閉式液壓系統(tǒng)

1、閉式液壓系統(tǒng)為什么常用變量泵和定量馬達(dá)？它的調(diào)速特點(diǎn)是什么?1、變量泵最大的麻煩就是發(fā)熱，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作就是想辦法減小發(fā)熱.變量泵操作方便，可以根據(jù)工況減小排量，從而減小發(fā)動(dòng)機(jī)功耗，減小發(fā)熱定量馬達(dá)的好處是價(jià)格便宜，因?yàn)轳R達(dá)的工作范圍較寬，可以適應(yīng)流量變化，這樣系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)時(shí)，直接改變油泵的排量，逐步接近所需要的轉(zhuǎn)速.特別大的系統(tǒng)（盾構(gòu)機(jī)），馬達(dá)也需要變量的，因?yàn)樨?fù)載變化劇烈.轉(zhuǎn)速控制要求準(zhǔn)確，這時(shí)只能控制馬達(dá).馬達(dá)的信號(hào)反饋給油泵，油泵隨著馬達(dá)變量.能進(jìn)一步完善系統(tǒng),減小發(fā)熱2、閉式系統(tǒng)基本都是采用變量泵，這是由于系統(tǒng)地啟動(dòng)扭矩決定的，泵的啟動(dòng)扭矩在壓力一定的情況下與

2、排量成正比，而一般的原動(dòng)機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等）都要求在小的扭矩下啟動(dòng)，這就要求泵為變量的。并且變量泵可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速和平穩(wěn)換向。而馬達(dá)則以定量居多典型的泵-馬達(dá)閉式循環(huán)回路分析楊兵1前言RM8階斷面枕底清篩機(jī)是鐵道部從奧地利普拉塞-陶依爾公司引進(jìn)的當(dāng)今世界上最先進(jìn)的鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械，它的走行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了典型的變量泵-變量馬達(dá)容積調(diào)速閉式循環(huán)液壓回路。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，無級(jí)調(diào)速范圍大。機(jī)械的調(diào)速和換向靠調(diào)節(jié)泵和馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)平穩(wěn)，發(fā)熱少，升溫慢，無節(jié)流和溢流損失，能量利用率高。系統(tǒng)的液壓元件均采用世界名牌產(chǎn)品，系統(tǒng)工作可靠。2組成及參數(shù)RM80青篩機(jī)走行裝置由裝在2套轉(zhuǎn)向架

3、上的4只動(dòng)力軸組成。閉式循環(huán)系統(tǒng)由1只變量泵及2只變量馬達(dá)構(gòu)成，變量泵向2只馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，2只馬達(dá)輸入的流量各為變量泵輸出流量的一半。2套完全相同的且同步工作的閉式循環(huán)液壓系統(tǒng)的4只馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)走行裝置的4只動(dòng)力軸旋轉(zhuǎn)，使機(jī)械走行。泵和馬達(dá)的參數(shù)見表1。表1泵和馬達(dá)的參數(shù)名稱型號(hào)額定壓力(MPa)局最壓力(MPa)最小排量(mL/r)最大排量(mL/r)sJ斜軸式恒壓雙向變量馬達(dá)A6VM10HA1T3640J30.81074通軸斜盤式軸向柱塞雙向變量泵A4V-250HD364002502當(dāng)機(jī)械反向走行時(shí)，液壓回路各元件所起的作用與機(jī)械正向走行時(shí)相同，只是動(dòng)作相反。3液壓回路分析以下均

4、以機(jī)械前進(jìn)方向?yàn)槔治鲆惶组]式循環(huán)液壓回路(見圖1),當(dāng)分析馬達(dá)時(shí)，只分析馬達(dá)I,馬達(dá)R的工作情況與馬達(dá)I相同。向右扳動(dòng)先導(dǎo)閥13的手柄，當(dāng)閥口A的輸出壓力0.55MPa時(shí)，前進(jìn)壓力開關(guān)bl閉合，使電液閥11、電磁閥20的b端通電，閉式循環(huán)回路壓力油管23和回油管24的通道被電液閥11斷開，主走行變量泵1向油管23供應(yīng)壓力油，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械則正向走行。馬達(dá)的回油經(jīng)管路24被吸入泵內(nèi)，不斷循環(huán)。圖1閉式循環(huán)液壓回路3.1 補(bǔ)油沖洗回路當(dāng)機(jī)械正向走行時(shí)，主走行變量泵1經(jīng)油管23和電液閥11的b端向馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)回油經(jīng)管路24和電液閥11的b端被吸入泵內(nèi)，形成閉式循環(huán)回路。此時(shí)管

