【正文】 損失和液流沖擊會(huì)隨液流流速呈平方關(guān)系增加，系統(tǒng)傳動(dòng)效率下降 。同時(shí)， 油溫升高，回油背壓加大，振動(dòng)與噪聲加劇，液壓元 件的壽命下降。因此，不可盲目提高油管內(nèi)的油液流速。 2） 油管壁厚的計(jì)算 19 2[ ]pd? ?? 式中 ， δ—油管壁厚； p—管內(nèi)可能的最大油壓； []? —管材許用應(yīng)力， MPa。 n/][ b??? ，b? —管材抗拉強(qiáng)度； n—安全系數(shù)， 當(dāng) p7MPa 時(shí)，取 n=8；當(dāng) p 時(shí)，取 n=6；當(dāng) p 時(shí)，取 n=4。 其他 液壓元件設(shè)計(jì) 和 選擇 1） 閥類元件的設(shè)計(jì) 與 選擇 閥類元 件 需 按其承受的最大工作壓力和流量進(jìn)行設(shè) 計(jì) 或選擇 ， 同時(shí) 保證 它們的使用工況和安裝型式符合主機(jī)要求。 壓力控制閥根據(jù)工作壓力和通過的最大流量來選取，其調(diào)定壓力的上限一般是系統(tǒng)工作壓力的 倍。流量控制閥根據(jù)工作壓力、通過的最大流量和最小穩(wěn)定流量來選取。方向控制閥根據(jù)工作壓力、最大流量和所需的滑閥機(jī)能來選取。背壓閥或補(bǔ)油閥的開啟壓力應(yīng)達(dá) 左右。對(duì)平衡閥的選擇，應(yīng)滿足其性能要求和安裝條件，尤其是流量，因?yàn)樵谝簤焊昨?qū)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)中，當(dāng)使用同一系統(tǒng)流量，有桿腔進(jìn)油而無桿腔回油時(shí)，回油量比進(jìn)油量大得多。平衡閥的先 導(dǎo)壓力應(yīng)大于制動(dòng)器的開啟壓力。選擇閥類元件時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品；閥類元件的額定流量一般大于或等于通過該閥的最大流量，必要時(shí)，也允許實(shí)際流量大于額定流量，但不 應(yīng) 超過 20%； 流量閥按系統(tǒng)所需的流量調(diào)節(jié)范圍來選取，其最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件最低速度要求。 2） 濾油器的選擇 濾油器是液壓系統(tǒng)中對(duì)油液進(jìn)行過濾凈化的重要元件。 通常根據(jù)系統(tǒng)中液壓元件情況選取相應(yīng)的濾油器及其安裝位置。在液壓泵的進(jìn)油口常用網(wǎng)式濾油器，以減少進(jìn)油阻力，并起一定的濾油保護(hù)作用。在系統(tǒng)的回油 油管 中多裝有較高濾油精度、大流 量規(guī)格、帶臟堵報(bào)警和保護(hù)的可換濾芯式濾油器。對(duì)濾油精度有特別要求的液壓元件，可按該液壓元件所處 油管 最大工作壓力和流量及相應(yīng)的濾油要求，選取高壓管式紙質(zhì)濾油器、燒結(jié)式濾油器或金屬濾芯濾油器。在濾油器的選擇中，還應(yīng)注意液壓油必須與濾油器材料相容 ， 流量規(guī)格的匹配，不選用明顯小于相應(yīng) 油管 流量的濾油器。雖然選擇高過濾精度的濾油器可顯著提高液壓系統(tǒng)工作可靠性和液壓元件的壽命，但是過濾精度越高，濾油器的濾芯往往堵塞的就越快，清洗或更換濾芯就越頻繁，加上高精度濾油器價(jià)格貴成本高，因此，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)過濾精度 的濾油器 ，達(dá)到所需的油液清潔度。此外，還要考慮濾油器的壓降特性、納垢容量、工作溫度和安裝條件等。 3） 蓄能器的選擇 蓄能器在液壓系統(tǒng)中能儲(chǔ)存能量，吸收脈動(dòng)壓力和沖擊，補(bǔ)充泄漏液體，保持恒壓和用作輔助或緊急動(dòng)力源。因此，在選取蓄能器時(shí)，應(yīng)按系統(tǒng)允作的最低、最高工作壓力和蓄能器的有效工作容積與用途，確定它的結(jié)構(gòu)型式，規(guī)格和安裝條件等。 4） 冷卻器 和 加熱器的選擇 20 冷卻器的選擇主要依據(jù)液壓油進(jìn)入冷卻器的溫度、冷卻器應(yīng)帶走的熱量、通過冷卻器的液壓油流量與壓力，工作壓力與安裝條件等。加熱器主要用于嚴(yán)寒地區(qū)工作的起重機(jī) 液壓系統(tǒng)。 選擇加熱器時(shí)，主要根據(jù)加熱液壓油品質(zhì)和容積，以及溫升速率，確定加熱器功率，再選取加熱器的安裝方式和結(jié)構(gòu)型式。也可采用在較小溫升速率時(shí)的泵油加熱方式。 