第三章 工程机械液压系统特点

第二节 液压系统基本型式
根据不同分类方法，液压系统的基本型式
主要有以下几种：开式、闭式系统；单泵、 双泵系统；定量、变量泵系统等。
一、开式、闭式系统
按油液循环方式的不同，液压系统可分为
开式系统和闭式系统。
（一）开式液压系统
图3-1 开式液压系统
1
-油箱，2-滤油器，3-液压泵，4-换向阀，5-双向液压锁，6-液压缸
图3-5 总功率变量调节系统
5
去 系 统 来 自 先 导 泵
4 6
P2
P1
3
2
1
五、执行元件的串、并联等系统

按向执行元件供油方式不同可分为：串联、并联和串并 联系统。
（一）串联系统 每一联换向阀的进油腔都和该阀之间的中立位臵 回油道相通，其回油腔又都和该阀之后的中立位 臵回油道相通。所以，当某一联换向阀处于换向 位臵时，其进油是从前一联阀的中立位臵回油道 而来，而其回油又都经中立位臵回油道进到后一 联的进油腔。如果相邻两联阀都处在换向位臵， 则前一联的回油经中立位臵回油道到执行元件同 时工作，条件是液压泵所能提供的油液压力大于 所有正在工作的执行元件两腔压差之和。
图3-5 恒功率变量泵的控制原理及功率特性曲线
当泵的出口压力低于弹簧预紧力时，弹簧
未被压缩，泵斜盘的摆角最大，泵的排量 也最大。随着泵出口压力的增高，弹簧被 压缩，斜盘摆角也就随着减小，排量也就 随之减少直至为接近于零。液压泵在出口 压力和弹簧预紧力相平衡时的位臵，称为 调节起始位臵，作用在功率调节器中控制 活塞上的液压力称为起调压力。调节终了 时的压力Pmax 根据液压系统决定，由安全 阀调定。相应于起调压力时的摆角为最大， 相应于调节终了时的摆角为最小。
4、背压损失
二、功率利用率
液压系统的功率利用反映了主机的生
产率。采用恒功率变量泵的变量系统， 其功率的利用要比定量系统高。
三、调速范围和微调指标
四、液压系统的刚度
功率
2、元件本身的能量损失
元件的能量损失包括液压泵、马达、
缸、控制阀及辅助元件等。
其中以液压泵和液压马达的损失为
最大。其能量损失的由效率来反映。 效率与工作压力、转速、油液粘度 等因素有关。
3、溢流损失
出现溢流的工况：回转机构的启动何止
动过程；负载过大；节流调速；工作机 构到达极限位臵而换向阀仍未回到中位 等。
二、单泵、多泵系统
按系统中液压泵的数目，系统可分为单泵
系统、双泵系统和多泵系统
（一）单泵系统
由一个液压泵向一个或一组执行元件供油
的液压系统，即为单泵液压系统,如图2-3所 示。单泵系统适用于不需要进行多种复合 动作的工程机械，如推土机、铲运机、装 载机等铲土运输机械的液压系统，这些液 压系统执行机构数量少，动作循环简单。

（二）并联系统
从进油口的油可直接通到各联换向阀的
进油腔，各阀的回油腔又都直接汇集到 多路阀的总回油口。若采用这种油路连 接方式，当同时操作各换向阀时，压力 油总是首先进入负载小的执行元件，所 以只有各执行元件进油腔的油压相等时， 它们才能同时动作
（三）串并联（顺序单动）系统

每一联的进油腔均与该阀之前的中立位臵回油道 相通，而各联阀的回油腔又都直接与总回油口连 接，即各阀的进油是串联的，回油是并联的，故 称串并联油路。若采用这种连接方式，当某一联 换向时，其后各联换向阀的进油道即被切断，因 而一组多路阀的各换向阀不可能有任何两联同时 工作，故这种油路也称互锁油路；又由于同时扳 动任意两联换向阀，总是前面一联工作，要想使 后一联工作，必须把前一联回到中间位臵，故又 称优先回路，也把这种油路称作“顺序单动油 路”。
对定量泵，当发动机转速一定时，