5、路23內(nèi)的液壓油為高壓油，最高壓力由截止閥25(36MPa控制。單向安全閥5的旁通單向閥在管路23的高壓油的壓力作用下單向截止。管路24的回油為低壓油。當(dāng)管路23的高壓油與管路24的低壓油的壓差大于某一定數(shù)值時(shí)，液壓馬達(dá)I上的沖洗閥26被液壓力推向低壓側(cè)（左側(cè)）。這樣沖洗閥就將低壓管路的油引到?jīng)_洗溢流閥27（2.3MPa）的進(jìn)油口，低壓油的一部分（10%-30%）經(jīng)沖洗溢流閥27溢流后回到油箱，對(duì)閉式循環(huán)回路起到清洗和散熱的作用。同時(shí)補(bǔ)油泵6從油箱吸入清潔冷卻的液壓油，經(jīng)單向安全閥4的旁通單向閥，向低壓油路24補(bǔ)入等量液壓油。當(dāng)高低壓管路的油壓差很小時(shí)，沖洗閥26在復(fù)位彈簧的作用下回到中位，關(guān)

6、閉了低壓管路與沖洗溢流閥27的通道。補(bǔ)油泵6供給的多余油液就經(jīng)主變量泵1內(nèi)部的補(bǔ)油溢流閥33（2.5MPa）溢流回油箱。補(bǔ)油溢流閥33的設(shè)定壓力值應(yīng)略高于沖洗溢流閥27（2.3MPa）勺設(shè)定壓力值0.10.2MPa以保證沖洗閥能夠?qū)⒒芈返蛪簜?cè)油路中的部分熱油排回油箱，冷油又能補(bǔ)入低壓側(cè)管路中而不會(huì)從補(bǔ)油溢流閥33流掉。3.2 手動(dòng)減壓閥式先導(dǎo)操縱回路向右扳動(dòng)先導(dǎo)閥13的手柄，由控制泵3提供的控制壓力油（壓力由溢流閥8（6MPa設(shè)定）進(jìn)入先導(dǎo)閥13的壓力油閥口P,經(jīng)先導(dǎo)閥減壓后從閥口A到主變量泵1的變量伺服閥12的右端，變量伺服閥左端回油經(jīng)先導(dǎo)閥口B和回油閥口O流回油箱，伺服閥12左移，當(dāng)伺服閥

7、右端控制油壓力與伺服閥左端復(fù)位彈簧的彈簧力相互平衡時(shí)，伺服閥停止左移。伺服閥口開啟量與先導(dǎo)閥口A輸出油的壓力成正比。補(bǔ)油泵6提供的壓力油（壓力由溢流閥33（2.5MPa設(shè)定）經(jīng)截止閥25和變量伺服閥12的右端口節(jié)流減壓后，通過直徑1.8mm節(jié)流孔（節(jié)流孔在此起穩(wěn)定壓力抗干擾作用）進(jìn)入變量液壓缸28的右腔,活塞桿在此油壓的作用下，帶動(dòng)主變量泵1的斜盤變量機(jī)構(gòu)，使斜盤從0傾角開始轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的傾角.當(dāng)液壓缸28的液壓力與變量機(jī)構(gòu)的反力相互平衡時(shí)，斜盤的傾角就固定了。主變量泵以與此傾角相應(yīng)的排量向高壓管路23供油，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。先導(dǎo)閥13的手柄扳動(dòng)角度與變量伺服閥12的閥口開啟量及變量液壓缸28的活

