胡 義，秦家升，石立京，史繼江，劉松陽(yáng)

（徐州徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

1 研究背景

大噸位挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)大都采用多泵多閥的供油方式，流量較大。特別是挖掘機(jī)在低溫情況下啟動(dòng)工作時(shí)，液壓油粘度高，造成液壓系統(tǒng)的液阻較大，產(chǎn)生較大的背壓?；蛘咴谀骋还r下，特別是油缸小腔進(jìn)油的情況，由于油缸的流量突然增加，背壓閥及旁通閥前的背壓也會(huì)突然變大。由于回轉(zhuǎn)減速機(jī)的補(bǔ)油口在背壓閥前，壓力太大會(huì)造成對(duì)回轉(zhuǎn)減速機(jī)軸封的傷害。另外，補(bǔ)油口壓力太大會(huì)使挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的主溢流壓力變大，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)減速機(jī)出現(xiàn)超扭現(xiàn)象，使減速機(jī)的壽命和其它液壓元件壽命下降，同時(shí)背壓太大也會(huì)影響液壓系統(tǒng)的整體性能。圖1是液壓油溫度-粘度曲線。

圖1 溫度-粘度關(guān)系

圖2 傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)回路

傳統(tǒng)的挖掘機(jī)液壓回油系統(tǒng)主要由背壓閥和旁通閥構(gòu)成，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)回油系統(tǒng)背壓實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)（如圖2所示）。本文介紹了兩種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)回油背壓控制的設(shè)計(jì)方案，兩種方案都是在回油系統(tǒng)中并聯(lián)液壓邏輯閥，通過(guò)邏輯閥的分流來(lái)減小回油系統(tǒng)壓力。一種方案是通過(guò)回油系統(tǒng)壓力對(duì)液控?fù)Q向閥的控制，控制回油系統(tǒng)中邏輯閥的通斷，另外一種方案是通過(guò)車載控制器檢測(cè)回油系統(tǒng)的壓力控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯閥通斷的控制。

2 液控分流裝置設(shè)計(jì)

圖2中，挖掘機(jī)回油系統(tǒng)的液壓油通過(guò)背壓閥和旁通閥進(jìn)入油箱，當(dāng)挖掘機(jī)在某工況出現(xiàn)大流量沖擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大背壓（M點(diǎn)壓力）。若原來(lái)液壓系統(tǒng)的溢流值設(shè)定為Pm，此時(shí)M點(diǎn)背壓值為Px，此時(shí)的溢流值則為Pm+Px，對(duì)液壓系統(tǒng)元件和散熱器都會(huì)造成損傷，但系統(tǒng)無(wú)法自身消除。背壓閥和旁通閥是開(kāi)啟壓力不同的單向閥，M點(diǎn)壓力大小在油液粘稠度相同的情況下由流量大小確定，因此減小通過(guò)單向閥的流量是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。圖3提供了一種液控分流系統(tǒng)方案。該液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括邏輯閥、節(jié)流閥、液控?fù)Q向閥及回油系統(tǒng)的背壓閥、旁通閥、油散和回油過(guò)濾器。邏輯閥的進(jìn)油口P口通過(guò)管路與回油系統(tǒng)連接，出油口T口與油箱相通，換向閥3的控制口Pa口與邏輯閥3的進(jìn)油口P口連接，換向閥2的進(jìn)油口與邏輯閥1的控制C口連接，換向閥3的出油口與油箱連接。邏輯閥只有在C口連通油箱時(shí)方可開(kāi)啟，部分流量將由P口通過(guò)T口回油箱。為防止換向閥的控制口Pa出現(xiàn)大流量沖擊造成閥芯的損壞，在P口和Pa口之間連接可調(diào)節(jié)流閥。節(jié)流閥流量通用公式為

式中 A——流量閥的過(guò)流面積；

ΔP——節(jié)流閥前后口壓力差；

K—— 節(jié)流系數(shù)，由再生閥節(jié)流孔形狀確定，為常數(shù)；

m——由節(jié)流孔形狀和指數(shù)確定，為常數(shù)。

回油系統(tǒng)設(shè)置一定的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，邏輯閥開(kāi)啟。設(shè)M點(diǎn)壓力設(shè)定值為P1，換向閥的Pa口換向壓力為P2，則

