负载敏感系统
一、负载敏感和压力补偿概念
（一）负载敏感(Load Sensing)和压力补偿(Pressure Compensation)是60年代提出的液压传动和控制的新概念。
以往液压系统在使用操纵过程中，存在着以下需解决的问题： 1. 节能要求，适应负载变化提供负载所需要的液压功率（流量和压力），尽量减少流量和压力损失，将节流调速改变为以容积调速为主，特别按负载需要提供负载所需的流量。 2. 操纵阀调速控制时，调速受负载压力变化和油泵流量变化的影响，难以操纵控制。
3. 单泵供多执行器：当多执行器同时动作时，要求相互不干涉，能够操纵各执行器按所需流量供油。合理地分配流量，实现理想复合动作。
4.
液压泵和原动机的匹配问题，能充分利用原动机的功率，保持在发动机最大功率点工作，同时能防止发动机熄火，为了减少能耗节能，要求液压泵和发动机在联合工作最经济点上工作。 为了解决以上问题，60年代提出液压传动控制新概念—负载敏感和压力补偿。
目前液压传动仍存在问题有待解决。例如液压传动遵循帕斯卡原理，一个泵供多个执行器时，系统压力由克服各负载中所需最大压力来确定，因此供给负载较低的执行器时必然存在压力损失。目前人们正在研究采用电路中变压器这类东西，来解决这个问题。
（二）负载敏感和压力补偿的定义：负载敏感是一个系统概念，因此应称为负载敏感系统，可把它看作是一个意义广泛的名词。（即广义的负载敏感和压力补偿）。
负载敏感通过感应检测出负载压力，流量和功率变化信号，向液压系统进行反馈，实现节能控制、流量和调速控制、恒力矩控制、力矩限制、恒功率控制、功率限制、转速限制、同时动作和与原动机动力匹配等控制的总称。负载敏感系统所采用的控制方式包括液压控制和电子控制。
从负载敏感系统的液压元件来看可分：
负载敏感阀：将压力、流量和功率变化信号，向阀进行反馈，实现控制功能的阀。 负载敏感泵：将压力、流量和功率变化信号，向泵进行反馈，实现控制功能的泵和马达。
负载敏感系统可降低液压系统能耗，提高机械生产率，改善系统可控性，降低系统油温，延长液压系统寿命。
压力补偿：
将压差设定为规定值进行的自动控制都叫压力补偿。
压力补偿流量控制：不受负荷压力变化和液压泵流量变化的影响，由设定节流压差值 对流量进行自动控制，称为压力补偿流量控制。 在节流调速中，根据流量基本计算式，p k Q
?=，压差保持不变（=?p 常数）
，只要调节阀口面积（反映在k 上）就能控制通过阀的流量，通过改变阀的开度，不受负载和液压泵流量影响，改变和控制流量，利用流量控制阀的原理来进行调速，提出了压力补偿概念。在节流口上，并联或串联一个压力补偿器。
（三）开中心直通型油路系统存在的问题。
前面已经谈到挖掘机开心式油路都采用六通多路阀，有二条供油路，直通供油路可组成优先油路，中位时直通回油箱进行卸载。并联供油路，组成并联油路，把二种油路采用各种方式组成起来，就构成了复杂多变的挖掘机油路。
操纵阀的结构简图和符号图如图1所示。
量来实现的。
由于是靠回油节流建立的压力来克服负载压力，因此调速特性受负载压力和油泵流量的影响，如图所示，图中①表示低负载，②表示高负载。当滑阀行程一定，负荷压力增大，去油缸的流量减小。
随着负载压力增加和液压泵流量的减少，阀杆调速的死区（空行程）增大，而阀杆有效调速范围的行程减小，调速特性曲线（流量随行程变化）变陡，阀杆行程稍有变化，流量变化大，使调速操作性能差。这是开式油路的一大缺点。
挖掘机工作过程负载压力是不稳定变化着的，液压泵的流量也在不断变化，因此使其调速操作性能很不稳定，操纵困难。
这类油路主阀设计时，其开口特性需要精心设计，另外阀杆上的液动力和在主阀上的防吸空阀的吸入特性对操纵性能也有影响，需要考虑。