8、塞桿的位移量一一對(duì)應(yīng)，也就是與主變量泵1的斜盤傾角及主變量泵1的供油排量一一對(duì)應(yīng)，即主變量泵1的供油排量與先導(dǎo)閥13的手柄扳動(dòng)角度成正比。當(dāng)先導(dǎo)閥手柄在中位時(shí)，主變量泵的斜盤傾角為0,其供油排量為0,走行馬達(dá)不旋轉(zhuǎn)。先導(dǎo)閥手柄偏離中位的角度越大，泵的斜盤傾角越大，泵的供油排量就越大。3.3 卸載回路清篩機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)遇到各種線路，運(yùn)行阻力隨著線路變化而變化。運(yùn)行阻力突然增大會(huì)給液壓走行系統(tǒng)帶來沖擊，為避免這種危害，液壓走行系統(tǒng)配備了卸載回路，由溢流截止閥25（36MPa）,單向安全閥4、5（40MPa）等組成。當(dāng)運(yùn)行阻力增大導(dǎo)致運(yùn)行液壓力上升時(shí)，由于單向安全閥5直接與壓力油管23相連，此壓力

9、直接作用在安全閥5上，安全閥限制走行壓力在40MPa以內(nèi)。同時(shí)，走行壓力油經(jīng)單向閥31（單向閥30與低壓回油管24相連，故處在截止?fàn)顟B(tài)）和遙控油管作用在截止閥25上，當(dāng)系統(tǒng)壓力高于36MPa寸，使截止閥25截止，切斷了補(bǔ)油泵6經(jīng)伺服閥12向主變量泵1的斜盤變量調(diào)整液壓缸28右腔的供油通道。液壓缸的活塞在活塞彈簧的推動(dòng)下，向右移動(dòng)，液壓缸右腔的油液經(jīng)直徑0.7mm勺節(jié)流孔被推到左腔?；钊麠U在移動(dòng)過程中帶動(dòng)主泵的斜盤使其傾角減小，導(dǎo)致主變量泵1的供油排量減少，走行壓力就會(huì)降低。當(dāng)系統(tǒng)走行壓力低于36MPa時(shí)，截止閥25導(dǎo)通，補(bǔ)油泵6提供的壓力油經(jīng)截止閥25和伺服閥12的右位，進(jìn)入變量液壓缸28調(diào)整

10、主變量泵的排量，使其與走行阻力相適應(yīng)。當(dāng)截止閥25失效時(shí)，安全閥5(反向走行時(shí)為安全閥4)限制系統(tǒng)壓力不超過40MPa3.4 換檔控制回路當(dāng)清篩機(jī)爬坡或用于牽引車輛時(shí)，走行阻力增大，此時(shí)機(jī)械應(yīng)掛低速檔，以獲得較大的牽引力；而機(jī)械正常行駛時(shí)，又需要較高的行駛速度，機(jī)械應(yīng)掛高速檔。為滿足以上工況，清篩機(jī)走行系統(tǒng)設(shè)置了高、低檔換檔控制回路。(1)低速檔當(dāng)換檔三通閥19在低速檔時(shí)，控制液壓泵3提供的壓力油(6MPa)經(jīng)三通閥19和走行馬達(dá)I的變量控制伺服閥29上部的右控制油管作用在伺服閥上。當(dāng)機(jī)械剛起步時(shí)，走行阻力最大，馬達(dá)高壓腔23內(nèi)液壓油的瞬間起步壓力可達(dá)40MPa,此壓力經(jīng)馬達(dá)I上的單向閥17,

11、伺服閥29上部的左控制油管作用在馬達(dá)變量控制伺服閥上，在左、右兩腔控制油管液壓力共同作用下，伺服閥克服復(fù)位彈簧的彈簧力下移，由于起步時(shí)馬達(dá)液壓驅(qū)動(dòng)力最大，所以馬達(dá)進(jìn)油腔油壓最高，伺服閥29的閥口開啟量可達(dá)最大，此時(shí)它的節(jié)流減壓效果最差。馬達(dá)進(jìn)油腔壓力油經(jīng)單向閥17直接進(jìn)入馬達(dá)斜軸變量液壓缸32的有桿腔，馬達(dá)進(jìn)油腔壓力油經(jīng)伺服閥29的上位進(jìn)入馬達(dá)變量液壓缸的無桿腔。由于液壓缸32的有桿腔、無桿腔存在面積差，變量活塞上移至極限位，它帶動(dòng)馬達(dá)斜軸使其傾角增至最大，馬達(dá)的排量隨之達(dá)到最大，此刻馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩最大，機(jī)械具有最大的牽引力。當(dāng)機(jī)械起步后，隨著走行阻力的下降，馬達(dá)進(jìn)油腔的油壓隨之降低。馬達(dá)變量伺

