闭式液压系统及其在压路机上的应用

闭式液压系统及其在压路机上的应用

Closed Hydraulic System and Its Application in the Rollers

徐州凯莫尔重工科技有限公司 尹继瑶/YIN Jiyao

摘　要：闭式回路液压系统具有能无级调速、传动平稳、操纵方便及结构紧凑等优点，在工程机械上得到了广泛应用。在压路机上可用作行走驱动和偏心振子的驱动，随着压路机工作机构运行特点和布局的不同，泵和马达的匹配也会有不相同的传动方案和组合方式。

关键词：液压传动　闭式回路　无级调速　全轮驱动　无桥驱动

1　全液压单轮振动压路机的传动系统概述

图 1 所示为全液压单轮振动压路机的传动系统示意图，从中可见其传动分为转向、振动与行走三个系统。全液压振动压路机的行走驱动采用无级调速的闭式变量系统，可以很方便地实现单杆操纵，压路机的变速、换向、停车、制动都很轻便灵活。压路机的振动驱动可以有开式回路与闭式回路两种液压传动方案，开式液压传动的振动系统一般不作调频，若需作小范围的调频，只能用节流调速的方法达到。闭式液压传动的振动系统可以根据需要来优化和调节压路机的振动频率。压路机的转向系统几乎无一例外地采用了全液压转向，不但操作轻便，而且能实现发动机熄火转向。

环。为了补偿系统中的泄漏损失，通常需在系统中连接一个补油泵和具有一定容量的油箱。闭式回路传动系统的优点是油箱体积小，结构比较紧凑，空气不易渗入系统油液中。另外，在闭式回路中能维持一定的背压，工作平稳性好，操作灵活准确。但这种液压传动回路的元件结构复杂，散热条件也差些，并且要求有较高的油过滤精度。常用的闭式液压传动有如下几种传动方案：

2.1　定量油泵驱动定量马达

这种组合方式的传动方案相当于机械轴或齿轮传动，在发动机和负荷之间传递功率，但不能调节油马达的转速和扭矩。这种传动系统必须使用换向阀来改变油马达的旋转方向，其结构最简单，可用于动力源与负载之间较远但并不需调速的传动。

2.2　变量油泵驱动定量马达

此种传动方案中油泵的排量 qp 在 0 到最大之间调节，马达的排量 qm 不变化。这时油马达的转速 nm与油泵的排量成正比，当泵排量达最大值时，马达的转速最高，而最低转速取决于油泵可能提供的最小稳定流量。

当系统的工作压力保持恒定时，由于马达的排量

发动机

转向

振动

行走

不变，所以其输出的扭矩 Mm 为定值，故称其为“恒扭矩工况”。马达的输出功率 Nm 则与转速 nm 成正比，如图 2a）所示。

该传动方案具有很大的调速范围，马达的转速可以在 0 到最大之间无级调节。只要油泵有流量输出，马达就会有最大的起动扭矩，这极有利于克服负载的起动惯性。将油泵的排量从零逐渐增加就可以使马达起步旋转，将油泵的排量逐渐减小到零就可以使马达停止旋转，因此传动系统中不必另设离合器就可以使负载运转起步或停止。对于闭式回路系统，当油泵的排量为零时将使马达不能转动，从而能实现机器执行机构的工作制

图1 全液压传动单轮振动压路机

2　闭式液压系统及其传动方案

液压传动系统按照液流的循环形式，分成开式调速回路与闭式调速回路两种。开式回路中的油泵从油箱吸油进管路，油液完成工作后便排回油箱。开式回路传动的优点是结构简单，油的散热和澄清条件好。缺点是油箱体积大，空气渗入油液会带进传动元件，从而造成系统中的液压冲击大。闭式回路中油泵的吸、排油口直接与执行元件的油口相连，油液的流动形成一个闭合循88

