液压系统的功率损失主要有以下几种形式:(1)溢流损失当液压挖掘机过载时,为防止过载损坏机械,安全阀打开,压力油通过安全阀溢流回油箱,此时发动机的输出功率都消耗在安全阀上,即转换为热能,此部分能量损失如图9-83(a)所示,阴影面积相当于溢流功率损失,它等于发动机的额定功率,挖掘机在工作中,由于工况复杂,经常处于过载状态,系统过载溢流而产生的功率损失是相当可观的。
另外,回转马达在启、停过程中也会产生一定的溢流损失,在液压挖掘机的回转系统中,通常都设置由两个溢流阀组成的过载阀,此溢流阀可以在启动时限制回转压力,由于挖搁机上车的转动惯量大,回转马达不能完全吸收泵的输出流量,多余的流量则通过溢流阀回到油箱,造成功率损失,采用两个溢流阀组成的过载阀时,当回转马达制动时,回转多路阀关闭,在上车转动惯量的作用下,回转马达会继续转动,排出的液压油经过溢流阀到回转马达的另一端,此时的过载阀起到溢流阀的作用,将上车的动能转换为液压系统的热能而消耗。
(2)操作阀处于中位时的能量损失液压挖掘机采用六通多路阀作为液压系统的换向和流量控制元件,当工作装置停止作业,阀芯处于中位时,液压泵只需提供压力油克服管道阻力和防止气蚀的背压(为2~3MPa),液压油通过卸荷口流回油箱,但变量泵由于功率自调节作用、此时流量却很大。因此就会造成旁路空流损失。
(3)微动操作时能量损失对工作装置进行操纵时,多路阀进出油路逐渐打开,卸荷油口逐渐关闭、利用卸荷口的旁路节流作用使系统压力升高,以克服负载压力,从而造成功率损失、当系统压力超过负载压力后,液压油开始流入工作液压缸,通过改变进出油口、卸荷口的通流面积比来实现液压缸的速度调节,直到卸荷口全部关闭,旁路节流损失才会消失,此外,液压挖掘机在掘削和卸土时往往需要对工作装置进行微动操纵控制,一般采用通过控制操纵阀开度进行节流调速来实现,部分压力油溢流回油箱。
(4)沿程功率损失液压系统的沿程压力损失所造成的功率损失也不可小视。在泵出口处测得的空流压力(为2-3MPa)中有很大一部分是沿程压力损失。解决的办法是尽量采用大通径液压管路,同时合理布置液压管,采用阻力小的管接头,试验结果表明,在液压泵出口处采用带弧度的管接头比用直角管接头的压力损失低1-2MPa,因此,合理设计液压管路也是实现挖据机节能的一个重要措施。
摩擦功率损失,在挖掘机液压系统中,由摩擦引起的功率损失主要包括液压缸活塞上的摩擦功率损失,回转支承上的摩擦功率损失、发动机和液压泵上的摩据功率损失。转速高时,尽管柴油机能输出的功率也高,但柴油机和液压泵上的摩擦功率损失也迅速增加,因此,当系统负载较小或无负载时,柴油机应运行在较低的转速或息速状态,以减少摩擦功率损失。动能、势能损失,动臂在举升过程中将液压能转换为势能。相反,为防止动臂下降过快,通常在动臂下降回油路上装单向节流阀,在动臂下降时起阻尼作用,从而将势能转化为热能,同样,斗杆在作类似的操作时,也有势能损失的问题。
功率匹配不合理时引起的损失,在液压挖据机系统中,发动机和泵的匹配曲线,当发动机和泵联合工作时,存在一个联合工作特性,其中的联合工作效率与泵的转速、压力和流量有关,一般情况下,发动机液压泵系统不可能在各种工况下都处于最佳工作状态,从而造成一定的能量损失,液压泵的吸收功率随看发动机转速的变化而改变,其pQ特性随转速n的变化。
发动机在不同的环境下,特性是不一样的,由于大气状态(气压、气温和湿度)变化等原因,使得发动机功率有所变化,其实际与发动机特性曲线的匹配情况,从图中可以看出,若在平原上,发动机和泵联合工作点正好在额定功率处,当在高原工作时,由于发动机功率的降低,联合工作点的转速将大幅降低,使其不能充分利用发动机功率。此在设定液压泵总的输入功率时要有一定的余量,一般按发动机额定功率的80%~90%来设定,在这种情况下,发动机的功率得不到充分的利用,功率浪费严重。
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