开式油路操纵性能另一缺点是：当一泵供多个执行器同时动作时，因液压油是向负载轻的执行器流，需要对负载轻的执行器控制阀杆进行节流，特别是像挖掘机这类机械，各执行器的负荷时刻在变化，但又
要合理地分配流量，能相互配合实现所要求复合动作，是很难控制，操纵性差。
另外开中心直通型油路由于很难控制去各执行器的流量，要适应挖掘机各种作业工况的流量分配要求，不得不在多路阀中加上各种控制阀，使得挖掘机多路阀不能采用通用多路阀，而必须采用专用多路阀，其结构很复杂。
总之，这类油路可控性差，司机要精确控制挖掘机工作装置是很困难的，全靠司机感觉、经验和临场发挥。因此司机操作要求注意力高度集中，其精神负担和心理负担是很重的。
二、通常的负载敏感阀系统：该系统采用四通阀，并联供油 （一）
该负载敏感系统由定量泵、阀组入口溢流阀型压力补偿器、操纵阀杆可变节流器和梭阀网络组成。在四通多路阀组入口处设旁通型压力补偿流量控制阀（又称溢流阀型压力补偿器或三通压力补偿器），其工作原理和调速阀相同，在定差溢流阀后，设节流阀组成调速阀。操纵阀杆可控的开口面积变化起可变节流阀作用（如图3b 所示）。
进入操纵阀的压力和经操纵阀杆节流去执行器的压力分别引到定差溢流阀阀心的左右两端。当操纵阀多阀杆同时动作时，通过梭阀网络检出执行器中负荷压力最高的压力，作用到定差溢流阀的右端。
通过操纵阀的流量γ
p
g a c Q
??
?=2
式中：c ：流量系数，a ：节流开度（与阀行程有关），g ：重力加速度， γ：油的比重，Δp ：补偿阀压差 其中c ，g ，γ可认为是常数，则p ka Q
?=，由于补偿阀压差一定，则通过操纵阀的流量由阀杆
行程所决定，与负荷无关（见图3c 和d ）。
该系统的特点是：
1. 在操纵阀杆都处于中位时，溢流阀背面油压回油箱，起卸载阀作用，中位卸载压力为3.5bar 左右。由
于中位通过卸载阀卸油，操纵阀杆是封闭的，油液不通过阀杆，因此俗称闭式（闭中心）油路。 2. 有一个操纵阀杆动作时，油泵通过该阀组的流量，由该阀杆的行程所确定，和其负载和油泵流量无关，
如图3（c ）和（d ）所示。泵的出口压力比负载压力约高10bar 左右，（用于克服补偿器液阻和操纵阀
液阻）。
3. 多个操纵阀杆同时动作时，只是负载压力最高的得到补偿，该执行器流量由此阀杆行程确定。而其他
阀杆操纵时的流量分配是不确定的。
4. 溢流旁通型压力补偿阀可作为优先供油阀，即将旁通回油箱改为旁通供给下游阀。该阀首先保证它控
制的阀的供油需要，剩下的才供给其下游阀。
图4
各阀杆压力补偿系统
仅在阀组入口设旁通型压力补偿流量控制阀，在多阀杆同时动作时，只是负荷压力最高的得到补偿，
而其他阀杆流量是不确定的，为了解决此问题，在操纵阀各阀杆前增设减压阀型压力补偿流量控制阀（或称直通型或二通型压力补偿器），如图4（a ）所示，减压阀型压力补偿流量控制阀如图4（b ）所示。
该阀与调速阀工作原理相同，它是在定差减压阀后设节流阀组成调速阀，操纵阀杆可控开口面积变化起可变节流阀的作用。操纵阀阀杆入口压力和操纵阀杆节流控制去执行器的压力分别引到定差减压阀阀芯的左右两端。
其通过流量p k Q
?=，当减压阀弹簧力设定后，Δp 可认为不变，因此通过阀杆的流量只和k （阀
杆行程）有关，基本不受负载压力变化的影响，多阀杆同时动作时彼此没有影响，提高了各阀杆的调速控制性能。减压阀型压力补偿流量控制阀设计压降一般为7bar 左右，但是这种负载敏感系统存在一个缺点，当液压泵流量足够时，通过操纵阀阀口的压差都能达到补偿压力，这时各阀入口压力补偿阀都能起调节作用。当多个执行器同时动作时，其操纵阀都在大开度下工作。各执行器总流量需求往往会超过泵的供油流量，即所谓的流量出现饱和时。
