溢流损耗简介 及其工作原理介绍

溢流阀已经广泛应用于液压系统中，基本上在液压系统中任何一个密闭动态容腔都需要一个溢流阀，用来控制或调节容腔的压力，或者防止某容腔的压力超过某个安全压力。在大部分液压系统中，溢流损耗问题是导致液压系统效率较低的主要原因之一，尤其是在定量泵供油节流调速系统中。实际上，在液压系统工作一段时间之后，往往溢流阀的发热问题是较为严重的。

溢流流量与液压系统的类型、工作过程中的实际工况和操作人员的操作方式有关。按溢流阀的功能主要分成以下两种溢流损耗。

（1）调压溢流损耗

以定量泵进口节流调速为例，如图7-1所示，节流阀串联在液压泵和液压缸之间，通过调节节流阀阀口面积，可改变进入液压缸的流量，即控制其运动速度，且必须和溢流阀联合使用。溢流阀起溢流调压功能，始终有部分液压油通过溢流阀回油箱，因此溢流阀始终存在溢流损耗。溢流损耗的大小和工作过程中的实际工况有关。

（2）安全溢流损耗

基本上所有的液压密闭容器都必须设置溢流阀起安全阀作用。溢流阀一旦工作，必然也会在阀口产生溢流损耗，且损耗大小和溢流阀工作规律有关。以液压挖掘机右旋转为例，如图7-2所示，在先导操作手柄离开中位瞬间，高压油瞬时流入到马达左腔，促使马达压力瞬间升高，超过溢流阀所设定的压力，故大部分液压油从溢流阀回油箱；当先导操作手柄回到中位，回转液压马达及上车机构由于惯性作用会继续旋转，此时液压马达右腔的液压油被压缩，压力升高，打开溢流阀回油箱。因此，液压挖掘机每个工作周期约为18～20s，即使溢流阀只是作为安全阀，溢流阀也工作4次，大量的能量（回转制动动能和加速时液压泵和液压马达之间的流量不匹配）损耗在溢流阀口上。

图7-1 定量泵进出口节流调速回路工作原理及能量损耗示意图(www.xing528.com)

图7-2 安全溢流损耗示意图

目前，从事液压溢流阀研究的专家和学者基本都没有把降低溢流损耗作为一个研究重点。主要原因估计如下。

1）溢流损耗功率等于溢流阀口的压差和溢流流量的乘积。比例（常规）溢流阀的出口一般接油箱。溢流阀口损耗压差为进出口压力差，由于油箱压力近似为零，其阀口压差损耗即为溢流阀的进口压力，而进油口压力为用户的目标调整压力，由用户设定，不能改变；溢流压力等级越大，阀口压差损耗越大；随着液压系统等级高压化，溢流损耗问题将日益严重。而到目前为止，溢流损耗也是被认为是不可能解决的问题。

2）大多数研究液压系统损耗时，比如液压挖掘机的液压系统能量损耗，由于实际的液压溢流阀集成在多路阀阀体内，很难对溢流流量和溢流阀前后压力压差进行实验测试，只能通过仿真去分析，而在仿真分析时又一般都没有考虑液压挖掘机的实际工况，而是假设一个标准工况，而在该工况下，溢流阀基本没有工作，也就不存在溢流损耗的问题了。实际液压挖掘机的工况较为复杂，很多场合，比如重载挖掘时，液压挖掘机需要提供较大的挖掘力，而所需要的流量又很小，大部分高压大流量的液压油都是通过溢流阀口回油箱。

3）目前诸如正流量技术、负流量技术、负载敏感技术等传统的节能液压驱动系统属于流量耦合系统，更多地解决液压系统的节流损耗问题，或者通过流量优化匹配，尽可能减少溢流流量，因此，大部分专家学者认为通过流量匹配可以降低溢流损耗了，但实际上传统的各种节能液压系统无法降低溢流阀进出口压差，因此并未从根本上解决溢流阀口压差损耗问题。

为解决被行业公认为难以解决的溢流压差损耗问题，本书编者提出采用能量回收单元回收溢流损耗的新型节能方法。若能解决传统的溢流损耗问题，则可以为各种节能液压系统的简化提供新途径。