故節(jié)流閥需設(shè)定合適的通流面積。當(dāng)M口壓力大于設(shè)定值時(shí)，邏輯閥1的彈簧打開(kāi)，回油系統(tǒng)的部分液壓油會(huì)由分流裝置的P口和T口直接流回油箱，不會(huì)使背壓閥前產(chǎn)生過(guò)大的背壓。當(dāng)P口壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，邏輯閥3關(guān)閉，液壓油通過(guò)背壓閥4和旁通閥6回油箱。

圖3 液控分流方案

本方案是通過(guò)壓力控制液控?fù)Q向閥，對(duì)回油系統(tǒng)進(jìn)行分流控制，無(wú)論回油系統(tǒng)流量如何變化，回油系統(tǒng)的背壓始終控制在合理范圍內(nèi)，在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，有效地保護(hù)了系統(tǒng)液壓元件。但是液壓油有時(shí)由于環(huán)境溫度的變化而引起粘度的變化，特別是低溫環(huán)境，剛剛啟動(dòng)時(shí)，液壓油會(huì)很粘稠。如圖1所示，5種型號(hào)的液壓油在不同溫度的粘度范圍，粘度在16～36范圍內(nèi)為最佳工作狀態(tài)。以46號(hào)為例，該型號(hào)液壓油為挖掘機(jī)液壓油常用液壓油，46號(hào)液壓油達(dá)到最佳粘度的溫度為55℃左右，而北方露天礦溫度極低，溫度較低時(shí)液壓油粘度很高，在挖掘機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大壓力，因此，在極寒或者高溫的工作環(huán)境下，節(jié)流閥的調(diào)整值會(huì)不一樣。

3 電控分流裝置設(shè)計(jì)

另外一種回油系統(tǒng)的分流方案是電液結(jié)合控制，主要是在回油系統(tǒng)的M點(diǎn)處安裝一個(gè)壓力傳感器，壓力傳感器的控制信號(hào)與車載控制器連接，如圖4所示。

邏輯閥1只有在C口通油箱方可打開(kāi)，圖4中，由電磁閥3來(lái)控制邏輯閥1的C口與油箱的通斷。當(dāng)傳感器2檢測(cè)到M點(diǎn)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，車載控制器檢測(cè)到壓力信號(hào)，電磁閥3得電換向。當(dāng)C口與油箱連通，則P口與T口連通，回油系統(tǒng)的部分液壓油則經(jīng)由P口流回油箱。當(dāng)檢測(cè)到壓力傳感器壓力小于設(shè)定值，則車載控制器輸出0信號(hào)，電磁閥失電，邏輯閥則關(guān)閉。

圖4 電控分流方案

電控設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)是克服了環(huán)境溫度對(duì)液壓油的影響，僅需通過(guò)傳感器檢測(cè)壓力來(lái)判斷邏輯閥的開(kāi)啟（分流），可靠性更好。

4 結(jié)束語(yǔ)

挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)較其他工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)更加復(fù)雜，工況和工作環(huán)境更惡劣。挖掘機(jī)在工作過(guò)程中，正常的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)是總流量1/3的液壓油經(jīng)過(guò)旁通閥，其余2/3的液壓油經(jīng)過(guò)背壓閥、通過(guò)油散和過(guò)濾器流回油箱。而增加回油系統(tǒng)的分流裝置則僅僅是一種選配設(shè)計(jì)，總的設(shè)計(jì)思想還是設(shè)置合理背壓，背壓過(guò)大不僅會(huì)造成液壓件的傷損，還會(huì)導(dǎo)致挖掘機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作緩慢，造成挖掘機(jī)的操作性不穩(wěn)定以及油缸或馬達(dá)的吸空，因此挖掘機(jī)回油系統(tǒng)背壓閥和旁通閥參數(shù)的選取至關(guān)重要。