铲运机液压系统双泵合流技术分析

牟少良

（山东黄金集团烟台设计研究工程有限公司，山东 烟台 264006）

铲运机液压系统双泵合流技术分析

牟少良

（山东黄金集团烟台设计研究工程有限公司，山东 烟台 264006）

双泵合流是铲运机工作转向液压系统逐渐流行的一种技术，文章对该技术提出的外部因素，该技术的原理及优缺点进行了介绍，并对典型的双泵合流液压系统进行了分析。

地下铲运机；工作与转向液压系统；双泵合流

1 双泵合流液压系统出现的背景

铲运机工作转向液压系统以前设计采用工作与转向分泵供油系统，但是随着社会发展，技术的进步，能源的枯竭，节能降耗成为了世界的主题，也成为井下采掘矿方采购设备的一个考虑因素。因为铲运机采用的动力系统是柴油机，而柴油机的价格是翻了几倍，因此降低能耗便能提高采矿成本。设备生产方也逐渐转型，以前宣传的粗放型、大能耗设备逐渐向节能型、环保型的设备发展。

对于铲运机，可以从以下方面做到节能降耗：首先，铲运机整机本身来说，主要能耗在发动机、双变系统、驱动桥传动系统、液压系统；对于发动机，采用多级燃烧、电控供油技术，使燃油充分燃烧，提高效率，减少排放。双变系统，即变矩器、变速箱，确实是节能的主要部件，现在国产变矩器工作效率普遍不高，基本在0.8左右，进口双变能提高到0.83左右。基本已达到变矩器极限效率，但后面很难提高。变速箱就是齿轮箱，由以前的行星式改为现在定轴式，直齿齿轮改为斜齿齿轮，现在的齿轮传动技术已经很成熟，要想在此成熟的技术上再提高效率，困难可想而知。既然上述节能关键点实施起来都有困难，那么就只剩下液压系统了，双泵合流液压系统就在此背景下发展起来。

2 双泵合流液压系统的原理

关于双泵合流液压系统，先介绍一下非合流液压系统（双泵分置液压系统）。工作、转向双泵分置液压系统原理图如图1所示。转向、工作液压系统分别有各自的分泵进行供油，左边的转向液压系统采用流量80mL/min分泵供油，右边工作液压系统采用流量160mL/min分泵供油，两套系统单独工作，互不影响。

图1 工作转向双泵分置液压系统原理图

当铲运机需要转向时，转向系统分泵通过全液压转向器给转向油缸进行供油，实现转向。当不转向时，转向分泵提供的油流经溢流阀1回油箱。而工作系统单独由工作液压分泵进行供油，工作时转向液压分泵提供的油流经多路换向阀中位回油箱，工作时提供各工作液压缸液压油。

图2是采用分泵合流液压系统的原理图。转向、工作系统各采用一个液压泵进行供油，当转动全液压转向器时，转向液压泵的油液通过优先阀分配给转向液压缸进行转向；当转向器不动作时，转向泵的油液通过优先阀分配和工作液压泵合流给工作系统通过多路换向阀铲运机进行动臂举升、翻斗等动作。当转向系统与工作系统均不工作时，泵的油液通过多路换向阀的中位回油箱。

图2 双泵合流液压系统原理

3 双泵合流液压系统的节能原理

双泵分置液压系统铲运机进行转向工况时，工作液压系统没有任何动作，但是此时工作泵依然在工作，提供的液压流量经过多路换向阀（以下简称多路阀）回到液压油箱，在这个过程中，由于油液流经优先阀和多路阀的阀口产生的节流损失以及液压系统自身的压力损失，背压基本在3MPa左右，会产生大量的热能，造成能量的浪费，工作泵的排量基本在80～160mL/min，能力浪费巨大。对于转向液压系统，设计时是为了满足怠速时的转向要求，转向泵的排量基本在80mL/min左右，当不进行转向时，转向泵依然会工作，依然会产生很大的热量，造成浪费。基于以上两点，双泵合流液压系统将两个液压系统进行融合，采用一个泵给两个系统供油或者两个泵供油，但工作泵采用一个小流量液压泵，在满足转向液压系统要求的同时，降低工作泵的排量，当转向系统不工作时将转向液压系统多余的流量合流到工作液压系统，这就降低了流量损失、压力损失，增加了效率降低了能耗。

4 优先阀的结构原理

优先阀结构及其工作原理如图3所示，主要由转向安全阀、弹簧、阀芯及阀体组成。其中P口为转向泵进油口，CF口与转向器进油口连接，EF口与工作系统的多路阀进油口连接，LS口与转向器的控制口连接，T口为安全阀回油口。

当P口进油时，液压油经阀芯3优先供应到CF口。当转向器不工作时，CF口处于封闭状态，此时LS口的压力为零，阀芯右端进油，液压力作用在阀芯右端，克服弹簧2的预压力，使阀芯向左移动，此时P口与EF口连通，转向泵油合流到工作系统中去，从而实现双泵合流。当转向器工作时，CF口经转向器与转向油缸连接，转向泵来油进入转向油缸，使装载机转向；LS口的压力信号通过节流小孔作用在阀芯的左端，此时阀芯右端的压力较转向器出口的压力低，由于阀芯左右两端压差的变化及弹簧的作用，当转向器转速很大时，使得阀芯向右移动至关闭，液压油优先供给转向。当转向负荷超过额定值时，LS口的压力油使转向安全阀1开启，LS口卸压，阀芯左移，转向泵来油合流到工作系统中。当工作系统不工作时，经多路阀中的中立位置卸荷。

图3 优先阀机构原理图

5 双泵合流液压系统存在的缺点

铲运机工作时工况要求是低压大流量，高压小流量。铲运机目前普遍采用定量液压泵，也就是液压泵的排量是一定的，当重载工作时，此时需要液压系统高液压力的输出。当铲运机工作时需要输出大工作力，因此，要加大柴油机的油门来获得大功率，而发动机的转速也相应增大，这时液压系统流量增大。因为在此工况下需要小流量，现在工作泵与转向泵的液流全部供给工作系统，这时大部分的液流通过多路阀的高压溢流阀进行卸荷。在此种情况下，增加了能率损失；当高压溢流阀调定压力过高，液压系统功率大于发动机功率时，导致发动机熄火。

双泵合流液压系统主要用在两个液压系统的压力基本相同的液压系统中，在重载工作时要对转向流向工作系统的多余液流进行卸荷，进行回油箱。这样既能减少能量损失，发动机也可以在正常情况下工作。

［1］高梦雄.地下装载机结构设计与应用［M］.北京：冶金工业出版社，2002.

［2］高梦熊.地下装载机［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

Analysis of Double Pump Combined Technology for Hydraulic System of Scraper

MOU Shao-liang
（Shandong Gold Group Yantai Design Research Engineering Co.，Ltd.，Yantai，Shandong 264006，China）

The double-pump confluence is a technique that gradually becomes popular in the hydraulic system of the scraper. The paper introduces the external factors of the technology，the principle and advantages and disadvantages of this technology，and analyzes the typical double-pumped hydraulic system.

underground scraper；work and steering hydraulic system；double pump confluence

TH325

A

2095-980X（2017）06-0091-02

2017-05-08

牟少良（1984-），山东招远人，大学本科，助理工程师，主要研究方向：地下无轨设备、工程机械。