液控背压阀在装载机液压系统中的应用

一、存在问题

装载机动臂下降或铲斗卸料时，由于重力的作用，动臂下落或铲斗卸料速度会逐渐加快，当工作泵输出液压油流量不能满足动臂、铲斗供油需求时，就会造成动臂缸、铲斗缸有杆腔吸空，使液压系统进入空气，对液压系统造成损害。

传统的方法是在液压系统回油油路上设置单向阀、节流阀、溢流阀、顺序阀、平衡阀或背压阀，应用最多的是背压阀。但装载机提升动臂或收铲斗时，背压阀会在液压系统中产生背压，这样会增加液压系统的能耗。

二、改进方法

为了减小装载机提升动臂或收铲斗时的能耗，我们设计了一种液控背压阀，工作原理如图1所示。

1、工作原理

背压阀主油路接在主阀回油路上，动臂缸有杆腔和铲斗缸有杆腔的先导控制油路，经梭阀接到背压阀的控制油路上。背压阀主油路的弹簧很软，若无控制压力时，很小的压降即能使背压阀主阀芯开启。一旦动臂缸有杆腔和铲斗缸有杆腔有先导控制压力时，通过梭阀输至背压阀阀芯上，将使得动臂缸、铲斗缸有杆腔回油油路上产生略高的背压，缓解有杆腔的吸空现象。动臂提升或铲斗收斗时，动臂缸或铲斗缸无杆腔进油，系统自身就能产生一定的背压。此时动臂缸、铲斗缸无杆腔控制压力作用于背压阀。背压阀在回油路上产生的背压很小，使得系统回油背压不至于过大。

2、结构

背压阀集成于主阀阀体内，设置于主阀回油路处，结构如图2所示。

主阀回油作用于背压阀芯5一端，由螺塞1通过弹簧3、柱塞4将背压阀芯5压在阀体2上。背压阀芯5为环形圆筒，圆筒周圈设有若干小孔。主阀回油压力克服弹簧3的弹力使背压阀芯5开启，主阀回油接通回油T口。同时梭阀出口先导油作用于弹簧3端，只要动臂缸、铲斗缸有杆腔进油时，梭阀出口油压和弹簧3弹力共同作用于背压阀芯5，使得背压阀阀芯5开启压力增大。背压阀芯5未开启时，主阀少量回油可通过背压阀芯5上的小孔流向回油T口，形成压降。

3、效果测试

我们对该液控背压阀进行了测试，测试结果图3所示。

图中曲线为空载怠速及快速收斗、卸料作业工况，曲线中间部分为铲斗卸料过程。动臂缸、铲斗缸有杆腔压力从1.8MPa降至-0.06MPa时，铲斗刚好落到地，整个卸料过程没有负压，此时回油背压为0.6~0.8MPa左右。在铲斗收斗过程回油背压为2~3MPa。

测试效果说明，在提升动臂或铲斗收斗时产生的背压很小，只在动臂下落或铲斗卸料时，先导压力作用于背压阀上，才会产生一定的背压。该背压阀相比于传统的背压阀能耗有所降低。该液控背压阀不仅消除了铲斗卸料过程中有杆腔吸空现象，而且在铲斗收斗过程中不会产生较大背压，对液压系统的保护作用及节能效果显著。