浅析工程机械液压调速回路

液压传动系统可以在保持原动机的功率和转速不变的情况下方便地实现大范围的调速，广泛地应用于各类工程机械。调速的方法是，只要改变进入执行元件的流量或者改变液压泵和液压马达的排量即可。按改变流量与改变排量的方法不同，液压系统可分为有级调速系统、无级调速系统及复合调速系统[1]，无级调速系统又分为节流调速系统和容积调速系统以及容积节流调速系统。每一个液压系统又是由一个或多个回路组成的，本文重点讨论有级调速回路和节流调速回路。

1 有级调速回路

在一些具有较大功率又要求具有很大调速范围的液压工程机械上常采用有级调速系统。实现有级调速的方法有很多。

DBT对非致密型腺体的检查敏感性、特异性、阳性/阴性预测值与FFDM相比，差异不显著（P＞0.05）；对于致密型腺体良恶性的判断，DBT特异性较FFDM高，比较差异显著（P＜0.05），但敏感性、阳性/阴性预测值相比，两者差异均不显著（P＞0.05）。见表3。

1.1 用换向阀改变动力元件的供油方式

图1所示为二级调速回路，二位三通换向阀3作为合流阀使用。合流阀处于右位时，液压泵1和2可单独工作，通过各自的换向阀分别向液压缸6和7供油，此时回路处于低速状态；合流阀处于左位时（此时换向阀4处于中位，其控制的执行元件不工作），泵1和泵2输出的油液合流，共同向换向阀5控制的液压缸7供油，此时回路处于高速状态。通过合流阀的使用，液压缸7可获得两级速度。假设泵1和泵2的流量分别为qP1和qP2，则液压缸7在低速和高速状态下的输入流量分别为qP2和qP1+qP2。对于液压缸而言，速度完全取决于输入流量，因此液压缸7在两种状态下的速比i为(qP1+qP2)/qP2。此类型调速回路在挖掘机等工程机械的液压系统上有着较多的应用。例如，WY100型挖掘机液压系统为双泵双回路配置，当挖掘机停止行走和回转时，可通过操纵手动换向阀，使两台液压泵合流向工作装置回路的动臂液压缸和斗杆液压缸供油，以提高工作效率。

  

图1 二级调速回路

 

1、2-液压泵；3、4、5-换向阀；6、7-液压缸

1.2 用换向阀改变执行元件的油液输入方式

换向阀不仅可用于改变动力元件的供油方式，形成有级调速回路，还可用于改变执行元件的油液输入方式，获得不同的速度（转速）。图2所示为含有两台同规格液压马达的二级调速回路。

  

图2 二级调速回路

 

1-油源；2、4-换向阀；3、5-液压马达

不考虑液压马达的回油背压及各类压力损失，液压马达进油腔的同侧节流阀进、回油口压差ΔpT即为ΔpM。

 

液压马达的理论流量qMt为其排量VM与转速nM的乘积，即qMt=VM·nM。不考虑泄漏损失，液压马达的实际流量qM等于理论流量qMt，即qM=qMt=VM·nM，因而输入功率PMi为：

AT指的是小孔的通流面积；

 

液压马达的输出功率PMo为其角转速ωM与输出转矩TM的乘积，即：

 

不考虑泄漏损失和转矩损失，液压马达的输入功率PMi等于输出功率PMo，于是：

 

图3、图4所示分别为进、回油路节流调速回路。这两种回路均使用定量泵作为动力元件，依靠改变流量控制阀开口度的大小来改变进入执行元件的流量，进而改变执行元件的速度。定量泵多余的油液通过溢流阀流回油箱，这是进、回油路节流调速回路能够正常工作的必要条件。由于溢流阀有溢流，泵的出口压力为溢流阀的调定压力并基本保持定值[3]。

 

两台液压马达通过二位四通电磁换向阀形成不同的连接方式，可共同驱动多种机械某一侧的行走机构。假设两液压马达规格相同，由图2可知，二位四通电磁换向阀4处于上位时，液压马达3和5为并联方式，则每台液压马达的进油腔最大压力均取决于输入油液的调定压力。溢流阀一般在回路中用于调定供油压力，设定该压力为py，不考虑液压马达回油腔的背压，则液压马达的进、回油腔压力差ΔpM为py。由式（4）可知，液压马达的最大输出转矩为py·VM/2π。换向阀4处于下位时，液压马达3和5为串联方式，此时每台马达的进、回油腔最大压差为并联时的一半，即此时的ΔpM为py/2。由式（4）知，最大输出转矩为py·VM/4π。另外，液压马达并联时输入流量为供油量的一半，串联时为全部供油量，因定量液压马达的排量不可调节，由关系式qM=VM·nM可得：并联时液压马达的转速为串联时的一半。

综上所述，液压马达并联时，回路处于低速大转矩状态，此时机械可进行作业和爬坡；液压马达串联时，回路处于高速小转矩状态，此时机械可快速行驶，完成作业现场转移等功能。该类型回路可应用于全液压行走工程机械。

2 节流调速回路

在定量泵供油的液压系统中，用流量控制阀对执行元件的运动速度进行调节，这种回路称为节流调速回路。节流调速回路是在工程机械、矿山机械、组合机床、压力加工等领域应用较为广泛的一种调速回路。节流调速回路按流量控制阀的位置不同可分为进油路节流调速回路、回油路节流调速回路和旁油路节流调速回路三种[2]。

根据相关的实践研究我们可以看出，建筑规划设计业的设计标准化应当是建筑产业实现现代化要求的基本前提和特征。相关设计企业根据产品的定位和功能进行一系列标准化的设计，从而设置出一套统一规范的标准和构配件。同时，通过标准化的生产设置对构配件进行不同的有针对性地处理优化，使其不断满足不用项目的建设需求，不断提高生产效率和生产质量。

