工程機械絕大部分需要用到液壓系統,根據需求的不同,有的簡(jiǎn)單有的復雜,同時(shí),在液壓回路上也有開(kāi)式和閉式之分,它們的區別主要在于油液的循環(huán)方式不同。
最基本的閉式回路由液壓泵、液壓馬達和主回路管道構成
我們常見(jiàn)的挖掘機液壓系統比較復雜,至少有下列執行元件:2個(gè)行走馬達,1個(gè)回轉馬達,1~2個(gè)大臂油缸、1個(gè)小臂油缸和1個(gè)鏟斗油缸,而且還需要做出復合動(dòng)作。液壓油經(jīng)液壓泵加壓后通過(guò)換向閥或多路閥給液壓缸或液壓馬達供油以驅動(dòng)工作機構,而回油則經(jīng)換向閥或多路閥回到油箱,這就是典型的開(kāi)式回路。
典型的開(kāi)式系統,回油流回油箱
不過(guò)有些機械相對來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單一些,比如靜液壓驅動(dòng)的裝載機、推土機、滑移裝載機等,如果我們暫且不管工作裝置用到的液壓系統,單純從傳動(dòng)這一塊來(lái)看,就是液壓泵驅動(dòng)液壓馬達,那還需要用開(kāi)式回路嗎?如果把液壓馬達的回油直接接到液壓泵的進(jìn)油管上是不是可行呢?實(shí)際上不僅可行,各廠(chǎng)商也是這么做的,這就是閉式回路。
閉式回路的基本構成,油箱12的作用比較小
在閉式回路中,液壓泵的進(jìn)油管直接與執行元件的回油管相連,工作液體在系統的管路中進(jìn)行封閉循環(huán)。閉式回路結構較為緊湊,主回路具有對稱(chēng)性和輸入輸出的可逆性。閉式回路通常采用可雙向變量的液壓泵,本身兼有調節流量和改變流向的雙重功能,可連續調節液壓馬達的轉速和旋轉方向,無(wú)需在主油路中設置換向閥,液壓油的流動(dòng)損失較小。
閉式回路元件簡(jiǎn)圖
同時(shí),閉式回路能夠自動(dòng)識別與適應負荷,可在驅動(dòng)工況和制動(dòng)工況之間瞬間轉換而無(wú)需通過(guò)閥組切換油路,從靜止到最高速度都可以連續控制,傳動(dòng)的平穩性好。而且還能實(shí)現動(dòng)力制動(dòng),取代摩擦元件構成行車(chē)制動(dòng)系統。
圖中的推土機采用了4臺液壓泵分別驅動(dòng)兩側的各兩臺液壓馬達
當然上面所談的都是原理,閉式回路在實(shí)際運用中還需要安全閥、泄油管路、變量機構、補油系統、沖洗油路等才能構成實(shí)用的液壓系統。從上面的介紹也可以看出,閉式回路適用于以液壓馬達驅動(dòng)行走的車(chē)輛以及混凝土輸送罐這樣需要連續旋轉的工作部件,這也是為什么在裝載機、推土機、滑移裝載機能看到閉式回路的原因。
滑移裝載機內部,籃圈中是行走液壓泵,藍色箭頭所指為兩側的行走馬達
在上述幾種機械上,通常采用一個(gè)液壓泵對應一個(gè)液壓馬達,這樣如果是兩側各有一個(gè)驅動(dòng)輪那么就有兩套閉式回路,另外工程機械除了行走外還需要工作裝置,因此還有一套用于工作裝置的開(kāi)式回路。這樣雖然性能得到提升,但成本會(huì )比采用機械傳動(dòng)要高一些。
對于挖掘機來(lái)說(shuō),中小型挖掘機的開(kāi)式回路實(shí)際上相當于用一個(gè)或一組公共液壓動(dòng)力源為眾多執行元件供能,雖然有利于實(shí)現集成化、通用化和標準化,但對于回轉性能來(lái)說(shuō),實(shí)際是有所犧牲的。挖掘機的回轉雖然與行走一樣都使用液壓馬達,但行走與挖掘機的工作性能無(wú)關(guān),而且會(huì )造成嚴重的磨損,所以挖掘機并不強調行走。而回轉則涉及工作性能,因此非常重要。
大型挖掘機由于采用多個(gè)液壓泵(組),因此會(huì )有單獨的回轉泵(組)以提高回轉性能,比如卡特6090采用了8臺工作泵和6臺回轉泵。不過(guò)有的挖掘機為了避免同時(shí)配備開(kāi)式和閉式回路,以及在不需要回轉時(shí)回轉泵的流量可以被工作裝置所用,雖有回轉泵但不是閉式回路,僅采用回轉優(yōu)先的設計來(lái)提高回轉性能。其余的挖掘機則在回轉上采用了閉式回路,回轉泵專(zhuān)門(mén)用于回轉,不與工作回路合流,因此回轉性能也達到了最大化。目前,采用閉式回轉回路的挖掘機越來(lái)越多,70噸級產(chǎn)品也有采用。