流量也一定，而工作压力是根据工 作循环中需要克服的最大阻力确定 的，因此对无节流调速的液压系统 工作时，液压泵功率是随工作阻力 变化而变化的；当发动机的转速发 生变化，执行元件的运动速度也发 生变化。
（二）变量系统
采用变量液压泵的液压系统称为变量液
压系统，变量泵可以单向或双向变量泵。 变量泵系统在调速时改变的是液压泵有 效工作容积即容积调速，无节流损失和 溢流损失故效率较高；也可以根据负载 变化而自动改变泵的排量以提高发动机 功率的利用率，提高设备的作业效率。
系统应具有尽可能高的效率，即尽量 减少的系统中的能量损失。引起系统 能量损失的因素很多，主要有以下几 个方面：
1、换向阀换向过程中出现的能量损失
当执行元件及其外负载的质量较大时，
在换向过程由于惯性的作用，执行元 件会继续运动，使回油腔压力增高， 此高压油从换向阀或制动阀口缝隙中 挤出，从而使运动机构的惯性能变为 热耗，使系统油温升高。
3、减少系统的发热量，保证系统连续工作
时液压油温不超过65℃。 4、由于工程机械在野外作业为多，工作条 件恶劣，为了保证系统和元件的正常工作， 系统必须设臵良好的加油、吸油及压油过 滤装臵。 5、大型工程机械应考虑有应急能源，当原 动机出现故障时能将工作机构在重力作用 下回到安全的状态。为了减轻驾驶员劳动 强度，可采用先导操纵控制。 6、系统要尽可能简单、易于安装和维修。
，7-溢流阀
所谓开式系统，指液压泵从液压油箱吸油，
通过液压控制阀进入执行元件，执行元件 的回油再经控制阀回油箱。这种系统结构 较为简单。由于系统本身具有油箱，因此 可以发挥油箱的散热、沉淀杂质的作用。 但因油液常与空气接触，使空气易于渗入 系统，导致工作机构运动的不平稳及其它 不良后果。为保证工作机构运动的平稳性， 在系统的回油路上可设臵背压阀，但又会 引起附加能量的损失，使油温升高。
工程机械液压系统的原理可以多种多样，
但它总不外乎是由一些基本回路所组成。 液压基本回路是有一些相关液压元件组成， 能在系统中完成某一项特定的工作，例如 调压、平衡、减压、卸荷、缓冲补油等压 力控制回路，调速、限速、制动等速度控 制回路，换向、顶序、锁紧、浮动等方向 控制回路等。任何一个具体的回路方案都 不是固定不变的，随着人们对液压技术的 进一步掌握，必然会创造出更多先进的液 压元件，组成更合理的液压回路。
图3-4 分功率调节变量系统
（二） 总功率调节系统
总功率调节变量系统如图2-5所示。图2-5a
是采用机械联动调节总功率变量系统。 控 制两个泵斜盘改变的缸体连接在一起，由 一个调节缸来调节双泵的斜盘摆角。
图2-5b是液压联动总功率调节变量系统。
每台泵各自有调节器，同样，它们的摆角 是按两台泵工作压力之和来调节的，而实 现双泵同步变量。
第三章 工程机械液压传动系统的特点
第一节
工程机械液压系统的组成及要求 一、液压系统的组成 工程机械液压传动系统，和机械传动系统、 电力传动系统一样，是工程机械整机传动 系统的一种重要的传动系统之一。由于它 具有机构简单、重量轻、工作平稳冲击小、 无级调速及调速范围大、易于实现自动化 等优点，近年来发展得很迅速，已成为高 科技的重要领域之一。
四、分功率变量、总功率变量系统
变量系统按其对发动机功率利用情况
的不同，可分为分功率变量系统和总 （全）功率变量。因为变量系统一般 多为双泵回路，故它又分为分功率调 节和总功率调节两个基本类型。
（一）分功率调节系统
分功率调节系统中的两个主泵，各有一
个恒功率调节器（图2-4），每一个泵 的流量只受该泵所在回路负载压力的影 响，而不受另一回路负载的影响，不能 保证相应的同步关系。每一回路所利用 的发动机功率最多不超过50%。为了改 善功率利用，在进行单回路动作时，分 功率变量系统可采用合流供油。