12、服閥29上部的左控制油管內(nèi)的油壓力也降低，伺服閥在彈簧力的作用下克服伺服閥上左、右控制油管內(nèi)的油壓力上移，伺服閥口的開啟量減小，節(jié)流減壓效果增強(qiáng)，當(dāng)以上的力相互平衡時(shí)，伺服閥口開啟量才達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)馬達(dá)進(jìn)油腔的壓力油經(jīng)伺服閥29減壓后進(jìn)入變量液壓缸32的無桿腔，而進(jìn)入液壓缸32有桿腔的壓力油是不經(jīng)減壓的馬達(dá)進(jìn)油腔的壓力油，故有桿腔所受的液壓力大于無桿腔所受的液壓力，活塞下移，帶動(dòng)馬達(dá)斜軸變量機(jī)構(gòu)使斜軸傾角減小，馬達(dá)排量減小，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速隨之提高，車速變快。當(dāng)活塞所受的液壓合力與斜軸變量機(jī)構(gòu)的反力相互平衡時(shí)，斜軸的傾角就不變了。由于馬達(dá)I的變量伺服閥29上部的右控制油管一直有6MPaf空制壓力

13、油，即使馬達(dá)的進(jìn)油腔壓力降至最低時(shí)，伺服閥29的閥口仍有一定開啟量，變量液壓缸32使馬達(dá)斜軸的傾角仍大于最小傾角，低速檔時(shí)馬達(dá)的排量總大于馬達(dá)的最小排量。馬達(dá)排量根據(jù)機(jī)械走行阻力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。低速檔走行時(shí)機(jī)械最高時(shí)速可達(dá)45km/ho(2)高速檔當(dāng)換檔三通閥19在高速檔時(shí)，機(jī)械的運(yùn)行情況與低速檔相似。根據(jù)外界走行阻力的變化，變量馬達(dá)自動(dòng)調(diào)節(jié)排量而與之相適應(yīng)。只是馬達(dá)變量伺服閥29的右控制油管內(nèi)的油經(jīng)三通閥19流回油箱，伺服閥29的閥口開啟量完全由進(jìn)入伺服閥上部的左控制油管的馬達(dá)進(jìn)油腔壓力油來控制。當(dāng)機(jī)械走行阻力降低時(shí)，馬達(dá)進(jìn)油腔的油壓隨之降低，馬達(dá)伺服閥29上部的左控制油管內(nèi)的油壓也隨之下降

14、，伺服閥29在復(fù)位彈簧的彈簧力作用下克服左控制油管內(nèi)的油壓力向上移動(dòng)。當(dāng)上移至極限位時(shí)，伺服閥29使變量液壓缸32的無桿腔與油箱導(dǎo)通，液壓缸的活塞在有桿腔油壓的作用下下移至極限位，液壓缸無桿腔的油液經(jīng)伺服閥流回油箱，活塞桿帶動(dòng)馬達(dá)斜軸變量機(jī)構(gòu)使馬達(dá)的斜軸傾角減至最小。此時(shí)馬達(dá)的排量為最小排量，輸出的轉(zhuǎn)矩最小，機(jī)械行駛速度最高。高速檔運(yùn)行時(shí)機(jī)械最高時(shí)速可達(dá)80km/ho3.5液壓制動(dòng)回路當(dāng)正常行駛的機(jī)械需要減速時(shí)，把減壓閥式先導(dǎo)閥13的手柄從工作位扳向中位，主變量泵1的變量機(jī)構(gòu)帶動(dòng)斜盤，使斜盤傾角減小，主變量泵排量逐漸減小。由于機(jī)械的慣性作用（機(jī)械下長(zhǎng)坡道時(shí)的狀態(tài)與此相同），走行液壓馬達(dá)仍高速旋

