大吨位挖掘机回油系统分流方案研究

胡 义，秦家升，石立京，史继江，刘松阳

（徐州徐工矿业机械有限公司，江苏 徐州 221004）

1 研究背景

大吨位挖掘机液压系统大都采用多泵多阀的供油方式，流量较大。特别是挖掘机在低温情况下启动工作时，液压油粘度高，造成液压系统的液阻较大，产生较大的背压。或者在某一工况下，特别是油缸小腔进油的情况，由于油缸的流量突然增加，背压阀及旁通阀前的背压也会突然变大。由于回转减速机的补油口在背压阀前，压力太大会造成对回转减速机轴封的伤害。另外，补油口压力太大会使挖掘机液压系统的主溢流压力变大，导致回转减速机出现超扭现象，使减速机的寿命和其它液压元件寿命下降，同时背压太大也会影响液压系统的整体性能。图1是液压油温度-粘度曲线。

图1 温度-粘度关系

图2 传统液压系统回路

传统的挖掘机液压回油系统主要由背压阀和旁通阀构成，无法实现对回油系统背压实现调节（如图2所示）。本文介绍了两种可以实现对挖掘机回油背压控制的设计方案，两种方案都是在回油系统中并联液压逻辑阀，通过逻辑阀的分流来减小回油系统压力。一种方案是通过回油系统压力对液控换向阀的控制，控制回油系统中逻辑阀的通断，另外一种方案是通过车载控制器检测回油系统的压力控制电磁阀，实现对逻辑阀通断的控制。

2 液控分流装置设计

图2中，挖掘机回油系统的液压油通过背压阀和旁通阀进入油箱，当挖掘机在某工况出现大流量冲击时，会产生较大背压（M点压力）。若原来液压系统的溢流值设定为Pm，此时M点背压值为Px，此时的溢流值则为Pm+Px，对液压系统元件和散热器都会造成损伤，但系统无法自身消除。背压阀和旁通阀是开启压力不同的单向阀，M点压力大小在油液粘稠度相同的情况下由流量大小确定，因此减小通过单向阀的流量是解决问题的关键。图3提供了一种液控分流系统方案。该液压系统设计包括逻辑阀、节流阀、液控换向阀及回油系统的背压阀、旁通阀、油散和回油过滤器。逻辑阀的进油口P口通过管路与回油系统连接，出油口T口与油箱相通，换向阀3的控制口Pa口与逻辑阀3的进油口P口连接，换向阀2的进油口与逻辑阀1的控制C口连接，换向阀3的出油口与油箱连接。逻辑阀只有在C口连通油箱时方可开启，部分流量将由P口通过T口回油箱。为防止换向阀的控制口Pa出现大流量冲击造成阀芯的损坏，在P口和Pa口之间连接可调节流阀。节流阀流量通用公式为

式中 A——流量阀的过流面积；

ΔP——节流阀前后口压力差；

K—— 节流系数，由再生阀节流孔形状确定，为常数；

m——由节流孔形状和指数确定，为常数。

回油系统设置一定的压力，当压力达到设定值时，逻辑阀开启。设M点压力设定值为P1，换向阀的Pa口换向压力为P2，则

故节流阀需设定合适的通流面积。当M口压力大于设定值时，逻辑阀1的弹簧打开，回油系统的部分液压油会由分流装置的P口和T口直接流回油箱，不会使背压阀前产生过大的背压。当P口压力小于设定压力时，逻辑阀3关闭，液压油通过背压阀4和旁通阀6回油箱。

图3 液控分流方案

本方案是通过压力控制液控换向阀，对回油系统进行分流控制，无论回油系统流量如何变化，回油系统的背压始终控制在合理范围内，在不影响系统正常运行的情况下，有效地保护了系统液压元件。但是液压油有时由于环境温度的变化而引起粘度的变化，特别是低温环境，刚刚启动时，液压油会很粘稠。如图1所示，5种型号的液压油在不同温度的粘度范围，粘度在16～36范围内为最佳工作状态。以46号为例，该型号液压油为挖掘机液压油常用液压油，46号液压油达到最佳粘度的温度为55℃左右，而北方露天矿温度极低，温度较低时液压油粘度很高，在挖掘机启动时会产生很大压力，因此，在极寒或者高温的工作环境下，节流阀的调整值会不一样。

3 电控分流装置设计

另外一种回油系统的分流方案是电液结合控制，主要是在回油系统的M点处安装一个压力传感器，压力传感器的控制信号与车载控制器连接，如图4所示。

逻辑阀1只有在C口通油箱方可打开，图4中，由电磁阀3来控制逻辑阀1的C口与油箱的通断。当传感器2检测到M点压力达到设定值时，车载控制器检测到压力信号，电磁阀3得电换向。当C口与油箱连通，则P口与T口连通，回油系统的部分液压油则经由P口流回油箱。当检测到压力传感器压力小于设定值，则车载控制器输出0信号，电磁阀失电，逻辑阀则关闭。

图4 电控分流方案

电控设计方案优点是克服了环境温度对液压油的影响，仅需通过传感器检测压力来判断逻辑阀的开启（分流），可靠性更好。

4 结束语

挖掘机液压系统较其他工程机械的液压系统更加复杂，工况和工作环境更恶劣。挖掘机在工作过程中，正常的参数标准是总流量1/3的液压油经过旁通阀，其余2/3的液压油经过背压阀、通过油散和过滤器流回油箱。而增加回油系统的分流装置则仅仅是一种选配设计，总的设计思想还是设置合理背压，背压过大不仅会造成液压件的伤损，还会导致挖掘机的执行机构动作缓慢，造成挖掘机的操作性不稳定以及油缸或马达的吸空，因此挖掘机回油系统背压阀和旁通阀参数的选取至关重要。