牟少良

（山東黃金集團(tuán)煙臺(tái)設(shè)計(jì)研究工程有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

鏟運(yùn)機(jī)液壓系統(tǒng)雙泵合流技術(shù)分析

牟少良

（山東黃金集團(tuán)煙臺(tái)設(shè)計(jì)研究工程有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

雙泵合流是鏟運(yùn)機(jī)工作轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)逐漸流行的一種技術(shù)，文章對(duì)該技術(shù)提出的外部因素，該技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并對(duì)典型的雙泵合流液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

地下鏟運(yùn)機(jī)；工作與轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)；雙泵合流

1 雙泵合流液壓系統(tǒng)出現(xiàn)的背景

鏟運(yùn)機(jī)工作轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)以前設(shè)計(jì)采用工作與轉(zhuǎn)向分泵供油系統(tǒng)，但是隨著社會(huì)發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，能源的枯竭，節(jié)能降耗成為了世界的主題，也成為井下采掘礦方采購(gòu)設(shè)備的一個(gè)考慮因素。因?yàn)殓P運(yùn)機(jī)采用的動(dòng)力系統(tǒng)是柴油機(jī)，而柴油機(jī)的價(jià)格是翻了幾倍，因此降低能耗便能提高采礦成本。設(shè)備生產(chǎn)方也逐漸轉(zhuǎn)型，以前宣傳的粗放型、大能耗設(shè)備逐漸向節(jié)能型、環(huán)保型的設(shè)備發(fā)展。

對(duì)于鏟運(yùn)機(jī)，可以從以下方面做到節(jié)能降耗：首先，鏟運(yùn)機(jī)整機(jī)本身來(lái)說(shuō)，主要能耗在發(fā)動(dòng)機(jī)、雙變系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，采用多級(jí)燃燒、電控供油技術(shù)，使燃油充分燃燒，提高效率，減少排放。雙變系統(tǒng)，即變矩器、變速箱，確實(shí)是節(jié)能的主要部件，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)變矩器工作效率普遍不高，基本在0.8左右，進(jìn)口雙變能提高到0.83左右?；疽堰_(dá)到變矩器極限效率，但后面很難提高。變速箱就是齒輪箱，由以前的行星式改為現(xiàn)在定軸式，直齒齒輪改為斜齒齒輪，現(xiàn)在的齒輪傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)很成熟，要想在此成熟的技術(shù)上再提高效率，困難可想而知。既然上述節(jié)能關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)施起來(lái)都有困難，那么就只剩下液壓系統(tǒng)了，雙泵合流液壓系統(tǒng)就在此背景下發(fā)展起來(lái)。

2 雙泵合流液壓系統(tǒng)的原理

關(guān)于雙泵合流液壓系統(tǒng)，先介紹一下非合流液壓系統(tǒng)（雙泵分置液壓系統(tǒng)）。工作、轉(zhuǎn)向雙泵分置液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。轉(zhuǎn)向、工作液壓系統(tǒng)分別有各自的分泵進(jìn)行供油，左邊的轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)采用流量80mL/min分泵供油，右邊工作液壓系統(tǒng)采用流量160mL/min分泵供油，兩套系統(tǒng)單獨(dú)工作，互不影響。

圖1 工作轉(zhuǎn)向雙泵分置液壓系統(tǒng)原理圖

當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分泵通過(guò)全液壓轉(zhuǎn)向器給轉(zhuǎn)向油缸進(jìn)行供油，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。當(dāng)不轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向分泵提供的油流經(jīng)溢流閥1回油箱。而工作系統(tǒng)單獨(dú)由工作液壓分泵進(jìn)行供油，工作時(shí)轉(zhuǎn)向液壓分泵提供的油流經(jīng)多路換向閥中位回油箱，工作時(shí)提供各工作液壓缸液壓油。

圖2是采用分泵合流液壓系統(tǒng)的原理圖。轉(zhuǎn)向、工作系統(tǒng)各采用一個(gè)液壓泵進(jìn)行供油，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)全液壓轉(zhuǎn)向器時(shí)，轉(zhuǎn)向液壓泵的油液通過(guò)優(yōu)先閥分配給轉(zhuǎn)向液壓缸進(jìn)行轉(zhuǎn)向；當(dāng)轉(zhuǎn)向器不動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)向泵的油液通過(guò)優(yōu)先閥分配和工作液壓泵合流給工作系統(tǒng)通過(guò)多路換向閥鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行動(dòng)臂舉升、翻斗等動(dòng)作。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與工作系統(tǒng)均不工作時(shí)，泵的油液通過(guò)多路換向閥的中位回油箱。

