǒng)實現(xiàn)雙泵合流，但必須保證定變量液壓系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)先轉(zhuǎn)向，只有這樣系統(tǒng)的工作效率才能得到有效提升。另外，工作系統(tǒng)如果處于小工況下，節(jié)能效果會更加明顯，這主要是因為定量泵分流至邏輯閥，使得工作系統(tǒng)的流量增長，從而為換向閥中的旁路減少了一定的損失。

三、裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)的節(jié)能分析

（一）全變量系統(tǒng)的節(jié)能分析

本文以動臂提升工況動作為例，對裝載機(jī)定變量系統(tǒng)與全變量系統(tǒng)進(jìn)行了分析，利用相應(yīng)的功率公式與數(shù)據(jù)處理，對兩種系統(tǒng)所消耗的功率進(jìn)行了具體比較，其中，全變量系統(tǒng)的節(jié)能分析結(jié)果如下：

當(dāng)節(jié)流閥閥芯位移超過10毫米的時候，中位卸荷口是不通的，定量泵的油液全部輸給了工作系統(tǒng)，沒有旁路與其分流，這一階段的功率消耗較小，全變量系統(tǒng)的工作效率也隨之變小；當(dāng)節(jié)流閥閥芯位移未超過10毫米的時候，中位卸荷口與工作系統(tǒng)相通，定量泵輸出的流量多于系統(tǒng)需求，多余的流量便會被輸送回郵箱，功率消耗降低，系統(tǒng)效率降低；當(dāng)節(jié)流閥閥芯位移小于6毫米的時候，定量泵中輸出的流量不流向工作系統(tǒng)，也不與旁路節(jié)流，而是全部流回油箱，這一階段的全變量系統(tǒng)無法進(jìn)行作業(yè)，消耗功率與效率皆為零[4]。

（二）定變量系統(tǒng)的節(jié)能分析

定變量系統(tǒng)的節(jié)能分析結(jié)果如下：

當(dāng)節(jié)流閥閥芯位移至12毫米的時候，變量泵的排量為最大值，也就說明系統(tǒng)的功率消耗逐漸趨于穩(wěn)定，大約為82%左右，這個時候其功率消耗等同于兩個定量泵的消耗水平；當(dāng)節(jié)流閥閥芯位移至12毫米～8毫米的時候，換向閥的閥口會隨之變小，變量泵的排量也會有一定程度的減小，變量泵只需要輸出系統(tǒng)需要的流量即可，沒有必要承擔(dān)旁路的節(jié)流損失，由此，定變量系統(tǒng)消耗的功率便有所下降，大約為80%左右；當(dāng)節(jié)流閥閥芯移至8毫米以下的時候，工作系統(tǒng)的供油來源只通過定量泵，定變量系統(tǒng)消耗的功率會一直持續(xù)下降，效率也會開始降低，但仍然高于全定量系統(tǒng)[5]。

由此可見，定變量系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯強(qiáng)于全變量系統(tǒng)，尤其是在小流量工況和小規(guī)模作業(yè)中。

四、結(jié)論

為了提升裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)工作水平，本文將裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)工作原理與節(jié)能分析作為主要研究內(nèi)容，在闡述其概念的基礎(chǔ)上，對定變量系統(tǒng)的節(jié)能分析、全變量系統(tǒng)的節(jié)能分析做出系統(tǒng)探究，研究結(jié)果表明，裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和工作系統(tǒng)，其工作原理大不相同。在未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對裝載機(jī)定變量液壓系統(tǒng)工作原理與節(jié)能分析的研究，進(jìn)而確保裝載機(jī)液壓系統(tǒng)得到更為廣泛的應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]石軍鋒，韋茂志，王允，付瑩.液阻在裝載機(jī)液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].工程機(jī)械，2017，48（09）：56-60.

[2]王匡.裝載機(jī)液壓系統(tǒng)常見故障分析及維修[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（05）：118+168.

[3]張文生.裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的故障診斷與排除探析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017，7（02）：64-65.

[4]劉旭，秦四成，翟美玉，張鵬，張民.裝載機(jī)液壓系統(tǒng)熱平衡研究[J].工程機(jī)械，2017，48（01）：31-37.

[5]韓慧仙.基于行走制動能量回收的裝載機(jī)輔助驅(qū)動液壓系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2016，44（22）：123-126.