裝載機定變量液壓系統工作原理與節能分析

李建冬

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

【關鍵詞】裝載機；定變量；液壓系統

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

一、定變量液壓系統相關概述

作為裝載機的重要組成部分，液壓系統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，降低液壓系統的能耗是實現裝載機節能的重中之重。目前，全定量液壓系統在我國得到了較為廣泛的應用，國內大多數工程所用的裝載機都是這一液壓系統，該液壓系統由轉向系統與工作系統組成，雖然得到了一定的普及，但其溢流較大、節流損失大、效率低下的缺點，并不利于裝載機的節能發展。反觀國外，國外的裝載機采用的是雙變量泵液壓系統，與我國的全定量液壓系統相比，其節能效果更為明顯，但是成本相對全變量液壓系統要稍高一些，因此，我國裝載機的發展方向應為如何設計出既節能成本又低的液壓系統。本文所研究的定變量液壓系統不僅具有較強的節能效果，而且能夠提高裝載機的整體運行效率[1]。

二、裝載機定變量液壓系統的工作原理

（一）轉向系統與工作系統

裝載機的定變量液壓系統由負載敏感液壓轉向系統與工作液壓系統組成（下文簡稱為轉向系統與工作系統），轉向系統主要由三大部分組成，分別為流量轉換閥組、流量放大閥、負載敏感泵，其中，流量轉換閥的主要組成部分有順序閥、液控換向閥、邏輯閥等；工作系統主要由五部分組成，分別為定量泵、分流卸荷閥組、換向閥、梭閥組、節流閥，其中，分流卸荷閥組在工作系統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）轉向系統與工作系統的原理

依據圖一所示，轉向系統與工作系統的工作原理主要分為六種情況：

（1）轉向系統與工作系統全部不工作的時候[2]。這個時候換向閥與流量放大閥的位置位于系統中部，液控換向閥位于系統上部，即初始位置，當系統閥口關閉后，變量泵的狀態自動為最小排量，定量泵中的油液經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）轉向系統工作，工作系統不工作的時候。這個時候液控換向閥依然處于初始位置，順序閥的狀態也一直都是封閉的，因工作系統不工作，合流無法流入工作系統，只能轉為只為轉向系統供油，而后油液分流進入二位三通邏輯閥，卸荷工作在EF口進行。

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

（4）轉型系統與工作系統同時工作的時候。與前一種情況一樣，液控換向閥位于系統下部，這個時候，流量放大閥的壓力轉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設定的過強，以1MPa為最好。

（5）發動機速度慢，轉向器卻快速轉動的時候[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移給了轉向系統，不會與工作系統產生合流。

（6）發動機速度快，轉向器卻緩慢轉動的時候。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，與工作系統實現雙泵合流，但必須保證定變量液壓系統中的轉向系統優先轉向，只有這樣系統的工作效率才能得到有效提升。另外，工作系統如果處于小工況下，節能效果會更加明顯，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、裝載機定變量液壓系統的節能分析

（一）全變量系統的節能分析

本文以動臂提升工況動作為例，對裝載機定變量系統與全變量系統進行了分析，利用相應的功率公式與數據處理，對兩種系統所消耗的功率進行了具體比較，其中，全變量系統的節能分析結果如下：

當節流閥閥芯位移超過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，沒有旁路與其分流，這一階段的功率消耗較小，全變量系統的工作效率也隨之變小；當節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相通，定量泵輸出的流量多于系統需求，多余的流量便會被輸送回郵箱，功率消耗降低，系統效率降低；當節流閥閥芯位移小于6毫米的時候，定量泵中輸出的流量不流向工作系統，也不與旁路節流，而是全部流回油箱，這一階段的全變量系統無法進行作業，消耗功率與效率皆為零[4]。

（二）定變量系統的節能分析

定變量系統的節能分析結果如下：

當節流閥閥芯位移至12毫米的時候，變量泵的排量為最大值，也就說明系統的功率消耗逐漸趨于穩定，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；當節流閥閥芯位移至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需要的流量即可，沒有必要承擔旁路的節流損失，由此，定變量系統消耗的功率便有所下降，大約為80%左右；當節流閥閥芯移至8毫米以下的時候，工作系統的供油來源只通過定量泵，定變量系統消耗的功率會一直持續下降，效率也會開始降低，但仍然高于全定量系統[5]。

由此可見，定變量系統的節能效果明顯強于全變量系統，尤其是在小流量工況和小規模作業中。

四、結論

為了提升裝載機定變量液壓系統工作水平，本文將裝載機定變量液壓系統工作原理與節能分析作為主要研究內容，在闡述其概念的基礎上，對定變量系統的節能分析、全變量系統的節能分析做出系統探究，研究結果表明，裝載機定變量液壓系統分為轉向系統和工作系統，其工作原理大不相同。在未來，還需進一步加強對裝載機定變量液壓系統工作原理與節能分析的研究，進而確保裝載機液壓系統得到更為廣泛的應用。

【參考文獻】

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

[2]王匡.裝載機液壓系統常見故障分析及維修[J].現代制造技術與裝備，2017（05）：118+168.

[3]張文生.裝載機液壓系統的故障診斷與排除探析[J].現代工業經濟和信息化，2017，7（02）：64-65.

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

[5]韓慧仙.基于行走制動能量回收的裝載機輔助驅動液壓系統設計[J].機床與液壓，2016，44（22）：123-126.