装载机定变量液压系统工作原理与节能分析

李建冬

【摘 要】本文针对装载机定变量液压系统的研究，将从定变量液压系统的相关概述入手，对装载机定变量液压系统工作原理与节能效果进行深入分析，以此推动我国工程技术的发展。此次研究选用的是文献研究法和案例分析法，通过查找相关文献和案例，为文章的分析提供理论基础。通过文章的分析得知，装载机定变量液压系统的节能效果较强，希望本文的研究，能在一定程度上对提高装载机定变量液压系统的工作水平和节能效果提供参考性意义。

【关键词】装载机；定变量；液压系统

作为工程机械的一种，装载机具有其他工程机械没有的优点，不仅作业的速度快，而且机动性能较好，但在能源问题越来越得到重视的今天，装载机的操作复杂、变化频繁、能耗较高等缺点渐渐得到凸显，需要对装载机定变量液压系统工作原理与节能分析进行深入分析，方能提高装载机的节能效果，为装载机的未来发展提供方向。

一、定变量液压系统相关概述

作为装载机的重要组成部分，液压系统的能源消耗所占的比重是最大的，大约为百分之七十左右，也正是因为如此，降低液压系统的能耗是实现装载机节能的重中之重。目前，全定量液压系统在我国得到了较为广泛的应用，国内大多数工程所用的装载机都是这一液压系统，该液压系统由转向系统与工作系统组成，虽然得到了一定的普及，但其溢流较大、节流损失大、效率低下的缺点，并不利于装载机的节能发展。反观国外，国外的装载机采用的是双变量泵液压系统，与我国的全定量液压系统相比，其节能效果更为明显，但是成本相对全变量液压系统要稍高一些，因此，我国装载机的发展方向应为如何设计出既节能成本又低的液压系统。本文所研究的定变量液压系统不仅具有较强的节能效果，而且能够提高装载机的整体运行效率[1]。

二、装载机定变量液压系统的工作原理

（一）转向系统与工作系统

装载机的定变量液压系统由负载敏感液压转向系统与工作液压系统组成（下文简称为转向系统与工作系统），转向系统主要由三大部分组成，分别为流量转换阀组、流量放大阀、负载敏感泵，其中，流量转换阀的主要组成部分有顺序阀、液控换向阀、逻辑阀等；工作系统主要由五部分组成，分别为定量泵、分流卸荷阀组、换向阀、梭阀组、节流阀，其中，分流卸荷阀组在工作系统中起着格外重要的作用，其主要组成部分为压力控制阀、二位三通逻辑阀、卸荷阀。其主要工作原理如图一所示：

（二）转向系统与工作系统的原理

依据图一所示，转向系统与工作系统的工作原理主要分为六种情况：

（1）转向系统与工作系统全部不工作的时候[2]。这个时候换向阀与流量放大阀的位置位于系统中部，液控换向阀位于系统上部，即初始位置，当系统阀口关闭后，变量泵的状态自动为最小排量，定量泵中的油液经过分流后流入二位三通逻辑阀中，并在EF口完成卸荷工作

（2）转向系统工作，工作系统不工作的时候。这个时候液控换向阀依然处于初始位置，顺序阀的状态也一直都是封闭的，因工作系统不工作，合流无法流入工作系统，只能转为只为转向系统供油，而后油液分流进入二位三通逻辑阀，卸荷工作在EF口进行。

（3）转向系统不工作，工作系统工作的时候。此时液控换向阀的位置发生了变化，由系统上部位移至系统下部，顺序阀被打开，工作系统处于小开口工作，逻辑阀的阀口会逐渐减少，最后关闭，这个时候的变量泵不会与工作系统发生合流，但泵量仍然处于最小值，油液也由其向工作系统提供，且多余油液能够分流到逻辑阀的EF口，经过卸荷后再返回邮箱，若系统处于大开口工作，前后压的压力减小，逻辑阀会开启，最后实现双泵合流。

