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装载机液压系统的节能性改进及分析
刘 彬
(中南林业科技大学)
１ 改进系统的概述
装载机液压油通过多路阀节
流能量损失很大，一直以来人们试
图减少这部分损失，但是现在针对
减小换向阀压力损失的研究大多集
中在阀的结构设计上，这方面的工
作已趋于完善。因此，进一步的研究
工作要扩展到换向阀结构以外的范
围。
因为油液经过多路阀控制执
行机构，无论动臂上升或下降节流
损失是不可避免的，并且控制动臂
下降的速度要通过节流来完成，所
以，减少节流损失，要致力于在保证
系统安全正常工作的前提下，尽可
能减少通过多路阀的流量和压力损
失。
２ 改进系统工作原理
系统的改进分为普通手动控制和先导控制
两种形式：
２．１ 当手动操纵杆直接控制换向阀时：
动臂上升的时候，多路阀处于 Ｂ 位置，与原
系统相同，当动臂下降的时候，多路阀处于 Ａ 位，
油缸两腔实现差动连接，无杆腔的油液一部分流
入有杆腔给有杆腔补油，多余的油液经过多路阀
节流回到油箱，实现对动臂下降速度的控制，这
样，由于工作泵的泄荷并且系统实现差动，通过多
路阀节流回到油箱的油液减少。
２．２ 当手动先导比例的节流损失减压阀液控
换向阀时：
当动臂上升的时候，多路阀处于 Ａ 位置，与
原系统相同，当动臂下降的时候，多路阀处于 Ｂ
位，从先导系统过来的压力油打开液控单向阀 ７，
油缸两腔实现差动连接，并且此时卸荷阀 ８ 打开，
工作泵直接泄荷回到油箱，无杆腔的油液一部分
流入有杆腔给有杆腔补油，多余的油液经过多路
阀节流回到油箱，实现对动臂下降速度的控制，这
样，由于工作泵的泄荷并且系统实现差动，通过多
路阀节流回到油箱的油液减少。
３ 改进系统能量损失的分析
当动臂处于下降阶段时采用差动连接的形
式，此时工作泵泄荷，动臂下降靠自重，无杆腔排
出的油液给有杆腔补油，多余的液压油经节流回
到油箱以控制下降的速度。
图 ３ 为动臂下降时基本回路：
列出活塞的受力平衡方程有
（１）
即
压力关系：
式中：ｐ
ｃａ
，ｐ
ｃｂ
分别为 ｃａ、ｃｂ 段的沿程损失，由于
系统主要分析换向阀的节流损失所以忽略 ｃａ、ｃｂ
的沿程损失，所以有 ｐ
１
＝ｐ
２
＝ｐｃ 由（１）得 ｐ
１
＝ｐ
２
＝ｐｃ＝
Δ
Ｐ＝Ｐ
ｃ
－Ｐ
３
Ｐ
３
是油箱压力 Ｐ
３
≈
０ 所
以 ΔＰ＝Ｐ
１
＝
所以经过阀的节流损失为 ΔＰ
ｖ
＝Δ
Ｐ
＝
（２）
４ 两个系统能量损失的对比分析
４．１ 原系统能量损失
假定原系统和改进系统下降速度均为 Ｕ
４．１．１ 对阀芯开口面积比为 １：１ 的阀
当动臂下降的时候，通过多路阀进、出口的
流量分别为
式中： － 阀入口的功率损失；
－ 阀出
口的功率损失
（３）
则经过节流损失功率为：
４．１．２ 对阀芯开口面积比为 ２：１ 的阀
当动臂下降的时候，通过多路阀进、出口的
流量分别为：
式中
为阀入口的损失功率，
为阀出
口的损失功率
代入（３）有
则经过节流损失功率为
４．２ 改进系统能量损失
当动臂下降的时候，通过节流口的流量
， 为改进后系统节流口的流
量则经过节流损失功率为
，由式（２）得
５ 两个系统功率损失比较
对阀芯开口面积比为 １：１ 时，当动臂下降过
程中阀少损失的功率为
对阀芯开口面积比为 １：１ 时，当动臂下降过
程中阀少损失的功率为
６ 改进系统下降稳定性分析
由动臂下降时基本回路得：
，
，
，其中
Ｕ 为动臂下降时的速度，由前面三式可以得出，
（４）
由流量方程
（５）
其中 Ｃ
ｄ
为节流口的流量系数，Ａ（ｘ）为阀芯位
移为 ｘ 的通流面积， 为液压油的密度， 为阀
的节流损失，由式（２）
（４）
（５）得
式中
、
、
为定值，每次的负
载 Ｆ 也是定值，所以要控制动臂下降的速度，只需
要根据不同的 Ｆ 适当控制 Ａ（ｘ）的大小，在这一过程
中系统是可以达到稳定程度的。
７ 结论
装载机液压系统的能量损失一方面使系统
的总效率下降，另一方面，损失掉的这一部分能量
将会转变成热能，使液压油的温度升高，导致液压
设备出现故障，因此，对装载机液压系统进行节能
性设计是十分必要的。通过对原系统进行技术改
进，对新系统能量损失的分析，以及对两个系统进
行比较得出，新系统动臂下降过程中比原系统少
损失大量的压力能，又通过对
摘
要
：装载机液压系统发热问题一直以来是人们难以解决好的问题，主要的原因是它会产生比较多的能量损失，又转化为热能发热，所以说
控制液压系统能量损失是至关重要的，因此液压系统的节能问题也就成了提高装载机性能主题。减少动臂下降过程中节流损失是装载机节能重要
方面，针对这一过程对液压系统做了改进，并加以分析。
关键词
：装载机；液压系统；节能
P
1
-有杆腔压力为，
P
2
-无杆腔压力,
Q
1
-为有杆腔流量,Q
2
-无杆腔流量，
Q
3
-通过节流回油箱,Δ
P
-阀的节流损失
图 3 动臂下降的基本回路
1 动臂液压缸 2.动臂液压缸换向阀
3.溢流阀 4.油箱 5.滤油器 6.液压泵
图 1 装载机工作装置手动控制
动臂部分改进原理简图
1 动臂液压缸 2.动臂液压缸换向阀
3.溢流阀 4.油箱 5.滤油器 6.液压泵
7.液控单向阀 8.卸荷阀
图 2 装载机工作装置先导控制下
动臂部分改进原理简图
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（下转
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科
技
论
坛