15、轉(zhuǎn)，此時(shí)的液壓馬達(dá)處于液壓泵的工作狀態(tài)。馬達(dá)的原輸入壓力油端（管路23）變成吸油端，原回油端（管路24）變成排油端而使此端油壓升高。液壓馬達(dá)排出的壓力油被主變量泵1的吸油端吸入，由泵再供向馬達(dá)此刻的吸油端。同時(shí)馬達(dá)排出的壓力油經(jīng)電液換向閥11的b端（下位）作用在背壓閥9（10MPa）上，此閥的設(shè)置，把處于泵的工作狀態(tài)下的馬達(dá)的排油壓力限制在10MPa以內(nèi)，也就是給馬達(dá)設(shè)置了10MP4勺液壓制動(dòng)力，使液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速降低。馬達(dá)排油端一部分壓力油經(jīng)背壓閥9溢流后到馬達(dá)的吸油端。同時(shí)液壓制動(dòng)壓力經(jīng)遙控油管控制順序閥10（8MPa）,當(dāng)制動(dòng)壓力高于8MPa時(shí)，順序閥10導(dǎo)通，控制液壓泵3提供的控制壓力油經(jīng)

16、順序閥10,電磁閥20的b端（下位）及單向閥15到變量泵1的控制油路輸入端X3進(jìn)入變量泵的變量液壓缸28的右腔，使變量泵的斜盤傾角增大，加大變量泵1向管路23馬達(dá)吸油端的供油量，防止馬達(dá)吸油端形成局部真空。當(dāng)液壓制動(dòng)力低于8MPa寸，順序閥10又?jǐn)嚅_，變量泵1的斜盤傾角減小到順序閥開啟前的狀態(tài)，變量泵1恢復(fù)先前的供油排量。當(dāng)先導(dǎo)閥13的手柄逐漸扳到中位時(shí)，先導(dǎo)閥壓力油閥口P到閥口A的通道被斷開，先導(dǎo)閥口A、閥口B與回油箱接通，變量泵1的伺服閥12左、右兩端油路經(jīng)先導(dǎo)閥13的A口、B口與回油箱接通，變量泵伺服閥12在復(fù)位彈簧的推動(dòng)下向右移動(dòng)，回到中位。變量泵1的變量液壓缸28失去壓力油，在液壓缸

17、復(fù)位彈簧的彈簧力作用下，活塞右移至中位，變量泵1的斜盤傾角逐漸變成0,變量泵的排量此時(shí)為00由于先導(dǎo)閥13的A口與油箱接通，其管路內(nèi)的油壓低于0.55MPa使前進(jìn)壓力開關(guān)b1斷開，導(dǎo)致電液閥11、電磁閥20斷電，兩閥處于中位。由于電液閥11的液動(dòng)閥是“H'型閥，它使馬達(dá)的排油端與吸油端導(dǎo)通，此時(shí)液壓制動(dòng)被解除。被馬達(dá)排出的油液經(jīng)馬達(dá)吸油端進(jìn)入馬達(dá)，不斷循環(huán)，馬達(dá)在慣性力的作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。3.6變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速回路（見圖2）圖2調(diào)速特性曲線變量泵-變量馬達(dá)容積調(diào)速回路主要靠手動(dòng)減壓式先導(dǎo)閥13及伺服變量泵1來調(diào)速和換向，并以恒壓變量馬達(dá)來輔助調(diào)速。調(diào)速過程分作2個(gè)階段：第1階段（恒轉(zhuǎn)

18、矩調(diào)速階段）相當(dāng)于變量泵-定量馬達(dá)容積調(diào)速。機(jī)械從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其負(fù)載基本不變，馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩M為恒值（如圖2線段ab）,而與馬達(dá)轉(zhuǎn)速n2的變化無直接關(guān)系。馬達(dá)輸出功率N=Mn/974（kW）,所以馬達(dá)輸出功率N與馬達(dá)轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系。由于機(jī)械起步階段負(fù)載大，故馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩必須足夠大才能驅(qū)動(dòng)機(jī)械起步，此時(shí)馬達(dá)的排量q2保持最大。泵的輸出轉(zhuǎn)速ni不變。而馬達(dá)轉(zhuǎn)速叫一如心n2與泵的排量qi成正比。隨著變量泵斜盤傾角增大，泵的排量qi隨之增大，使馬達(dá)轉(zhuǎn)速n2上升，馬達(dá)的輸出功率降增大（如圖2線段de）。隨著變量泵從最小排量qmin調(diào)到最大排量qimax,馬達(dá)轉(zhuǎn)速相應(yīng)從最小轉(zhuǎn)速Amin逐漸提高到與泵最大排量qimax相應(yīng)的轉(zhuǎn)速