（4）转型系统与工作系统同时工作的时候。与前一种情况一样，液控换向阀位于系统下部，这个时候，流量放大阀的压力转移至顺序阀的弹簧腔中，变量泵的压力作用也变换至弹簧腔的上腔，需要注意的是，顺序阀弹簧压力不应设定的过强，以1MPa为最好。

（5）发动机速度慢，转向器却快速转动的时候[3]。变量泵输出流量的压力，即使通过放大阀的放大也不能将顺序阀推开，这个时候变量本输出的流向便全部转移给了转向系统，不会与工作系统产生合流。

（6）发动机速度快，转向器却缓慢转动的时候。变量泵输出的多余流量能够通过放大阀的放大将顺序阀顺利推开，与工作系统实现双泵合流，但必须保证定变量液压系统中的转向系统优先转向，只有这样系统的工作效率才能得到有效提升。另外，工作系统如果处于小工况下，节能效果会更加明显，这主要是因为定量泵分流至逻辑阀，使得工作系统的流量增长，从而为换向阀中的旁路减少了一定的损失。

三、装载机定变量液压系统的节能分析

（一）全变量系统的节能分析

本文以动臂提升工况动作为例，对装载机定变量系统与全变量系统进行了分析，利用相应的功率公式与数据处理，对两种系统所消耗的功率进行了具体比较，其中，全变量系统的节能分析结果如下：

当节流阀阀芯位移超过10毫米的时候，中位卸荷口是不通的，定量泵的油液全部输给了工作系统，没有旁路与其分流，这一阶段的功率消耗较小，全变量系统的工作效率也随之变小；当节流阀阀芯位移未超过10毫米的时候，中位卸荷口与工作系统相通，定量泵输出的流量多于系统需求，多余的流量便会被输送回邮箱，功率消耗降低，系统效率降低；当节流阀阀芯位移小于6毫米的时候，定量泵中输出的流量不流向工作系统，也不与旁路节流，而是全部流回油箱，这一阶段的全变量系统无法进行作业，消耗功率与效率皆为零[4]。

（二）定变量系统的节能分析

定变量系统的节能分析结果如下：

当节流阀阀芯位移至12毫米的时候，变量泵的排量为最大值，也就说明系统的功率消耗逐渐趋于稳定，大约为82%左右，这个时候其功率消耗等同于两个定量泵的消耗水平；当节流阀阀芯位移至12毫米～8毫米的时候，换向阀的阀口会随之变小，变量泵的排量也会有一定程度的减小，变量泵只需要输出系统需要的流量即可，没有必要承担旁路的节流损失，由此，定变量系统消耗的功率便有所下降，大约为80%左右；当节流阀阀芯移至8毫米以下的时候，工作系统的供油来源只通过定量泵，定变量系统消耗的功率会一直持續下降，效率也会开始降低，但仍然高于全定量系统[5]。

由此可见，定变量系统的节能效果明显强于全变量系统，尤其是在小流量工况和小规模作业中。

四、结论

为了提升装载机定变量液压系统工作水平，本文将装载机定变量液压系统工作原理与节能分析作为主要研究内容，在阐述其概念的基础上，对定变量系统的节能分析、全变量系统的节能分析做出系统探究，研究结果表明，装载机定变量液压系统分为转向系统和工作系统，其工作原理大不相同。在未来，还需进一步加强对装载机定变量液压系统工作原理与节能分析的研究，进而确保装载机液压系统得到更为广泛的应用。

【参考文献】

[1]石军锋，韦茂志，王允，付莹.液阻在装载机液压系统中的应用研究[J].工程机械，2017，48（09）：56-60.

[2]王匡.装载机液压系统常见故障分析及维修[J].现代制造技术与装备，2017（05）：118+168.

[3]张文生.装载机液压系统的故障诊断与排除探析[J].现代工业经济和信息化，2017，7（02）：64-65.

[4]刘旭，秦四成，翟美玉，张鹏，张民.装载机液压系统热平衡研究[J].工程机械，2017，48（01）：31-37.

[5]韩慧仙.基于行走制动能量回收的装载机辅助驱动液压系统设计[J].机床与液压，2016，44（22）：123-126.