这时由于并联供油，油首先供给低压执行器，满足低压执行器的需要，流经低压操纵阀的压力降能达到补偿压力，其压力补偿阀能起控制流量作用。即泵流量不足时首先保证供给低压执行器，多余下来的油才供给高压执行器，此时流向高压执行器操纵阀的流量不足，达不到压力补偿阀起作用的压力。高压执行器动作速度降低，甚至不动，见图5（由于泵的油都供给负荷低的执行器，其输出压力可能低于最高负荷压力）。
此时进入达到补偿压差的低压执行器，可由其操纵阀行程来控制其速度，达不到补偿压差的高压执行器，不能用操纵阀来控制其运动。
低压执行器和高压执行器的操纵阀杆行程和其速度关系如图5所示。
部流量，其次挖掘机经常需要几个执行器同时动作，而且挖掘机负荷大，其压力感应恒功率控制和发动机转速下降等因素，都使泵输出流量降低，因此经常出现泵流量饱和现象，必须解决此问题。
（三）变量泵负载敏感压力补偿系统
以上所述的是定量泵负载敏感压力补偿系统，执行元件调速采用节流调速，能量损失大，为了减少能量损失，应把节流调速改为容积调速，为此采用变量泵负载敏感压力补偿系统，如图6所示。
该系统采用了负载敏感泵，其变量机构由伺服油缸和油泵调节阀（负载敏感）组成。
油泵调节阀左端受油泵压力作用，右端受最大负载压力和弹簧力作用。
当左端油泵压力作用力小于右端最大负载压力和弹簧力作用时，阀在右位，伺服缸回油，在其弹簧力作用下，油泵处于最大排量位置。当左端油泵压力作用力大于右端最大负载压力和弹簧力作用时，阀在左
使油泵排量变得最小，实现中位卸载。
当油泵压力作用力大于最大负载压力作用力和卸载阀弹簧力时，卸载阀打开，油泵回油，由于卸载阀弹簧作用力设计成大于油泵调节阀弹簧作用力，因此油泵调节阀处于左位，油泵压力油进入伺服缸，使油泵排量变得很小，实现高压卸载。
当操纵某一操纵阀阀杆时，由于操纵阀杆节流，压力补偿阀节流和沿途阻力损失，使油泵压力P大于负载压力P L。当P作用力大于P L作用力加弹簧力时，使阀处于右位，压力油进入伺服缸，克服弹簧力，使油泵排量减小。由于油泵排量减小，使得操纵阀和压力补偿阀的节流压降和沿途压降都减小，则压差P-P L 减小，使油泵调节阀向右移动，取得新的平衡，即操纵阀开度减小时，油泵排量也随之减少，实现容积调
速，按需供油。
当多阀杆同时动作时，油泵响应最大负载操纵阀进行变量供油。 三、分流比（抗流量饱和）负载敏感阀系统
当多个执行器同时动作，其流量需要超过泵的供油流量时，会出现负荷较大的执行元件速度变慢，甚至停止。使得几个机构不能同时动作，影响挖掘机正常工作。
当出现流量饱和时，不能满足各执行元件流量的需要，较合理的方法是各执行元件都相应地减少供油量，对应各阀杆操纵行程，按比例分配流量。我们称这种系统为分流比负荷敏感阀系统。
通常的负荷敏感阀系统的特点是各操纵阀由独立的压力补偿器来设定阀杆的进口压力和出口压力之差是一定的。各阀杆的补偿压力可以设定为不相同，阀杆进出口压差是由弹簧力所决定。其主要问题是要起补偿作用必须油流经操纵阀产生的压降达到补偿压力。在并联油路中油优先流向低负荷执行器，在流量不足时，高负荷执行器得不到足够流量，不起补偿作用。为了解决此问题，将压力补偿器进行改进，让它起负荷均衡器作用，低负荷的执行器通过压力补偿器的节流，使它与高负荷执行器的负荷压力相同，这样
图6所示为林德公司分流比负载敏感系统，其特点是：
在每个操纵阀前设置压力补偿阀，此压力补偿阀阀心左端受油泵压力P P 和其负载压力P L 作用，右端受操纵阀前压力P m 和由梭形阀引入的最高负载压力P L1（设P L1>P L2，P L1＝P Lmax ）作用，对压力补偿阀1取力平衡得：（设阀芯左右面积相等）
111L m L p P P P P +=+
得
1m p P P =
油流通过压力补偿阀无压差。 操纵阀1 进出口的压差
1111L L m P P P P P ?=?=?