5） 油箱的選擇或設(shè)計(jì) 油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能是：貯存供系統(tǒng)工作循環(huán)所需的液壓油；散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量；促進(jìn)油液中的空氣分離及消除泡沫 。油箱的容積通常是指油箱液面高度為油箱總高度的 80%時(shí)油箱的貯油體積。 在 行走機(jī)械中，為了保證整機(jī)的機(jī)動(dòng)性，減輕自重，便于行駛，油箱的容積一般為系統(tǒng)最大流量的 ～ 倍。履帶起重機(jī)常取 倍，油缸 機(jī)構(gòu) 較多的 機(jī)器取較大值。 負(fù)荷傳感與壓力補(bǔ)償原理及應(yīng)用 負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) 20 世紀(jì) 90 年代 初 ，履帶起重機(jī) 液壓系統(tǒng) 開始采用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) （ Load sensing，簡稱 LS） 。 負(fù)荷傳感控 制系統(tǒng) 具有感知負(fù)載工況流量、壓力，從而調(diào)整供油單元的運(yùn)行狀態(tài)，向系統(tǒng)提供負(fù)載所需的壓力、流量等 特點(diǎn) 。 與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)比較，采用 負(fù)荷傳感控制 的液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下 ： 1） 節(jié)能效果顯著。 傳統(tǒng) 的液壓系統(tǒng) ， 無論 采用定量泵還是變量泵，總要有一部分液壓油經(jīng)溢流閥溢 流 回油箱 ， 浪費(fèi) 了 一定 能量。而使用負(fù)荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量幾乎全部用于負(fù)載上 ， 減少了 流量損失 。 2） 流量控制精度高，不受負(fù)荷壓力變化的影響。 3） 幾個(gè)執(zhí)行元件可以同步運(yùn)動(dòng)或以某種速比運(yùn)動(dòng)，且互不干擾。 負(fù)荷傳感 控制 系統(tǒng)有閥控制負(fù)荷傳感和泵控制負(fù)荷傳感兩種基本方式，但以微處理器為核心的泵閥聯(lián)合控制方式 是發(fā)展趨勢 。 圖 為典型的負(fù)荷傳感控制回路。 21 圖 負(fù)荷傳感控制閥 系統(tǒng) 1） LS 變量泵； 2） LS 調(diào)節(jié)閥； 3）壓力補(bǔ)償閥； 4）節(jié)流閥； 5）執(zhí)行機(jī)構(gòu) A； 6）執(zhí)行機(jī)構(gòu) B； 7）節(jié)流閥； 8）梭閥； 9）壓力補(bǔ)償閥 負(fù)荷傳感控制閥的基本原理可用流體流過節(jié)流口的伯努利流量方程表示 ： q KA p?? 式中 ， K—流量常數(shù)； A—閥開口面積； p? —閥口前后壓差。 只要控制 △ p 的值為常數(shù)，則流量 q 只與閥的開口面積有關(guān)，而與 外負(fù)荷 無關(guān)。在負(fù)荷傳感系統(tǒng)中， △ p 的值是通過壓力補(bǔ)償閥來實(shí)現(xiàn)的，其中壓力補(bǔ)償閥的彈簧 力 決定了節(jié)流口處壓降 △ p 的值。 復(fù)合動(dòng)作時(shí)，執(zhí)行元件 A 和執(zhí)行元件 B 需要 不同的 驅(qū)動(dòng)壓力， 如圖 所示，分別為 100bar 和 50bar。 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu) A 進(jìn)行分析， 100bar 的壓力被引到壓力補(bǔ)償閥 3，壓力補(bǔ)償閥 3 的彈簧力為 7bar，由靜壓力平衡可知，壓力補(bǔ)償閥 3 的出口壓力為 107bar，忽略管道沿程阻力損失，節(jié)流閥 4 的進(jìn)口壓力即為 107bar，從而節(jié)流 閥 4 的壓降 為 7bar，即 為 壓力補(bǔ)償閥的彈簧力。 同理分析可知，節(jié)流閥 7 的壓降為 7bar，與節(jié)流閥 4 的壓降相同，即意味著此時(shí)可進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。 閥 8 為梭閥，將回路 A 與回路 B 的最高壓力 引到 變量泵 的 LS 口 ， 變量機(jī)構(gòu)根據(jù)來自 LS 口的負(fù)荷壓力 可自動(dòng)地對(duì)泵的斜盤擺角進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制泵的流量始終等于執(zhí) 22 行元件所需流量。