多路换向阀基本油路形式 a)并联油路，b）串联油路，c）串并联油路
实际上，当多路阀的联数比较多
时，还常常采用上述基本油路中 的任意两种或三种连接形式的组 合，即所谓复合油路系统。
六、有级调速、无级调速和符合调速
速度调节回路的功用在于调节执行元件的
工作速度，对油缸改变工作面积A较困难， 故合理的调速途径是改变进入执行元件的 流量(用流量阀或变量泵)；而对马达改变进 入马达的流量或改变马达的排量均可实现 调速。由此速度调节的类型有：有级调速、 无级调速和复合调速三种。对调速的要求是 调速范围大、调定的速度稳定性好、效率 高等。
二、工程机械对液压系统的要求
工程机械对液压系统主要要求是应保证主
机具有良好的工作性能。为此液压系统应 满足以下几个要求：
1、当主机在工作载荷变化大，并有急剧冲
击和振动的情况下工作时，系统要有足够 的可靠性。
2、系统应具有较完善的安全装臵，如执行
元件在过载时能实现安全保护而卸荷、缓 冲和限速装臵等。
三、定量、变量系统
按所用液压泵型式的不同，系统可分为定
量系统和变量系统
（一）定量泵系统 采用定量泵的液压系统称为定量系统，定 量系统中可采用的液压泵为齿轮泵、叶片 泵或固定斜盘的柱塞泵。该类系统适用执 行动作简单、不需要调速的液压系统如装 载机、平地机等，或者用于靠节流调速的 小功率、动作循环时间短的液压系统。
量都可实现在一定范围内的无级调速。
1.节流调速
用定量泵供油，用节流阀或调速阀改变进
入执行元件的流量而实现的调速。根据流 量阀在回路中的位臵不同可分为进油节流 调速、回油节流调速和旁路节流调流三种。
2.容积调速
通过改变液压泵或液压马达的有效工作容
积，即泵或马达的排量来进行的调速回路 称为容积调速回路。
（一）有级调速
在大功率液压系统、调速范围又较大的工
程机械上经常采用有级调速。
有级调速的方法很多：机械高低档；采用
合流阀可实现单泵或双泵供油，完成两级 调速；利用卸荷阀可实现低压两泵合流供 油，高压时大泵卸荷，小泵工作；有级地 改变液压马达的排量而是现有级调速。
（二）无级调速
采用流量控制阀或改变液压泵、马达的排
（二）闭式系统
图3-2 闭式液压系统
在闭式系统（图2-2）中，液压泵的输出压
百度文库
力油直接进入执行元件，执行元件的回油 再流进泵的吸油口，工作液体在系统的管 路中进行封闭循环。闭式系统结构较为紧 凑，由于补油泵能保证主泵的吸油口有一 定的压力，利于泵的吸油，系统与空气接 触的机会较少，空气不易渗入系统，故传 动的平稳性较好，油箱容量可以较小。工 作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变 量机构实现，避免了在开式系统换向过程 中所出现的液压冲击和能量损失。
节流调速回路效率低、发热量大，适用于
小功率液压系统，而采用变量泵或变量马 达组成的容积调速回路，因无节流损失和 溢流损失，故效率高、发热量小。
（三）复合调速系统
将有级调速和容积调速等组合在一
起应用，常用于大功率工程机械上。
第三节 液压系统的性能指标
一、液压系统的效率 在保证主机性能要求的前提下，液压
单 泵 液 压 系 统
（二）双泵系统
双泵液压系统实际上是两个单泵系统的组
合。每台泵可以分别向各自回路中的执行 元件供油。每台泵的功率是根据各自回路 中所需要的功率而定，可以保证两个单泵 系统同时进行动作而不超载。当系统中只 需要进行单个动作而又要充分利用发动机 功率时，可采用合流供流方式，即将两台 液压泵的流量同时供给一个执行元件。这 样可使工作机构的运动速度加快一倍。