对压力补偿阀2 取力平衡得
122L m L p P P P P +=+ 212L L m p P P P P ?=?
油流通过压力补偿阀2的压差为
21L L P P ?，正好补偿了两执行器压力负荷的差值。
操纵阀2 进出口的压差
P P P P P P P L p L m ?=?=?=?=?11222
即所有阀杆的进出口压差相等，为油泵口压力和最高负载压力之差。 通过两操纵杆的流量分别为
P K Q ?=11 P K Q ?=22
P ? 各阀相同，去各执行元件的流量仅取决于各阀杆的行程（1K ，2K ）
当多执行器同时动作时，按各阀杆行程成比例地分配去各路的油量。
（二） 阀后压力补偿分流量比负载敏感系统
在每个操纵阀后设压力补偿阀，如图8所示。
压力补偿阀阀心一端受操纵阀进出口压力作用，其另一端受弹簧力和通过梭阀引入最高负载压力（设P L1>P L2）作用， 对压力补偿阀1取力平衡
s
L m F A P P =?)(11
11L s
m P A
F P +=
对压力补偿阀2取力平衡
s L m F A P P =?)(12 m P 如设计中，取两压力补偿阀
A
F s 相等，则
21m m P P =
式中：
1m P 、2m P —分别为操纵阀1和2的出口油压
1L P —最高负载压力 s F —弹簧力
A —压力补偿阀阀心压力作用面积
各操纵阀的入口为泵的压力p P ，出口压力分别为1m P 和2m P ，两者相等，因此各操纵阀的进出口
的压差都相等。
若各执行元件负载压力不等，而泵的供油压力是一定的，操纵阀的进出口压差也是相等的，显然各压力补偿阀起了补偿作用，其节流程度不同，产生不同的压差，达到均衡负荷的目的。
1.Husco阀后补偿分流比负载敏感阀
该阀用于小挖掘机上，阀的具体结构如图9所示。其符号原理图如图10（a）所示。
①泵进油口②压力补偿阀③可变节流孔④进油腔⑤压力补偿阀进油口⑥回油口
图9 HUSCO负荷敏感多路阀结构
由于操纵阀起方向阀作用，通向执行器来去有两条油路，如压力补偿阀设在方向阀后就需两个，这样将使该阀的结构复杂化。为了解决此问题，Husco操纵阀增加了一条可变节流进油道，该油道两个方向都起作用，在其后设压力补偿阀，组成了分流比负载敏感系统。通过压力补偿阀之后，再经方向阀去执行器。其实际工作原理如图10（b）所示。该操纵阀实现了两个功能，可变节流功能和方向阀功能（设计成无节
2.力士乐LUDV阀后补偿分流比负载敏感阀
该阀用于力士乐挖掘机液压系统上，阀的具体结构如图11所示，其原理符号如图12所示。
1.阀体
2.主阀
3.单向阀
4.压力补偿阀
5.带单向阀的限压阀
6.螺堵塞
图11 力士乐LUDV多路阀具体结构图
该阀与Husco阀有相同之处，也是操纵阀可变节流油道后设压力补偿阀，然后通过方向阀去执行器。
所不同的是其压力补偿阀与Husco压力补偿阀不同，它除了起压力补偿作用外，还起梭阀网络作用，检出执行器中最高负荷压力作用在各压力补偿阀的左端。
该压力补偿阀是三位三通阀。三条通路：经操纵阀节流操纵后油道O，去方向阀油道D，和负载敏感油道LS。压力补偿阀右端受各阀油道O的压力作用，左端受LS压力和弹簧作用。负荷压力最大的那个压力补偿阀要求开度最大，该阀处于右位，O不经节流直通D，同时通过节流孔与LS相通，负荷压力较低的压力补偿阀只能处于开度较小的中位，O与LS不通，O经节流通向D，起均衡负载作用。因此LS检出的是最高负荷压力。