圖2 雙泵合流液壓系統(tǒng)原理

3 雙泵合流液壓系統(tǒng)的節(jié)能原理

雙泵分置液壓系統(tǒng)鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向工況時(shí)，工作液壓系統(tǒng)沒(méi)有任何動(dòng)作，但是此時(shí)工作泵依然在工作，提供的液壓流量經(jīng)過(guò)多路換向閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)多路閥）回到液壓油箱，在這個(gè)過(guò)程中，由于油液流經(jīng)優(yōu)先閥和多路閥的閥口產(chǎn)生的節(jié)流損失以及液壓系統(tǒng)自身的壓力損失，背壓基本在3MPa左右，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，造成能量的浪費(fèi)，工作泵的排量基本在80～160mL/min，能力浪費(fèi)巨大。對(duì)于轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)是為了滿(mǎn)足怠速時(shí)的轉(zhuǎn)向要求，轉(zhuǎn)向泵的排量基本在80mL/min左右，當(dāng)不進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向泵依然會(huì)工作，依然會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，造成浪費(fèi)?；谝陨蟽牲c(diǎn)，雙泵合流液壓系統(tǒng)將兩個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行融合，采用一個(gè)泵給兩個(gè)系統(tǒng)供油或者兩個(gè)泵供油，但工作泵采用一個(gè)小流量液壓泵，在滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)要求的同時(shí)，降低工作泵的排量，當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不工作時(shí)將轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)多余的流量合流到工作液壓系統(tǒng)，這就降低了流量損失、壓力損失，增加了效率降低了能耗。

4 優(yōu)先閥的結(jié)構(gòu)原理

優(yōu)先閥結(jié)構(gòu)及其工作原理如圖3所示，主要由轉(zhuǎn)向安全閥、彈簧、閥芯及閥體組成。其中P口為轉(zhuǎn)向泵進(jìn)油口，CF口與轉(zhuǎn)向器進(jìn)油口連接，EF口與工作系統(tǒng)的多路閥進(jìn)油口連接，LS口與轉(zhuǎn)向器的控制口連接，T口為安全閥回油口。

當(dāng)P口進(jìn)油時(shí)，液壓油經(jīng)閥芯3優(yōu)先供應(yīng)到CF口。當(dāng)轉(zhuǎn)向器不工作時(shí)，CF口處于封閉狀態(tài)，此時(shí)LS口的壓力為零，閥芯右端進(jìn)油，液壓力作用在閥芯右端，克服彈簧2的預(yù)壓力，使閥芯向左移動(dòng)，此時(shí)P口與EF口連通，轉(zhuǎn)向泵油合流到工作系統(tǒng)中去，從而實(shí)現(xiàn)雙泵合流。當(dāng)轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，CF口經(jīng)轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向油缸連接，轉(zhuǎn)向泵來(lái)油進(jìn)入轉(zhuǎn)向油缸，使裝載機(jī)轉(zhuǎn)向；LS口的壓力信號(hào)通過(guò)節(jié)流小孔作用在閥芯的左端，此時(shí)閥芯右端的壓力較轉(zhuǎn)向器出口的壓力低，由于閥芯左右兩端壓差的變化及彈簧的作用，當(dāng)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)速很大時(shí)，使得閥芯向右移動(dòng)至關(guān)閉，液壓油優(yōu)先供給轉(zhuǎn)向。當(dāng)轉(zhuǎn)向負(fù)荷超過(guò)額定值時(shí)，LS口的壓力油使轉(zhuǎn)向安全閥1開(kāi)啟，LS口卸壓，閥芯左移，轉(zhuǎn)向泵來(lái)油合流到工作系統(tǒng)中。當(dāng)工作系統(tǒng)不工作時(shí)，經(jīng)多路閥中的中立位置卸荷。

圖3 優(yōu)先閥機(jī)構(gòu)原理圖

5 雙泵合流液壓系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)

鏟運(yùn)機(jī)工作時(shí)工況要求是低壓大流量，高壓小流量。鏟運(yùn)機(jī)目前普遍采用定量液壓泵，也就是液壓泵的排量是一定的，當(dāng)重載工作時(shí)，此時(shí)需要液壓系統(tǒng)高液壓力的輸出。當(dāng)鏟運(yùn)機(jī)工作時(shí)需要輸出大工作力，因此，要加大柴油機(jī)的油門(mén)來(lái)獲得大功率，而發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)增大，這時(shí)液壓系統(tǒng)流量增大。因?yàn)樵诖斯r下需要小流量，現(xiàn)在工作泵與轉(zhuǎn)向泵的液流全部供給工作系統(tǒng)，這時(shí)大部分的液流通過(guò)多路閥的高壓溢流閥進(jìn)行卸荷。在此種情況下，增加了能率損失；當(dāng)高壓溢流閥調(diào)定壓力過(guò)高，液壓系統(tǒng)功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

雙泵合流液壓系統(tǒng)主要用在兩個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力基本相同的液壓系統(tǒng)中，在重載工作時(shí)要對(duì)轉(zhuǎn)向流向工作系統(tǒng)的多余液流進(jìn)行卸荷，進(jìn)行回油箱。這樣既能減少能量損失，發(fā)動(dòng)機(jī)也可以在正常情況下工作。

［1］高夢(mèng)雄.地下裝載機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

［2］高夢(mèng)熊.地下裝載機(jī)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

Analysis of Double Pump Combined Technology for Hydraulic System of Scraper

MOU Shao-liang
（Shandong Gold Group Yantai Design Research Engineering Co.，Ltd.，Yantai，Shandong 264006，China）

The double-pump confluence is a technique that gradually becomes popular in the hydraulic system of the scraper. The paper introduces the external factors of the technology，the principle and advantages and disadvantages of this technology，and analyzes the typical double-pumped hydraulic system.

underground scraper；work and steering hydraulic system；double pump confluence

TH325

A

2095-980X（2017）06-0091-02

2017-05-08

牟少良（1984-），山東招遠(yuǎn)人，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：地下無(wú)軌設(shè)備、工程機(jī)械。