挖掘机维修厂——液压传动的基本原理（二）
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挖掘机维修厂——液压传动的基本原理（二）
立特松挖机维修厂小编分享“挖掘机液压系统的分类”文章。
3.液压系统的分类
液压系统从工作特征来分，可以分为传动系统和控制系统两大类。
(1)传动系统
以传递动力(功率)为主，以传递信息为辅。在液压技术中称为液压传动系统。
(2)控制系统
以传递信息为主，以传递动力为辅。在液压技术中称为液压控制系统。
应该指出，传动系统和控制系统在具体结构上往往是合在一起的。随着科学技术的迅猛发展，对现代机器设备的要求愈来愈高，往往传递动力和控制指标都很重要。例如兵器、航空航天设备、数控机械加工设备等，其做功所需的功率依靠流体系统，看起来是传动系统，但对控制要求也很高，又类似控制系统，因此很难说这样的系统是传动系统或是控制系统。所以，上述分类方法不是绝对的。
从系统是否采用反馈装置，还可进一步将系统划分为开环系统和闭环系统两类。
(1)开环系统
开环系统是不用反馈装置的系统，如图1-2所示，其输出特性完全取决于单个元件的特性及元件在系统中的组合情况。当外界对系统有扰动时，执行元件的输出量一般就要偏离原有调定值而产生一定的误差。由于开环系统的抗扰动能力较差，控制的质量受工作条件(如油温、负载等)变化的影响很大，故系统输出量的精度较低，严重时甚至无法达到既定的目标。
(2)闭环系统
按液压系统中油液的循环方式可分为开式和闭式两种系统。
(1)开式系统
泵自油箱吸油，其排出的油液供给液压缸或液压马达，驱动它们做功，而液压缸或液压马达的回油流回油箱，此即开式系统。
开式系统的结构简单。油箱是开式系统中工作介质的贮存场所，故油液可在油箱中很好地散热冷却、逸出空气及沉淀杂质，但这需有较大容积的油箱。开式系统是依靠操纵换向阀来使执行机构换向的，故换向时(如图1-4中的换向阀左位移至中位时)，具有正遮盖结构的换向阀会使液压传动系统产生压力冲击;同时，由于外负载的惯性会使液压马达继续旋转而呈泵的工况，继续将油从A边输送到B边，而换向阀的中位已将液压马达的进出油路封死，故B边的油压将迅速高于A边。当外负载的惯性较大时，B边将产生压力冲击，故必须在A、B边间设置双向溢流阀(作制动阀)，以限制B管(或A管)内的制动油压力，消除油压冲击。由此可知，开式系统中的液压马达或液压缸在制动及换向过程中，外负载的惯性运动能量不能回收，而是消耗在油液经制动阀的节流发热中(能耗制动)。此外，在重力下降系统中，当出现外负载对系统做功的工况时，液压马达呈泵工况，为防止外负载超速下降，必须在回油管上设置能产生背压的液压元件，但这将引起能耗并使油液发热(能耗限速)。
如图1-5所示，泵a的进出油口与液压马达b的进出口分别用管道连接，形成一闭合回路。操纵泵a的变量机构以改变液流的方向，即可使液压马达换向。阀1～5共同组成双向安全阀，以防止A、B管内的油压超过阀3的调定值。为补充系统的泄漏，还需设置一个较小的辅助泵c，其工作压力由溢流阀6调定，应比液压马达b所需背压略高。而泵c的流量应略高于系统的泄漏量。由泵c排出的油经滤油器、单向阀1或2(它们兼作补油阀)再补充到系统的低压边;多余的油液经阀6溢流回油箱。
由上面的分析知，闭式系统的结构较复杂。闭式系统中一个油源一般只能为一个液压执行机构供油，并采用双向变量泵调速和换向。此外，由于油液基本上都在闭合回路内循环，与油箱交换的油量仅为系统的泄漏量，故油液温升较快，但所需油箱容积小，结构紧凑。由于液压马达b的回油是直接流入泵a吸入口，故具有背压的回油能帮助电机拖动泵a，并使泵a呈压力供油状态，降低了对泵a的自吸性的要求。而开式系统中具有背压的回油是不能起到这些积极作用的，而是把这部分可以利用的能量白白地损耗在背压阀的节流发热中。
