挖掘機液壓系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行在可靠的區(qū)間，認真分析液壓系統(tǒng)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(jù)相關統(tǒng)計顯示，柴油輸出功率只有近百分之二十會轉(zhuǎn)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(jié)流調(diào)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(tǒng)壓力損失損失問題具有非常現(xiàn)實的意義[1]。

三、挖掘機液壓系統(tǒng)壓力損失的主要原因

黏性流體在管道內(nèi)流動的過程中，就會有阻力的產(chǎn)生，為了有效克服這一部分能量，經(jīng)常會以壓力損失的形式表現(xiàn)出來。壓力損失產(chǎn)生的主要原因是液體本身具有一定的黏性，管道結(jié)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(nèi)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(zhì)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(fā)生。液體在不同的流動狀態(tài)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(fā)生流體質(zhì)點撞擊的情況，最終導致漩渦、二次流以及流動分離現(xiàn)象的發(fā)生。由于液體的黏性作用，其內(nèi)部質(zhì)點之間容易發(fā)生摩擦和動量交換現(xiàn)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(tǒng)管路系統(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定。如果液流不穩(wěn)定時，又遇到了相互干擾的情況，阻力系數(shù)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(nèi)徑。

四、降低液壓挖掘機液壓系統(tǒng)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(nèi)徑，避免出現(xiàn)管道截面突然變化的情況，保證管道內(nèi)壁的加工質(zhì)量，避免出現(xiàn)管道內(nèi)壁粗糙度過大情況的發(fā)生。此外，管道內(nèi)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(xiàn)深孔或者斜孔，這樣可以有效避免渦流情況的發(fā)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(wěn)定，管道直徑過細，就會直接導致管內(nèi)液體流速過高的現(xiàn)象，管道內(nèi)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(jù)相關理論計算，如果管道內(nèi)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(tǒng)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(xiàn)吸空和氣蝕現(xiàn)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(fā)生。因此，應該盡量選擇粘度指數(shù)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(tǒng)主要由選擇閥、溢流閥、單向閥和節(jié)流閥所組成。經(jīng)過大量實驗驗證發(fā)現(xiàn)，油液流經(jīng)挖掘機液壓系統(tǒng)各閥件產(chǎn)生的壓力損失與流經(jīng)管道產(chǎn)生的壓力損失要大很多。一臺液壓挖掘機內(nèi)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)管道彎曲處壓力損失過大的現(xiàn)象，避免管道彎曲嚴重情況的發(fā)生，避免出現(xiàn)折彎管道安裝的情況，合理對接頭和彎頭數(shù)量進行設計。液壓缸和液壓馬達作為挖掘機的核心執(zhí)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(tǒng)的維護工作。為了保證液壓系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)，避免液壓系統(tǒng)出現(xiàn)運行阻力過大的現(xiàn)象，應該認真做好液壓系統(tǒng)的維護工作，定期檢查液壓回路是否和堵塞的現(xiàn)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(tǒng)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(jié)語

隨著時代的不斷發(fā)展，對各種挖掘機的應用不斷增加。針對挖掘機液壓系統(tǒng)壓力損失的情況應該引起足夠的重視，認真分析問題發(fā)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(xiàn)液壓壓力損失過大的現(xiàn)象，有效降低液壓系統(tǒng)故障率和挖掘機使用成本。