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第四章典型液压传动系统实例分析
第一节液压系统的型式及其评价
一、液压系统的型式
通常可以把液压系统分成以下几种不同的型式。
1．按油液循环方式的不同分
按油液循环方式的不同，可将液压系统分为开式系统和闭式系统。
（1）开式系统

图4.1开式系统
如图4.1所示，开式系统是指液压泵1从油箱5吸油，通过换向阀2给液压缸3（或液压马达）供油以驱动工作机构，液压缸3（或液压马达）的回油再经换向阀回油箱。在泵出口处装溢流阀4。这种系统结构较为简单。由于系统工作完的油液回油箱，因此可以发挥油箱的散热、沉淀杂质的作用。但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致工作机构运动的不平稳及其它不良后果。为了保证工作机构运动的平稳性，在系统的回油路上可设置背压阀，这将引起附加的能量损失，使油温升高。
在开式系统中，采用的液压泵为定量泵或单向变量泵，考虑到泵的自吸能力和避免产生吸空现象，对自吸能力差的液压泵，通常将其工作转速限制在额定转速的75％以内，或增设一个辅助泵进行灌注。工作机构的换向则借助于换向阀。换向阀换向时，除了产生液压冲击外，运动部件的惯性能将转变为热能，而使液压油的温度升高。但由于开式系统结构简单，因此仍为大多数工程机械所采用。
（2）闭式系统
如图4.2所示。在闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相联，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。闭式直系统结构较为紧凑，和空气接触机会较少，空气不易渗入系统，故传动的平稳性好。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，由于闭式系统工作完的油液不回油箱，油液的散热和过滤的条件较开式系统差。为了补偿系统中的泄漏，通常需要一个小容量的补油泵进行补油和散热，因此这种系统实际上是一个半闭式系统。

图4.2闭式系统
1-液压泵；2-液压马达；3-单向阀，4-补油泵；5-油箱

图4.3单泵系统
一般情况下，闭式系统中的执行元件若采用双作用单活塞杆液压缸时，由于大小腔流量不等，在工作过程中，会使功率利用率下降。所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。如大型液压挖掘机、液压起重机中的回转系统，全液压压路机的行走系统与振动系统中的执行元件均为液压马达。
闭式系统中执行元件为液压马达的另一优点是在起动和制动时，其最大起动力矩和制动力矩值相等。
2．按系统中液压泵的数目分
按系统中液压泵的数目可将其分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。
（1）单泵系统
由一个液压泵向一个或一组执行元件供油的液压系统，即为单泵液压系统，如图4.3所示。单泵系统适用于不需要进行多种复合动作的工程机械，如推土机、铲运机等铲土运输机械的液压系统。对某些工程机械如液压挖掘机、液压起重机的工作循环中，既需要实现复合动作，又需要对这些动作能够进行单独调节，采用单泵系统显然是不够理想的。为了更有效地利用发动机功率和提高工作性能，就必须采用双泵系统或多泵系统。
（2）双泵系统
图4.4为双泵液压系统图。双泵液压系统实际上是两个单泵液压系统的组合。每台泵可以分别向各自回路中的执行元件供油。每台泵的功率是根据各自回路中所需的功率而定，这样可以保证进行复合动作。

图4.4双泵液压系统
1-双联液压泵；2-换向阀；3-多路换向阀；4-变速阀；5-先导阀；6-行走马达；
7-缓冲制动阀；8-回转马达；9-回转马达换向阀
当系统中只需要进行单个动作而又要充分利用发动机功率时，可采用合流供油方式，即将两台液压泵的流量同时供给一个执行元件。这样可使工作机构的运动速度加快。这种双泵液压系统在中小型液压挖掘机和起重机中已被广泛采用。
（3）多泵系统
为了进一步改进液压挖掘机和液压起重机的性能，近年来在大型液压挖掘机和液压起重机中，开始采用三泵系统。图4.5为三泵液压系统原理图。这种三泵液压系统的特点是回转机构采用独立的闭式系统，而其它两个回路为开式系统。这样，可以按照主机的工作情况，把不同的回路组合在一起，以获得主机最佳的工作性能。
3．按所用液压泵型式的不同分
按所用液压泵型式的不同，可将液压系统分为定量系统和变量系统。
（1）定量系统。采用定量泵的液压系统，称为定量系统，如图4.3，图4.4所示。定量系统中所用的液压泵为齿轮泵、叶片泵或柱塞泵。

图4.5三泵液压系统原理图图4.6定量系统与变量系统功率利用率比较
液压泵的功率是按理论功率选取的。对定量泵，当发动机转速一定时，流量Q也一定。而压力是根据工作循环中需要克服的最大阻力确定的，因此液压系统工作时，液压泵功率是随工作阻力变化而改变的。在一个工作循环中液压泵达到满功率的情况是非常少的。
据统计，在挖掘机中定量泵功率的平均利用率约为54~60％(图4.6)