闭式系统的制动过程是通过操纵泵a的变量机构，使其排量逐步变为零来实现的。在此过程中，外负载的惯性力变成了主动力，力图拖动液压马达b以原速运动而呈泵工况，将油液输给泵a，使泵a呈液压马达工况，泵a带动电机加速旋转而发电，输给电网中的其他负载。这样，外负载的惯性运动能通过马达b变成了油压能，使马达b的回油边(例如为B边)的油压力升高，其最大值由阀3限定，从而防止B边产生压力冲击，并使马达b逐渐减速、制动。同时，B边的油压能则通过泵a带动电机变成电能，从而实现了制动过程中的能量回收(再生制动)。在外负载的惯性较大、换向很频繁时，这种再生能量是很可观的。
在重力下降机构中，当出现外负载对系统做功的工况时，液压执行机构呈液压泵工况，泵a则呈马达工况，拖动电机发电，输给电网中的其他负载，从而防止外负载的超速下降(再生限速)。但当液压泵由内燃机拖动时，则不能实现再生制动及再生限速。
综上所述，开式系统适用于功率较小的机构、内燃机驱动机构(如铲车、高空作业车、液压汽车式起重机及挖掘机等)以及固定式机械上。而闭式系统则适用于液压泵由电机驱动的下述机构：外负载惯性较大且换向频繁的机构(如一些起重机的旋转、运行机构及龙门刨床、拉床和精密平面磨床的工作台等)，重力下降机构(如不平衡类型的起升、动臂摆动机构等)，外负载惯性较大的重力下降机构(如平衡类型起重机的变幅机构等)。另外，闭式系统也适用于要求结构特别紧凑的移动式机械上(如液压汽车、拖拉机及矿车等运行机构)，在万吨轮的舵机、可调螺距螺旋桨等的泵控马达、泵控液压缸的系统中也常用闭式系统。
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3.液压系统的分类
液压系统从工作特征来分，可以分为传动系统和控制系统两大类。
(1)传动系统
以传递动力(功率)为主，以传递信息为辅。在液压技术中称为液压传动系统。
(2)控制系统
以传递信息为主，以传递动力为辅。在液压技术中称为液压控制系统。
应该指出，传动系统和控制系统在具体结构上往往是合在一起的。随着科学技术的迅猛发展，对现代机器设备的要求愈来愈高，往往传递动力和控制指标都很重要。例如兵器、航空航天设备、数控机械加工设备等，其做功所需的功率依靠流体系统，看起来是传动系统，但对控制要求也很高，又类似控制系统，因此很难说这样的系统是传动系统或是控制系统。所以，上述分类方法不是绝对的。
从系统是否采用反馈装置，还可进一步将系统划分为开环系统和闭环系统两类。
(1)开环系统
开环系统是不用反馈装置的系统，如图1-2所示，其输出特性完全取决于单个元件的特性及元件在系统中的组合情况。当外界对系统有扰动时，执行元件的输出量一般就要偏离原有调定值而产生一定的误差。由于开环系统的抗扰动能力较差，控制的质量受工作条件(如油温、负载等)变化的影响很大，故系统输出量的精度较低，严重时甚至无法达到既定的目标。
液压泵→液压控制元件→液压执行元件→负载
(2)闭环系统
闭环系统是采用反馈装置的系统，如图1-3所示。反馈装置对输出的状态取样，产生一个与该输出成比例的反馈信号，并将它与输入信号相比较，如果反馈信号与输入信号之间有差别，就自动纠正输出，使它与输入的要求相符合。由于闭环系统具有较强的抗扰动能力，控制质量受工作条件变化的影响较小，可以用一般元件组成较精确的控制系统，并且系统输出量的精度较高。
按液压系统中油液的循环方式可分为开式和闭式两种系统。
(1)开式系统
泵自油箱吸油，其排出的油液供给液压缸或液压马达，驱动它们做功，而液压缸或液压马达的回油流回油箱，此即开式系统。