（三）（东芝IB 系列）回油路压力补偿分流比负载敏感系统。 其符号原理如图14所示，该系统阀用于东芝挖掘机的液压系统上。 1. 工作原理和特点
其主要特点是压力补偿阀布置在操纵阀回油路上。 从压力补偿阀平衡可得：
max L L P F P =+ 式中L P ：各阀负载压力
则得：max L L P P = max L P ：最大负载压力
F ：弹簧力，采用弱弹簧，可忽略弹簧力
即各执行器负载压力相等，都为max L P （由于回路上压力补偿阀的节流补偿作用，使各阀的负载均衡）。
各操纵阀阀杆进出口压差都相等为max L m L m P P P P P
?=?=? 式中：p P 为各阀的进口压力
由于各阀P ?相等，因此通过各阀杆的流量只与阀杆行程有关，具有抗饱和的功能。
把压力补偿阀放在回油路上的优点是可以利用压力补偿阀的节流补偿作用，防止因重力作用，过快下
变量泵排量机构由伺服缸、卸载阀、节流孔和安全阀组成。卸载阀为二位二通阀，左端受泵出口压力P P 作用，右端受最大负载压力P Lmax 和弹簧力作用，它具有以下调节功能：
1） 中位卸载操纵阀都在中位时，P Lmax ＝0，P P 只需克服弹簧力。卸载阀就处在左位，油泵压力油通过该
阀经节流孔建立的压力，作用在伺服油缸活塞上，克服弹簧力，使油泵排量变得最小。 2） 高压卸载：当压力升高达到一定值时，卸载阀打开回油，节流压力使油泵排量变得很小。 3） 按需供油。
3.IB系列多路阀的具体结构和原理符号图如图15所示。
1.压力补偿滑阀
2.回油口
3.回油腔
4.再生单向阀
5.主阀
6.LS腔
7.进油单向阀
8.进油腔 9.旁通回油道 10.检出最高负荷压力单向阀
图15 IB系列阀具体结构和原理符号图
4.IB系列挖掘机多路阀液压系统：如图16所示
该阀由9联阀组成，用于小型挖掘机上。除动臂、斗杆、铲斗、回转，二个行走共六个阀以外，还有二个阀用于推土和动臂偏转，剩下一个阀供后备用（装其他工作装置）。所有阀都由泵并联供油。
四. NACHI 阀前补偿分流比负载敏感阀系统
（一） 压差减压阀两次压力反馈系统（图17）
该负载敏感阀采用阀前补偿，和林德公司负载敏感阀基本相同，不同之处在于采用一个等差减压阀，该减压阀一端受油泵压力P 作用，另一端受最高负载压力P Lmax 和减压阀输出压力P LS 作用。从减压阀力平衡可知：
max L LS P P P ?=
通过此压差减压阀输出油泵压力和最高负载压力之差Pls 作用在压力补偿阀的左端，对比该压力补偿阀和林德公司压力补偿阀力平衡方程式可知两者是相同的
11m L LS P P P =+， max 11L m L P P P P +=+， 12m L LS P P P =+， max 22L m L P P P P +=+ ，
各操纵阀进出口压力差相等为max L LS P P P P ?==?
因此可以说这是林德公司压力补偿负载敏感系统的变形和改进。
林德系统油泵调节阀的一端受油泵出口压力的直接作用，另一端受弹簧力和最高负载压力直接反馈，根据F A P P L =?)(max 来调节泵的流量。 式中：A —调节阀压力作用面积 F —弹簧力
当F A P P L
当F A P P L >?
