优先阀

优先阀
装载机转向系统的发展主要有助力转向系统、负荷传感全液压转向器和优先阀转向系统、流量放大转向系统3种型式，以下就负荷传感全液压转向器和优先阀转向系统中的优先阀及其发展——优先卸荷阀和高低卸荷优先阀进行说明和分析。

1、优先阀
优先阀结构如图1a所示主要由转向安全阀、弹簧、阀芯及阀体组成。

其工作原理见图1b，其中P口为转向泵进油口，CF口与转向器进油口连接，EF口与工作系统的多路阀进油口连接，LS口与转向器的控制口连接，T口为安全阀回油口。

当P口进油时，液压油经阀芯3优先供应到CF口。

当转向器不工作时，CF口处于封闭状态，此时LS口的压力为零，阀芯右端进油，液压力作用在阀芯右端，克服弹簧2的预压力，使阀芯向左移动，此时P口与EF口连通，转向泵油合流到工作系统中去，从而实现双泵合流。

当转向器工作时，CF口经转向器与转向油缸连接，转向泵来油进入转向油缸，使装载机转向；LS口的压力信号通过节流小孔作用在阀芯的左端，此时阀芯右端的压力较转向器出口的压力低，由于阀芯左右两端压差的变化及弹簧的作用，当转向器转速很大时，使得阀芯向右移动至关闭，液压油优先供给转向。

当转向负荷超过额定值时，LS口的压力油使转向安全阀1开启，LS口卸压，阀芯左移，转向泵来油合流到工作系统中。

当工作系统不工作时，经多路阀中的中立位置卸荷。

但是，负荷传感全液压转向器和优先阀转向系统在工作系统处于高压小流量工作状态时，其合流到工作系统中去的油液是多余的，此时转向系统承受着与工作系统同样的高压。

为此在优先阀的基础上，增加了高压卸荷部分，便成了优先卸荷阀。

2、优先卸荷阀
优先卸荷阀结构如图2a所示，主要增加了卸荷安全阀、单向阀弹簧、等值卸荷单向阀、卸载阀芯、卸载阀弹簧等组成。

其工作原理如图2b所示，当工作系统处于高压状态时，EF口也处于高压状态，高压油打开等值卸荷单向阀3与卸荷安全阀1接触；当压力超过卸荷安全阀调定压力时，卸荷安全阀开启，其回油经油道b到卸载阀芯4左端，克服卸载阀弹簧5的弹簧力，卸载阀芯右移，EF口的高压油经T口直接卸荷油箱。

这样就解决了优先阀高压不能卸荷的问题，实现了高压小流量的工况要求，节约了能源。

但是应该注意到，当系统不工作时，即装载机处于高速运输状态时，转向泵来油依然通过多路阀卸荷，而这种工况在装载机工作时是常常出现的，为此出现了在高压卸荷基础上的低压卸荷结构。

3、高低压卸荷优先阀
在图2a的A-A位置添加了低压卸荷部件，如图3所示。

当EF口处于低压时（一般在2MPa以下），系统处于不工作状态，EF口的压力油经左侧Ø4小孔，经过阀芯内孔到油道b，推开卸载阀芯直接回油箱。

当EF口压力超过2MPa 时，系统处于工作状态，压力油经右侧Ø4小孔推动阀芯，克服弹簧阻力向左移动，使左侧Ø4小孔关闭，油道b没有油液流动，使卸载阀芯处于左侧位置，EF口不卸荷，其压力油合流到工作系统。

4、节能技术分析
全液压转向器和优先阀转向系统能实现双泵合流，与传统的转向系统和工作系统相对独立作比较，具有明显的节能效果。

但是，通过对该系统中优先阀、优先卸荷阀和高低压卸荷优先阀3种结构形式的节能技术分析发现，它们的节能效果是有很大区别的。

首先，依据文献[4]中关于节能技术的内容分析该系统的能耗率。

Ls=1-ηs
其中Ls为系统能耗率；ηs为系统液压效率，即输入与输出的系统压力与系统流量乘积的积分比。

ηs=∫pLqLdt/∫pqdt
其中pL和qL为相应工况下的负载压力和负载流量；p和q为泵的瞬时供油压力和流量，此处应为转向泵和工作泵瞬时供油之和。

则
Ls=1-∫pLqLdt/∫pqdt=（∫△pqLdt+∫pL△q dt）/∫pqdt
由以上能耗公式分析说明，过剩流量△q和过剩压力△p是产生流体动系统能耗根本原因。

一般状态下，ZL50装载机上所用的通径为32mm的整体式多路阀额定流量为250L/min，在该范围内的中位压力损失是比较小的，基本在0.2MPa左右。

但当流量超过300L/min时，其压力损失大大增加，呈抛物线上升，如图4所示。

负荷传感器全液压转向器和优先阀转向系统中如采用优先阀的结构，装载机在铲掘工况时，系统处于高压小流量工作状态，其合流到工作系统中去的油是多余的，属于过剩流量△q；此时转向系统承受着与工作系统同样的高压，属于过剩压力△p，该系统能耗率还是比较高的。

如采用优先卸荷阀的结构，虽然能达到高压卸荷，消除高压状态下的过剩流量△q和过剩压力△p，但不能消除低压状态下的过剩流量△q和过剩压力△p。

因为高速行进这种工况在装载机作业时是常常出现的，且占据了大多数时间，其能耗也是相当可观的，装载机的油温过高与此有很大关系。

为了进一步认证低压卸荷的作用，可用“温升”这个概念加以计算说明。

这里的“温升”是指系统内的油液每循环一次，系统油温的升高量。

为了更加直观地表达低压卸荷的作用，在这里不考虑系统内外的热交换，并假定装载机是在高速行进过程中。

根据Cf△t=△p/ρ
式中Cf为液压油比热，Cf=2093J/kg℃；ρ为矿物油密度，ρ=900kg/m3；
△p为温升1℃时的压差，△p =900×2093×1=1.88MPa；
温升△t=△p/1.88MPa≈0.5△p。

ZL50装载机在高速行进过程中，其流经多路阀中立位置的流量应为转向泵和工作泵高转速流量之和，约为
350L/min。

而经低压卸荷后的流量分别为：经多路阀中立位置回油箱200L/min，经EF口直接回油箱150 L/min。

由图4可知，它们的压力损失分别为0.55MPa和0.1MPa，则△t=（0.55-0.1）×0.5=0.225℃。

由此可见，有了低压卸荷后，油液在系统内每循环一次可比单纯的优先卸荷减少温升0.225℃，具有很好的节能效果。

这样，具有高低压卸荷功能的优先阀既满足了低压大流量工况需求，又考虑了高压小流量卸荷的必要性，特别是减少了行走时的功率消耗，具有明显的节能效果。

经装机试验，该产品性能稳定、质量可靠，达到了设计要求。