开式系统的结构简单。油箱是开式系统中工作介质的贮存场所，故油液可在油箱中很好地散热冷却、逸出空气及沉淀杂质，但这需有较大容积的油箱。开式系统是依靠操纵换向阀来使执行机构换向的，故换向时(如图1-4中的换向阀左位移至中位时)，具有正遮盖结构的换向阀会使液压传动系统产生压力冲击;同时，由于外负载的惯性会使液压马达继续旋转而呈泵的工况，继续将油从A边输送到B边，而换向阀的中位已将液压马达的进出油路封死，故B边的油压将迅速高于A边。当外负载的惯性较大时，B边将产生压力冲击，故必须在A、B边间设置双向溢流阀(作制动阀)，以限制B管(或A管)内的制动油压力，消除油压冲击。由此可知，开式系统中的液压马达或液压缸在制动及换向过程中，外负载的惯性运动能量不能回收，而是消耗在油液经制动阀的节流发热中(能耗制动)。此外，在重力下降系统中，当出现外负载对系统做功的工况时，液压马达呈泵工况，为防止外负载超速下降，必须在回油管上设置能产生背压的液压元件，但这将引起能耗并使油液发热(能耗限速)。
(2)闭式系统
如图1-5所示，泵a的进出油口与液压马达b的进出口分别用管道连接，形成一闭合回路。操纵泵a的变量机构以改变液流的方向，即可使液压马达换向。阀1～5共同组成双向安全阀，以防止A、B管内的油压超过阀3的调定值。为补充系统的泄漏，还需设置一个较小的辅助泵c，其工作压力由溢流阀6调定，应比液压马达b所需背压略高。而泵c的流量应略高于系统的泄漏量。由泵c排出的油经滤油器、单向阀1或2(它们兼作补油阀)再补充到系统的低压边;多余的油液经阀6溢流回油箱。
由上面的分析知，闭式系统的结构较复杂。闭式系统中一个油源一般只能为一个液压执行机构供油，并采用双向变量泵调速和换向。此外，由于油液基本上都在闭合回路内循环，与油箱交换的油量仅为系统的泄漏量，故油液温升较快，但所需油箱容积小，结构紧凑。由于液压马达b的回油是直接流入泵a吸入口，故具有背压的回油能帮助电机拖动泵a，并使泵a呈压力供油状态，降低了对泵a的自吸性的要求。而开式系统中具有背压的回油是不能起到这些积极作用的，而是把这部分可以利用的能量白白地损耗在背压阀的节流发热中。
闭式系统的制动过程是通过操纵泵a的变量机构，使其排量逐步变为零来实现的。在此过程中，外负载的惯性力变成了主动力，力图拖动液压马达b以原速运动而呈泵工况，将油液输给泵a，使泵a呈液压马达工况，泵a带动电机加速旋转而发电，输给电网中的其他负载。这样，外负载的惯性运动能通过马达b变成了油压能，使马达b的回油边(例如为B边)的油压力升高，其最大值由阀3限定，从而防止B边产生压力冲击，并使马达b逐渐减速、制动。同时，B边的油压能则通过泵a带动电机变成电能，从而实现了制动过程中的能量回收(再生制动)。在外负载的惯性较大、换向很频繁时，这种再生能量是很可观的。
在重力下降机构中，当出现外负载对系统做功的工况时，液压执行机构呈液压泵工况，泵a则呈马达工况，拖动电机发电，输给电网中的其他负载，从而防止外负载的超速下降(再生限速)。但当液压泵由内燃机拖动时，则不能实现再生制动及再生限速。
综上所述，开式系统适用于功率较小的机构、内燃机驱动机构(如铲车、高空作业车、液压汽车式起重机及挖掘机等)以及固定式机械上。而闭式系统则适用于液压泵由电机驱动的下述机构：外负载惯性较大且换向频繁的机构(如一些起重机的旋转、运行机构及龙门刨床、拉床和精密平面磨床的工作台等)，重力下降机构(如不平衡类型的起升、动臂摆动机构等)，外负载惯性较大的重力下降机构(如平衡类型起重机的变幅机构等)。另外，闭式系统也适用于要求结构特别紧凑的移动式机械上(如液压汽车、拖拉机及矿车等运行机构)，在万吨轮的舵机、可调螺距螺旋桨等的泵控马达、泵控液压缸的系统中也常用闭式系统。
