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隨著液壓技術(shù)快速發(fā)展,工程機(jī)械產(chǎn)品越來越多地采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動控制。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)控制方式傳統(tǒng)上分開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩種,用戶可根據(jù)產(chǎn)品使用工況、使用壓力、設(shè)計(jì)成本、布局空間尺寸來選擇。上述兩種控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn),都有一定的適用場合。但在液壓系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)中還會遇到上述兩種系統(tǒng)都不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況,比如二類底盤改裝中,液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本不能太高,無法采用閉式系統(tǒng);又因工況需要,液壓泵的排量很大,超過100mL/r并且有些是雙泵系統(tǒng),需要很大容積和尺寸的液壓油箱,同時液壓泵到油箱吸油口需要采用通徑很大的管路,實(shí)際改裝中根本不具備滿足上述條件的空間尺寸,所以開式系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)上滿足,而實(shí)際施工卻無法滿足。為此,可以采用“半閉式”液壓系統(tǒng)來滿足上述要求。

1 開式、閉式液壓系統(tǒng)控制原理及優(yōu)缺點(diǎn)介紹

開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油,通過換向閥給液壓缸(或液壓馬達(dá))供油以驅(qū)動工作機(jī)構(gòu),液壓缸(或液壓馬達(dá))的回油再經(jīng)換向閥經(jīng)過液壓油散熱再回到液壓油箱,形成一個開式回路。開式系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、液壓元件選擇面較廣且使用成本較低,液壓系統(tǒng)散熱性較好等優(yōu)點(diǎn),從而降低了液壓系統(tǒng)的做功效率。但同時該系統(tǒng)也存在液壓元件布局尺寸較大,尤其是需要一個較大容積的液壓油箱等缺陷。

閉式系統(tǒng)是指液壓泵的進(jìn)油管直接與執(zhí)行元件(多為液壓馬達(dá))的回油管相連,工作液體在系統(tǒng)的管路中進(jìn)行封閉循環(huán)。閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為緊湊,與空氣接觸機(jī)會較少,空氣不易滲入系統(tǒng),故傳動的平穩(wěn)性好、做功效率較高。但閉式系統(tǒng)工作壓力多為30～40MPa高壓系統(tǒng),因此液壓元件選擇面較窄,對液壓元件技術(shù)要求更高,使用成本更大。另外,因工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),避免了在開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復(fù)雜,由于其工作完的油液不回油箱,液壓油箱容積較小,油液的散熱和過濾的條件較開式系統(tǒng)差。為了補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄漏,通常還需要一個小排量的齒輪泵進(jìn)行補(bǔ)油和沖洗散熱。一般情況下,閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件若采用雙作用單活塞桿液壓缸,由于大小腔流量不等,在工作過程中會使功率利用率下降,所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達(dá)。

2 半閉式液壓系統(tǒng)控制原理分析

半閉式系統(tǒng)顧名思義是一種介于開式和閉式之間的系統(tǒng),它很好地吸收了上述兩種系統(tǒng)的一些優(yōu)點(diǎn),避開了他們一些的缺點(diǎn)。半閉式液壓系統(tǒng)的控制原理如圖1所示。

圖1 半閉式液壓系統(tǒng)控制原理圖

下面結(jié)合圖1分析一下其控制原理:

(1)半閉式系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件是液壓馬達(dá),該原理圖是一個電比例柱塞變量泵(以下簡稱液壓泵)控制一個液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁集成閥塊(以下簡稱閥塊)上的電磁閥得電,液壓泵打出的液壓油通過閥塊進(jìn)入液壓馬達(dá),驅(qū)動液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)做功;其回油再通過閥塊進(jìn)入液壓油散熱器和回油過濾器后進(jìn)入液壓泵吸油口處,該吸油口處通過單向閥和液壓油箱相通。單向閥需要一定壓力才可以打開,所以液壓系統(tǒng)的回油是優(yōu)先滿足液壓泵吸油,吸油存在的富裕油量會同時打開單向閥回到液壓油箱。

(2)齒輪泵打出的液壓油進(jìn)入液壓油散熱器負(fù)責(zé)給液壓系統(tǒng)補(bǔ)油。通過控制液壓泵輸入電流值和輸入轉(zhuǎn)速就控制了液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速。反之,當(dāng)閥塊上的電磁閥不得電,液壓泵打出的液壓油直接通過閥塊回油口進(jìn)入液壓油散熱器、回油過濾器后進(jìn)入液壓泵吸油口處,該吸油口處通過單向閥和液壓油箱相通。單向閥需要一定壓力才可以打開,所以液壓系統(tǒng)的回油是優(yōu)先滿足液壓泵吸油,吸油存在的富裕油量會同時打開單向閥回到液壓油箱。

(3)根據(jù)圖1的液壓原理圖,無論馬達(dá)是否做功,液壓系統(tǒng)的內(nèi)泄主要是液壓泵和液壓馬達(dá)。齒輪泵直接從液壓油箱吸油,負(fù)責(zé)給液壓系統(tǒng)補(bǔ)油,其輸出流量要略大于液壓泵和液壓馬達(dá)的最大內(nèi)泄總和。

(4)為了降低油溫,在閥塊回油管路上安裝液壓油散熱裝置;為了保證液壓系統(tǒng)清潔度,在散熱器出口安裝了回油過濾器。通過上述處理后,可以保證進(jìn)入液壓泵吸油口處的液壓油的清潔度和油溫,從而很好地解決了傳統(tǒng)的閉式系統(tǒng)無法解決的油溫高、過濾條件差等缺陷。

(5)單向閥也可以選擇可調(diào)節(jié)順序閥或溢流閥,本原理圖中選擇單向閥,根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),其開啟壓力多選擇 2.5～4.0bar。

(6)工作中,尤其是液壓泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,若發(fā)生液壓泵吸空現(xiàn)象(吸油不足時會發(fā)出很尖銳的聲音),說明進(jìn)入液壓泵吸油口的流量明顯不足,大部分液壓油通過單向閥回到油箱。此時需要更換較大開啟壓力單向閥,直到液壓泵不在發(fā)生吸空現(xiàn)象為止,但是該壓力建議不要超過8bar。

圖1液壓原理圖上的所有液壓元件,尤其是液壓泵都可以選型開式系統(tǒng)上的液壓元件,具有選擇面很廣、使用成本較低等優(yōu)點(diǎn)。因采用半閉式系統(tǒng),液壓泵的回油沒有全部回到液壓油箱,只是補(bǔ)油齒輪泵從液壓油箱內(nèi)吸油,所以液壓油箱容積較小,類似于傳統(tǒng)閉式系統(tǒng),因而具有液壓油箱尺寸較小、便于布局安裝等優(yōu)點(diǎn),也間接降低了客戶更換液壓油的使用成本。實(shí)物如圖2所示。

圖2 半閉式液壓系統(tǒng)控制實(shí)物照片

3 結(jié)論

半閉式液壓系統(tǒng)不僅具有開式系統(tǒng)的液壓元件選型面廣、采購成本低等優(yōu)點(diǎn),也具有閉式系統(tǒng)液壓油利用率高、液壓油箱容積較小等優(yōu)點(diǎn),很好地克服了開式系統(tǒng)液壓油箱容積較大、布局安裝局限性大等缺陷。半閉式系統(tǒng)的成功應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)優(yōu)勢互補(bǔ),形成了第3種液壓系統(tǒng),具有一定的推廣應(yīng)用前景。