2.1 进、回油路节流调速

在执行元件的进油路上串连一个流量控制阀，即构成进油路节流调速回路；在执行元件的回油路上串联一个流量控制阀，即构成回油路节流调速回路。

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整理得：

  

图3 进油路节流调速回路

 

1-液压泵；2-节流阀；3-液压缸；4-溢流阀；5-油箱

  

图4 回油路节流调速回路

 

1-液压泵；2-节流阀；3-液压缸；4-溢流阀；5-油箱

k指的是小孔流量系数，取决于小孔的结构、尺寸和流体特性等，一般认为是常数；

2.2 旁油路节流调速

将流量控制阀安放在和执行元件并联的旁油路上，即构成旁油路节流调速回路。在这种回路中，节流阀调节了泵溢流回油箱的流量，从而控制了进入执行元件的流量。调节节流阀开口，即实现了调速。由于溢流已由节流阀承担，故溢流阀用作安全阀，常态时关闭，过载时打开。泵的出口压力不再恒定，它与执行元件的工作压力相等，直接随负载变化，且等于节流阀两端压力差[4]。

将式（5）代入式（7）得到节流阀的流量表达式：

  

图5 旁油路节流调速回路

 

1-液压泵；2-换向阀；3-液压马达；4-节流阀；5-溢流阀；6-油箱

换向阀处于左位或右位时，液压泵的输出油液一部分通过液压马达，维持液压马达的转速；另一部分通过液压马达进油腔的同侧节流阀流回油箱（由于液压马达的回油腔直接连通油箱，该侧节流阀被短路，无油液流过）。假设液压马达所受的阻力矩为TM，由式（4）可得液压马达的进、回油腔压差为：

 

作为液压系统的执行元件，液压马达的功能是将压力能转换为机械能，输入的参数是压力和流量，输出的参数是转矩和转速。设液压马达的进、回油腔压力差为ΔpM，输入的流量为qM，则液压马达的输入功率的计算式为：

假设定量液压泵的输出流量为qP，通过液压马达的流量为qM，通过节流阀的流量为qT（见图5）。显然，qP=qM+qT，即：

 

通过各类小孔的流量公式为：

 

式中，q为通过小孔的流量；

在各类工程机械尤其是土石方工程机械液压系统中，往往需要操作人员根据作业要求即时调整作业速度。例如在挖掘机、装载机液压系统工作装置回路中，操作人员可通过换向阀改变动臂和铲斗的运动速度。虽然工作装置回路中未必配置有节流阀，但是操作人员通过手动控制换向阀的开口度，实际上起到了节流调速的作用。

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m为压差指数，取决于小孔的长径比，一般在～1之间取值。

图5所示回路为由单向定量泵与双向定量液压马达构成的开式回路。由于液压马达为双向液压马达，因此在其两侧的油腔分别旁接有节流阀。此类回路散热效果好，易于实现油液的冷却，通过换向阀可改变液压马达的转向。

 

将式（8）代入式（6）得到液压马达的流量表达式：

(1)沥青。修筑路面所用的沥青，在高温时要具有较高的稳定性，低温时又具有较好的抗裂性。所以，应尽量选择溶-凝胶型结构的环烷基稠油直馏沥青。

3.具有较强的实效性。辅导员可以将就业指导工作融入学生日常教育管理之中，这样会有较强的实效性。具体方法有：一是利用主题讨论、经验交流等形式，给学生介绍往届毕业生的就业去向、政策和形势；二是引导学生积极参与文体活动、科技竞赛、社会实践、就业实习等，增强他们的就业竞争力；三是建立学生就业档案，及时了解学生就业后的心态和需求，尽可能地提供相应帮助。

 

不考虑泄漏等因素，液压马达的转速为：

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对于定量液压泵与定量液压马达组成的液压回路，泵的输出流量qP和液压马达的排量VM均不变，流量系数k和压差指数m为定值。假定液压马达的阻力矩TM为常量，从式（10）可知，液压马达的转速nM完全取决于节流阀的通流面积AT。因此，通过连续调节节流阀的开口度大小，可以调整液压马达的转速，实现无级调速。旁油路节流调速回路只有节流损失，而无溢流损失，因而功率损失比进油和回油节流调速回路小，故效率较高[5]。

此类回路可用于需要实现无级调速的液压系统。例如，YZC10型振动压路机振动回路采用的就是该类型的旁油路节流调速。通过调节节流阀，可以改变振动液压马达的流量和转速，实现无级调频；通过换向阀改变液压马达和振动轴的转向，最终改变偏心质量和偏心距，从而获得两种不同的振幅。因此，YZC10型振动压路机振动回路为双幅多频（无机调频）类型的回路。

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节流调速系统结构简单可靠、成本低、使用与维修方便，所以在各类型机械尤其是工程机械上应用广泛。

3 结语

速度调节范围广是液压传动的一大优点。液压调速系统在工程机械中具有极其重要的应用价值。不同类型的调速系统特点不同，功能也不尽相同。正确分析液压调速系统的特点，对于工程机械液压系统的设计、使用及维护都有着积极的意义。

参考文献

[1]孙立峰，吕枫.工程机械液压系统分析及故障诊断与排除（第1版）[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]李芝.液压传动（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3]王强.工程机械液压传动[M].北京：国防工业出版社，2013.

[4]丁树模，周骥平.液压传动（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2007.

[5]汪哲能.液压与气动技术[M].北京：中国传媒大学出版社，2015.