CMTM

2010.02

动，在理论上讲可以不另设制动器。该传动方案还可以很容易地通过改变油泵和马达中油流的方向（油的进出口变换）来实现工作机构的正反转，使得机器换向操作简化。另外，此种传动方案的结构和操纵都还是比较简单的，因为变量泵比变量马达简单而且造价低，机器运转的起步、变速、换向及停车制动能实现单杆操作。

但这种传动方案只有在马达输出扭矩最大和理论转速最高时，马达才能有最大的输出功率，在其它情况下则不能。因此，发动机的功率经常得不到充分利用。

速、换向及停车制动，其调速范围更大，并且具有低速恒扭矩和高速恒功率的调速特性。

这一传动方案的调速过程通常分为两个阶段进行。在第一阶段开始时，先将油马达的排量固定在最大值，调节油泵的排量从零逐渐调到最大值，此过程中马达的转速从零逐渐升高到第一阶段的最大值；然后开始第二阶段的调速，此时油泵保持其最大排量不变，调节马达的排量从最大逐渐调到最小值，马达的转速则从第一阶段的最大值逐渐升高到第二阶段的最大值。从上述两个调速阶段可以看出，低速至中速之间用变量泵调速，中速至高速之间用变量马达调速，故其调速范围甚广，其输出特性曲线见图 2c 所示。

此液压传动系统中，当油泵的排量处于零时，没有动力输出。但变量马达却在最大的排量位置，马达输出轴上具有最大的起动扭矩。在这一阶段，对任一给定的压力，油马达的输出扭矩都为恒定值。前后两个阶段相接之时，油泵和马达都具有最大的排量。此后马达的排量将从最大到最小，马达的输出扭矩减小而输出转速提高，输出功率则保持恒定。也就是说，低速至中速之间为恒扭矩传动，中速至高速之间为恒功率传动。

此种传动方案在技术性能方面可以说是最理想的，但其结构也是最复杂的，只有用于调速性能要求高的大功率传动才是合理的，这时可以用液压伺服机构调节油泵和马达的排量。也有在小功率的变量泵—变量马达调速回路中使用手动调节排量的。

2.3　定量油泵驱动变量马达

此种传动方案中油泵的排量 qp 不变化，马达的排量 qm 在最大与最小之间调节。这时油泵的流量即是通入马达的流量不变，马达的转速 nm 与其排量成反比。但马达的排量不可能太大，否则会使马达的结构很庞大；马达的排量也不可能太小，否则会使马达转速过高而导致“飞车”。

由于油泵的流量不变，马达的输出功率 Nm 就是恒定值，故称其为“恒功率工况”。马达的输出扭矩 Mm 与其排量 qm 成正比，而 Mm 与转速 nm 成反比，如图 2b）所示。

这种传动方案能使发动机在保持恒定功率的条件下工作，从而能最大限度地利用发动机功率，达到节省能源的目的。但由于马达的排量不能过大，也不能过小，所以这种传动方案的调速范围很有限，仅能达到 3～4。又由于马达的排量很小时不能正常工作，其变量机构也不可以通过零位，所以无法实现马达的换向旋转，若需换向时只能采用开式回路并加设换向阀完成。马达的排量不能很大，使得机器执行机构没有低速工作范围，必须另设离合器才能保证机构运转的停车或原地起步。

3　典型的闭式液压系统及其油路分析

图 3 所示为采用变量轴向柱塞泵和定量轴向柱塞马达组成的闭式回路系统。发动机驱动变量泵 2 工作，图示为停车状态。若将换向阀1的手柄推向前，则从供油泵 3 来的油经过换向阀推动伺服缸活塞使变量泵的斜盘倾斜一个角度，高压油经上部管路进入油马达 12，马

Nm

Mm

Mmnm

nm

Nm

qp

b图2

2010.02建设机械技术与管理

2.4　变量油泵驱动变量马达

此组合综合了上述两种变量调速系统的全部技术性能方面之优点，可以很方便地实现执行机构起动、变

Nm

Mmnm

MmNm

nm

NmMmnm

Mm

Mm

nm

qp

a

O

qpmax

c

qpmax

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