新型增壓供油系統(tǒng)在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用

楊琳　閆飛

摘要：工程機械中吸油困難現(xiàn)象導(dǎo)致的精密液壓件損壞故障越來越多，部分技術(shù)人員通過將壓縮氣體通入油箱的方式實現(xiàn)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(dǎo)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(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計日益緊湊的趨勢下，這種油箱增壓方式無法獲得大規(guī)模應(yīng)用。針對上述缺陷，現(xiàn)提供一種新型增壓供油系統(tǒng)，能在起到增壓作用的同時降低油液中的空氣含量。

關(guān)鍵詞：增壓油箱;液壓系統(tǒng);控制功能;應(yīng)用

0? ? 引言

當前增壓油箱已廣泛應(yīng)用于船舶、航空等軍工領(lǐng)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(lǐng)域，有技術(shù)人員為提高控制剛性與響應(yīng)速度，采用增設(shè)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(lǐng)域的負載所需流量較均勻且執(zhí)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(zhí)行件數(shù)量較多的液壓系統(tǒng)，故工程機械領(lǐng)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(tǒng)，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(shè)有第一閥門;主油箱與副油箱之間分別經(jīng)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(tǒng)提供壓力油;副油箱上設(shè)有真空泵，用于將副油箱內(nèi)氣體抽出。針對工程機械負載所需流量不均勻且執(zhí)行件數(shù)量多的特點，本系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，該系統(tǒng)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(shè)有第一閥門4和第一開關(guān)閥16，第一開關(guān)閥16主要供儲氣裝置3充放氣使用，系統(tǒng)工作時第一開關(guān)閥16保持常閉狀態(tài);在蓄能器2和儲氣裝置3間的連通管路上設(shè)有第二開關(guān)閥17，第二開關(guān)閥17在系統(tǒng)工作時保持常開狀態(tài)，可在系統(tǒng)維修保養(yǎng)時斷開，保證系統(tǒng)安全性。蓄能器2用于吸收主油箱1工作過程中產(chǎn)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(nèi)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(shè)置在缸筒22內(nèi)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(nèi)部，亦可置于主油箱1外部。

2? ? 增壓供油系統(tǒng)控制功能分析

本文的增壓供油系統(tǒng)還包括控制機構(gòu)，控制機構(gòu)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(jù)各傳感器的信號控制真空泵11和補油泵15的工作狀態(tài)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(yōu)先選用便于自動化控制的電磁閥。

3? ? 增壓供油系統(tǒng)工作方式

當主油箱1處于流量均勻狀態(tài)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(nèi)的儲放液體積大于相應(yīng)執(zhí)行件完成動作所需的油液）：主油箱1內(nèi)充滿油液，蓄能器2的活塞21自由浮動至兩側(cè)壓力平衡，此時第一閥門4和第二閥門7處于閉合狀態(tài)，第一液位傳感器5和第一壓力傳感器6無信號發(fā)出;當?shù)诙何粋鞲衅?2檢測到副油箱10內(nèi)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(nèi);當?shù)诙何粋鞲衅?2檢測到副油箱10內(nèi)油液處于低液位時，真空泵11工作，將副油箱10內(nèi)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(nèi)部的壓力達到預(yù)設(shè)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(tài)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(nèi)的儲放液體積小于相應(yīng)執(zhí)行件完成動作所需的油液）：蓄能器2的活塞21由于兩側(cè)壓力相差過大快速滑向油路接口25所在側(cè)，位移傳感器23發(fā)出信號，第一閥門4開啟，儲氣裝置3內(nèi)的壓縮氣體進入主油箱1，為主油箱1內(nèi)部增壓，保證液壓油泵8正常吸油;當主油箱1內(nèi)的液位降至預(yù)設(shè)低液位值時，第一液位傳感器5發(fā)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(nèi)部液位升高時，主油箱1內(nèi)部的壓力隨之升高，當?shù)谝灰何粋鞲衅?檢測到主油箱1內(nèi)的液位達到預(yù)設(shè)高液位值時發(fā)出信號，第一閥門4關(guān)閉，主油箱2與儲氣裝置3斷開連通;當?shù)谝粔毫鞲衅?檢測到主油箱1內(nèi)部壓力達到預(yù)設(shè)高壓值時，第二閥門7開啟，主油箱1內(nèi)部的油液溢出至副油箱10。

在實際工作中，可以根據(jù)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(tài)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(xiàn)液壓油泵8吸油困難的現(xiàn)象;當主油箱1處于流量均勻狀態(tài)時，副油箱10可以根據(jù)需要及時抽出油液中的氣體，有助于提高液壓系統(tǒng)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(jié)構(gòu)設(shè)計的需求。

4? ? 某增壓供油系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)管道與主油箱相接;直流電機分別驅(qū)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(shè)計實例中，副油箱放置方式靈活，可放置于車架結(jié)構(gòu)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(jié)語

本文主要針對工程機械液壓系統(tǒng)負載所需流量不均勻且執(zhí)行件數(shù)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(nèi)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(tài)下油液中氣體含量過高的困擾。

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