當(dāng)負(fù)荷壓力升高時(shí)，泵擺角自動(dòng)減小，從而減小泵的排量；當(dāng)負(fù)荷壓力下降時(shí)，泵擺角自動(dòng)增大 ，從而增大泵的排量。 負(fù)荷傳感系統(tǒng)應(yīng)用于履帶起重機(jī)時(shí)，也有一定缺點(diǎn)。梭閥 8 將最高負(fù)荷壓力 100bar引到 LS 調(diào)節(jié)閥， LS 調(diào)節(jié)閥的彈簧力為 20bar，則泵的出口壓力為 120bar，即泵的輸 出壓力只與最高負(fù)荷壓力相適應(yīng)，壓差為 20bar。但 B 回路的負(fù)荷壓力為 50bar， 與 泵的輸出 壓力 相差 70bar，且壓差主要作用在壓力補(bǔ)償閥兩端，既會(huì)造成系統(tǒng)能量的損耗，發(fā)熱量大，又易造成壓力補(bǔ)償閥的損壞。 負(fù)荷傳感分流器系統(tǒng) 應(yīng)用 負(fù)荷傳感控制系統(tǒng) 的前提條件 是 ，泵的供油能力大于工作系統(tǒng)所需的流量 。 一旦工作系統(tǒng)要求的流量超過泵供油 能力的極限時(shí)，最高負(fù)荷回路上的執(zhí)行元件速度會(huì)迅速降低直至停止，從而使履帶起重機(jī)失去復(fù)合動(dòng)作的協(xié)調(diào)能力。 圖 中 ，當(dāng)泵的供油能力不足時(shí)，泵的出口壓力將 達(dá)不到 120bar， 一旦此值低于 107bar，壓力補(bǔ)償閥 3 將不起作用 ，從而導(dǎo)致節(jié)流閥 4 的壓降小于 節(jié)流閥 7 的壓降，系統(tǒng)的油液將 通過節(jié)流閥 7 流向低 負(fù)荷 執(zhí)行機(jī)構(gòu) B， 高負(fù)荷回路上的執(zhí)行元件 A 的速度會(huì)迅速降低直至停止 。 為解決 這一缺點(diǎn) ， 力士樂公司 在液壓系統(tǒng)中 設(shè)置了負(fù)荷傳感分流器 （ LUDV） ，其主要作用是保證 在供油不足時(shí)所有執(zhí)行元件的工作速度按比例下降，以獲得與負(fù)荷壓力無關(guān)的控制。負(fù)荷傳感分流器 工作原理如 圖 所示。 LUDV 系統(tǒng)中壓力補(bǔ)償閥位于節(jié)流閥 A 和 B 之后，故稱為帶次級(jí)壓力補(bǔ)償閥的負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)。最高負(fù)荷壓力不但傳感到變量泵中，也傳感到各個(gè)壓力補(bǔ)償閥。圖 中的壓力補(bǔ)償閥是基于定差減壓原理，而圖 中的流量分配型壓力補(bǔ)償閥是基于比例溢流原理，最高負(fù)荷壓力作為比例控制信號(hào)傳遞給所有的壓力補(bǔ)償閥，同時(shí)負(fù)荷傳感控制器也在最高負(fù)荷壓力的作用下，對(duì)液壓泵的排量進(jìn)行控制，使泵的輸出壓力較最高負(fù)荷壓力高出一個(gè)固定值，這樣所有的多路閥閥口的壓降都被控制在同一值。即使泵 出現(xiàn)供油不足的現(xiàn)象，雖然執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度會(huì)下降，但由于所有閥口的壓降是一致的，各工作機(jī)構(gòu)的工作速度還會(huì)按閥的開口面積保持比例關(guān)系，從而保證履帶起重機(jī)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。 在一般情況下， LS 系統(tǒng)、 LUDV 系統(tǒng)的工作性能基本相同，但當(dāng)執(zhí)行元件所需流量超過泵輸出流量極限時(shí)， LUDV 系統(tǒng)中各節(jié)流孔壓差 △ p 始終保持相等，流量總是與節(jié)流孔面積成正比，所有執(zhí)行元件將以同一比例減速，并能獨(dú)立平穩(wěn)地工作，保持操作人員預(yù)定的工作運(yùn)動(dòng)軌跡，而與負(fù)荷和泵流量大小無關(guān)。 23 圖 負(fù)荷傳感分流器 系統(tǒng) 1） LS 變量泵； 2） LS 調(diào)節(jié)閥； 3）安全閥； 4）節(jié)流閥； 5）壓力補(bǔ)償閥； 6）執(zhí)行機(jī)構(gòu) B； 7）梭閥； 8）執(zhí)行機(jī)構(gòu) A； 9）壓力補(bǔ)償閥； 10）節(jié)流閥 思考題 1. 簡述履帶起重機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程。 2. 簡述開、閉式液壓系統(tǒng)的 優(yōu)缺點(diǎn) 及其在履帶起重機(jī)上的應(yīng)用。 3. 簡述 LS 系統(tǒng)與 LUDV 系統(tǒng)的異同點(diǎn)。