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        大噸位挖掘機(jī)回油系統(tǒng)分流方案研究

        2020-04-22 09:30:26秦家升石立京史繼江劉松陽
        建筑機(jī)械 2020年3期
        關(guān)鍵詞:回油背壓換向閥

        胡 義,秦家升,石立京,史繼江,劉松陽

        (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)在低溫情況下啟動工作時,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。或者在某一工況下,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,壓力太大會造成對回轉(zhuǎn)減速機(jī)軸封的傷害。另外,補(bǔ)油口壓力太大會使挖掘機(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,同時背壓太大也會影響液壓系統(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,無法實(shí)現(xiàn)對回油系統(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)對挖掘機(jī)回油背壓控制的設(shè)計方案,兩種方案都是在回油系統(tǒng)中并聯(lián)液壓邏輯閥,通過邏輯閥的分流來減小回油系統(tǒng)壓力。一種方案是通過回油系統(tǒng)壓力對液控?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車載控制器檢測回油系統(tǒng)的壓力控制電磁閥,實(shí)現(xiàn)對邏輯閥通斷的控制。

        2 液控分流裝置設(shè)計

        圖2中,挖掘機(jī)回油系統(tǒng)的液壓油通過背壓閥和旁通閥進(jìn)入油箱,當(dāng)挖掘機(jī)在某工況出現(xiàn)大流量沖擊時,會產(chǎn)生較大背壓(M點(diǎn)壓力)。若原來液壓系統(tǒng)的溢流值設(shè)定為Pm,此時M點(diǎn)背壓值為Px,此時的溢流值則為Pm+Px,對液壓系統(tǒng)元件和散熱器都會造成損傷,但系統(tǒng)無法自身消除。背壓閥和旁通閥是開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,因此減小通過單向閥的流量是解決問題的關(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、油散和回油過濾器。邏輯閥的進(jìn)油口P口通過管路與回油系統(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口連通油箱時方可開啟,部分流量將由P口通過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,邏輯閥開啟。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,邏輯閥1的彈簧打開,回油系統(tǒng)的部分液壓油會由分流裝置的P口和T口直接流回油箱,不會使背壓閥前產(chǎn)生過大的背壓。當(dāng)P口壓力小于設(shè)定壓力時,邏輯閥3關(guān)閉,液壓油通過背壓閥4和旁通閥6回油箱。

        圖3 液控分流方案

        本方案是通過壓力控制液控?fù)Q向閥,對回油系統(tǒng)進(jìn)行分流控制,無論回油系統(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,剛剛啟動時,液壓油會很粘稠。如圖1所示,5種型號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號為例,該型號液壓油為挖掘機(jī)液壓油常用液壓油,46號液壓油達(dá)到最佳粘度的溫度為55℃左右,而北方露天礦溫度極低,溫度較低時液壓油粘度很高,在挖掘機(jī)啟動時會產(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)整值會不一樣。

        3 電控分流裝置設(shè)計

        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)處安裝一個壓力傳感器,壓力傳感器的控制信號與車載控制器連接,如圖4所示。

        邏輯閥1只有在C口通油箱方可打開,圖4中,由電磁閥3來控制邏輯閥1的C口與油箱的通斷。當(dāng)傳感器2檢測到M點(diǎn)壓力達(dá)到設(shè)定值時,車載控制器檢測到壓力信號,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,電磁閥失電,邏輯閥則關(guān)閉。

        圖4 電控分流方案

        電控設(shè)計方案優(yōu)點(diǎn)是克服了環(huán)境溫度對液壓油的影響,僅需通過傳感器檢測壓力來判斷邏輯閥的開啟(分流),可靠性更好。

        4 結(jié)束語

        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)過旁通閥,其余2/3的液壓油經(jīng)過背壓閥、通過油散和過濾器流回油箱。而增加回油系統(tǒng)的分流裝置則僅僅是一種選配設(shè)計,總的設(shè)計思想還是設(shè)置合理背壓,背壓過大不僅會造成液壓件的傷損,還會導(dǎo)致挖掘機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作緩慢,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。

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