回转机构液压回路分析

摘 要：对有些工程机械，如挖掘机、起重机等，为扩大作业范围和提高整机的机动性，一般都设有回转机构。它可使整机上部机构相对下部机构进行回转，这种机构称回转机构。回转机构起、制动过程是其运行的重要过程。回转机构的惯性负载非常大，是影响回转机构运行特性的重要因素。因而，合理设计回转机构的液压回路，对提高整机的生产率、改善整机性能、减少发热量具有重要意义。本文列举出三种回转机构液压回路，这三种液压方案组成各有特点，都是围绕回转机构运动平稳，高效进行设计的。

关键词：回转；开式系统；闭式系统；液压系统

在回转机构起动和制动过程中，回转机构惯性是很大的。在换向阀处工作位置时，是回转机构转速从零转速加速到额定转速的过程。液压泵处于溢流状态，形成能量损失。另外，回转机构在额定转速运转时，换向阀回到中位，回转马达两油口突然封闭使回转机构制动。回转机构巨大惯性必须由马达产生的反扭矩平衡，因为马达两油口已封闭，在马达的封闭腔内就产生巨大反压力，由于液压油的压缩性很小，这就产生两个不利的后果：一是回转机构制动加速度很大，引起回转机构的工作机构惯性力巨大，使回转机构及工作机构受力恶化；二是在马达封闭腔内产生巨大反压力，会使马达和管道等液压元件因压力过高而破坏。这些不利的因素在系统设计中，应设法防止。为了确保回转机构的安全平稳可靠，从制动，补油，缓冲三个方面来进行控制。

一、回转开式系统

如图所示为回转开式系统液压原理，该系统由液压马达，高压溢流阀，

补油单向阀和液压泵组成。液压泵为三位六通换向阀供油，推动控制回转手柄，既a或b动作，换向阀处左、右位时，高压油油进入马达，驱动回转机构。由于每个溢流活塞都受到两个弹簧的推力-主级和次级弹簧，且作用方向相反，因此可以获得高、低两个压力设定值。当流量方向从V1到C1（或从V2到C2时），次级弹簧的作用由于输入流量而被抑制（由c流向阀块的油液克制了小弹簧的力，使小弹簧失效），溢流活塞只受到主级弹簧的控制，因而管路的压力设定为最高值，驱动马达旋转，使回转机构回转。与此相反，当制动过程中油液由马达排出时，V1与V2端口都为低压（方向控制阀在中位），由次级弹簧推动溢流活塞打开（来自d的油液使溢流阀的小弹簧力作用，此时溢流阀的调定压力为主弹簧与小弹簧调定值的差值），压力设定值降为最低，以便实现平滑的停车。此回转缓冲阀将溢流阀设为2级，用高压起动，低压制动来使回转运动，既能提供足够高的起动扭矩又能实现平稳的缓冲制动效果。

下图所示为回转开式系统的液压原理，该控制分为锁紧模式和自由模式。

锁紧模式：

1.中立状态（先导压力不作用时，P32、S1、S2没有油作用在阀上），PS处有油，Y1得电，进油P直接通过阀和油箱相连。泵处于卸荷状态，马达保持在停止状态。如果外力作用在马达A口或者B口时，会造成液压马达和控制阀的内部泄漏，马达会有微小的转动。而这部分被马达旋转掉的油则通过具有补油功能的溢流阀来进行。

2.回转操作时，Y1得电，先导二次压力S1或S2处任一端有压力油作用时（P32与回转控制手柄联动），液控阀换向，进入马达使马达旋转，当压力超过溢流阀设定压力时，溢流阀溢流。此时为高压启动。

3.减速停止，当控制回转的手柄回中位时，S1或S2处压力消失，先导一次压力P32处压力消失，由于锁紧阀中位锁紧，马达在惯性力的作用下，从溢流阀溢流减压，溢流阀此时由于失去了P32处压力的控制，开启压力变为大弹簧与小弹簧的差值。液压马达在与溢流阀开启压力相抵的制动扭矩作用下减速直至停止。用溢流阀的二级压力来减压制动，使回转平稳停止。

自由模式：

1.中立状态（P32、S1、S2没有油作用在阀上），Y1不得电，PS处压力一直作用在电磁上，使锁紧阀一直处于左位。液压马达不旋转，P和T想通。

2.回转操作时，Y1不得电由于PS为先导一次压力，S1和S2为先导二次压力，所以S1、S2PS。油液通过锁紧阀左位进入马达，驱动马达旋转。

3.自由回转，液压马达在旋转中，先导压力二次压力S1或S2被解除，液控换向阀处于中位。此时，液压马达排出的有经过液控阀中位再次被马达吸入，形成一个回路，马达在惯性力的作用下继续转动。

4.减速停止，马达在自由回转时，先导压力二次压力S1或S2慢慢上升，于是方向控制阀芯做行程移动，此外，由泵输出的压力油沿马达反方向输进，从而形成制动的压力油，使马达减速停止。

两种操控模式，客户可以根据工况和操作习惯自由的旋转回转的操作，使产品操作适合不同客户的需求，达到人性化操作。

二、回转闭式系统

如图所示为回转闭式系统液压原理。该液压系统由闭式变量泵A4VG，高压溢流阀，补油压力设定阀，压力切断阀，辅助泵，双向液压马达组成。在这种系统中，油的循环是：主泵输出液压油直接进入驱动液压马达入口，而马达回油直接进入泵的吸油口，形成一个闭式循环回路。通过调节变量泵斜盘的角度来改变泵的流量及压力油的方向，从而改变液压马达的转速和旋转方向。变量泵的流量随斜盘倾角变化，可从零增加到最大值。当斜盘过中位，可以平稳改变液体流动方向，微动性好，且工作平稳。因泵和马达运转时有泄漏，会产生吸油不足现象，需要一个低压补油系统。一般补油泵的流量是主泵流量的20%。补油压力由补油溢流阀来限定。补油单向阀根据两侧管路液压油压力的高低，选择补油方向，向主油路低压侧补油。补油泵同时作为控制泵，为伺服变量提供控制油。主泵的两侧设有两个高压溢流阀，对斜盘快速摆动时出现的压力峰值及系统的最大压力提供保护，防止泵和马达超载。压力切断阀是防止高压溢流阀在加速或减速时运作，相当于一种压力调节，当达到设定压力时，通过卸荷补油泵的压力油，将泵的排量回调到零的状态。压力切断阀的设定压力要比高压溢流阀的设定值低30bar。

回转机构是整机的一个分支机构，要求在稳定回转中转速稳定，而且不能受其他机构工作的影响。但实际应用中回转机构中的回转液压马达，在回转运动中突然关闭油路制动时，由于回转负载和机构质量的惯性力矩作用，会在马达的排油路产生很大的冲击压力和过大的加速度，大都采用缓冲补补油阀来缓冲冲击压力，并起制动作用。回转机构的能量消耗在缓冲阀的节流损失中，使回转机构平稳制动。本文介绍了三种开式系统及闭式系统回转机构液压回路，各具其特点：

1.开式回路结构简单，便于控制。但需要有换向阀。

2.闭式系统可通过变量泵调速和反向，省去换向阀。系统还可回收制动能量，减少发热。但结构较复杂。

参考文献

[1]《液压变量泵（马达）变量调节原理与应用》.吴晓明.机械工业出版社.

[2]《工程机械液压系统设计》.李万莉.同济大学出版社.

[3]《液压与气动传动》.宋锦春.科学出版社.

[4]《液压技术手册》.范存德.辽宁科学技术出版社.