工程机械“半闭式”液压系统技术介绍

2019-06-12

石油化工建设 2019年1期

江苏天嘉车辆技术有限公司江苏扬州 225224

随着液压技术快速发展,工程机械产品越来越多地采用液压系统进行传动控制。工程机械液压系统控制方式传统上分开式系统和闭式系统两种,用户可根据产品使用工况、使用压力、设计成本、布局空间尺寸来选择。上述两种控制方式各有优缺点,都有一定的适用场合。但在液压系统实际设计中还会遇到上述两种系统都不能满足设计要求的情况,比如二类底盘改装中,液压系统设计成本不能太高,无法采用闭式系统;又因工况需要,液压泵的排量很大,超过100mL/r并且有些是双泵系统,需要很大容积和尺寸的液压油箱,同时液压泵到油箱吸油口需要采用通径很大的管路,实际改装中根本不具备满足上述条件的空间尺寸,所以开式系统理论设计上满足,而实际施工却无法满足。为此,可以采用“半闭式”液压系统来满足上述要求。

1 开式、闭式液压系统控制原理及优缺点介绍

开式系统是指液压泵从油箱吸油,通过换向阀给液压缸(或液压马达)供油以驱动工作机构,液压缸(或液压马达)的回油再经换向阀经过液压油散热再回到液压油箱,形成一个开式回路。开式系统具有结构简单、液压元件选择面较广且使用成本较低,液压系统散热性较好等优点,从而降低了液压系统的做功效率。但同时该系统也存在液压元件布局尺寸较大,尤其是需要一个较大容积的液压油箱等缺陷。

闭式系统是指液压泵的进油管直接与执行元件(多为液压马达)的回油管相连,工作液体在系统的管路中进行封闭循环。闭式系统结构较为紧凑,与空气接触机会较少,空气不易渗入系统,故传动的平稳性好、做功效率较高。但闭式系统工作压力多为30～40MPa高压系统,因此液压元件选择面较窄,对液压元件技术要求更高,使用成本更大。另外,因工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现,避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂,由于其工作完的油液不回油箱,液压油箱容积较小,油液的散热和过滤的条件较开式系统差。为了补偿系统中的泄漏,通常还需要一个小排量的齿轮泵进行补油和冲洗散热。一般情况下,闭式系统中的执行元件若采用双作用单活塞杆液压缸,由于大小腔流量不等,在工作过程中会使功率利用率下降,所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。

2 半闭式液压系统控制原理分析

半闭式系统顾名思义是一种介于开式和闭式之间的系统,它很好地吸收了上述两种系统的一些优点,避开了他们一些的缺点。半闭式液压系统的控制原理如图1所示。

图1 半闭式液压系统控制原理图

下面结合图1分析一下其控制原理:

(1)半闭式系统的主要执行元件是液压马达,该原理图是一个电比例柱塞变量泵(以下简称液压泵)控制一个液压马达旋转。当电磁集成阀块(以下简称阀块)上的电磁阀得电,液压泵打出的液压油通过阀块进入液压马达,驱动液压马达旋转做功;其回油再通过阀块进入液压油散热器和回油过滤器后进入液压泵吸油口处,该吸油口处通过单向阀和液压油箱相通。单向阀需要一定压力才可以打开,所以液压系统的回油是优先满足液压泵吸油,吸油存在的富裕油量会同时打开单向阀回到液压油箱。

(2)齿轮泵打出的液压油进入液压油散热器负责给液压系统补油。通过控制液压泵输入电流值和输入转速就控制了液压马达输出转速。反之,当阀块上的电磁阀不得电,液压泵打出的液压油直接通过阀块回油口进入液压油散热器、回油过滤器后进入液压泵吸油口处,该吸油口处通过单向阀和液压油箱相通。单向阀需要一定压力才可以打开,所以液压系统的回油是优先满足液压泵吸油,吸油存在的富裕油量会同时打开单向阀回到液压油箱。

(3)根据图1的液压原理图,无论马达是否做功,液压系统的内泄主要是液压泵和液压马达。齿轮泵直接从液压油箱吸油,负责给液压系统补油,其输出流量要略大于液压泵和液压马达的最大内泄总和。

(4)为了降低油温,在阀块回油管路上安装液压油散热装置;为了保证液压系统清洁度,在散热器出口安装了回油过滤器。通过上述处理后,可以保证进入液压泵吸油口处的液压油的清洁度和油温,从而很好地解决了传统的闭式系统无法解决的油温高、过滤条件差等缺陷。

(5)单向阀也可以选择可调节顺序阀或溢流阀,本原理图中选择单向阀,根据使用经验,其开启压力多选择 2.5～4.0bar。

(6)工作中,尤其是液压泵停止运转过程中,若发生液压泵吸空现象(吸油不足时会发出很尖锐的声音),说明进入液压泵吸油口的流量明显不足,大部分液压油通过单向阀回到油箱。此时需要更换较大开启压力单向阀,直到液压泵不在发生吸空现象为止,但是该压力建议不要超过8bar。

图1液压原理图上的所有液压元件,尤其是液压泵都可以选型开式系统上的液压元件,具有选择面很广、使用成本较低等优点。因采用半闭式系统,液压泵的回油没有全部回到液压油箱,只是补油齿轮泵从液压油箱内吸油,所以液压油箱容积较小,类似于传统闭式系统,因而具有液压油箱尺寸较小、便于布局安装等优点,也间接降低了客户更换液压油的使用成本。实物如图2所示。