)(max 油泵压力油通向油泵变量机构油缸，使油泵排量减小。
林德系统不足之处是，一般泵和多路操作阀之间连接管道较长，引起压力传递滞后，使得控制不稳定，由于管道阻力引起压降，使得泵的出口压力P P 与多路操作阀的进口压力P V 有差异，P P >P V ，特别是通过该管道的压降，随温度而变，冬天低温时P P 和P V 之间压差较大，造成泵的流量控制和负载敏感阀的流量控制不一致，泵的流量按max L P P P ?目标压差进行控制，而负载敏感阀按max L V P P ?目标压差进行控制，因max max L P L V P P P P ?
NACHI 对林德系统做了改进，采用压差减压阀检出多路阀的进口压力和最高负载压力之差P LS ，作为二次压力，向油泵调节阀和压力补偿阀同时进行反馈，自动修正了低温时泵和操纵阀之间的压力损失，使油泵和操纵阀的调节压差保持一致，避免了油泵和操纵阀之间油管压力损失所造成对控制的不良影响，能防止低温时执行元件的速度降低，获得和常温时同样的操纵感觉。
图17 压差减压阀两次压力反馈系统
式中： P —油泵压力 P LS —补偿压力
P L1，P L2—阀1和阀2的压力 P m1，P m2—阀1和阀2的进口压力
（二） 与发动机转速连动控制的负载敏感压力补偿系统（见图18）
随着发动机转速改变油泵流量随之变化，要求油泵控制目标压差和压力补偿阀控制的多路阀进出口压差也随之改变，要求目标补偿压差随发动机转速自动变化。为此NACHI 采用转速连动控制阀。
利用先导操作定量泵输出油。经过定节流孔产生的压差来检出发动机转速。因为定量泵的流量与发动机转速成正比，通过节流孔的压差与泵的流量有关。把节流孔前后压差作为油泵调节阀的目标压差。使油泵的排量控制与发动机转速相匹配。
采用压差调节阀检出节流孔前后压差P 0。
210P P P ?=
式中：
P 1—节流孔前压力 P 2—节流孔后压力
P 0作用于油泵调节阀的左端，与补偿压力P LS 相平衡，P 0=P LS 来调节油泵的流量。
max L V LS P P P ?=为多路阀泵口压力和最高压力之差。L m LS P P P ?=，P LS 也是各操纵阀入口压
力P m 和出口压力P L 之压差。
补偿压力P LS 随发动机转速而变，使系统与发动机工况相匹配，使得在所有发动机转速范围都能保持最佳的操纵感觉。
图18
（三） 与自身负载压力相关的压力补偿阀
压力补偿是保持操纵阀的进出口压差在目标压差值来进行控制的。当遇到惯性负载较大时，例如挖掘机回转马达启动时，负载压力变化比回转速度变化来得快，负载压力P L 一下子升高，而流量增加跟不上，使压力补偿阀不能按补偿压力正确调整，产生过度或不足调整，来回摆动，伴随着产生大的流量变动。使得进入回转马达的流量偏离目标流量来回增减变动，引起回转马达产生振摆波动。为了避免这个问题，过去挖掘机采用负载敏感压力补偿系统时，一般回转马达只能独立地采用单泵供油。
NACHI 为了解决这个问题，开发了与自身负载压力相关的压力补偿阀，其具体结构见图19。 它由阀体、滑阀和柱塞组成，滑阀的右端有一个受压面积A 1，作用着操纵阀的进口压力，滑阀的左端有二个受亚面积A 2和A 3，分别作用着补偿压力P LS 和自己的负载压力P LS （如图19所示）。
图19
由压力补偿阀力平衡可得
132A P A P A P m L LS =+?
操纵阀进出口压差 L m P P P ?=?
如 A A A ==32
，令1
A A
K =
则：L LS P K KP P )1(??=? 当 1A A =
LS P P =? P ?等于补偿压力
当 1A A ≠时 A A >1 1
采用1 （四） NACHI 1） 压差减压阀 二位三通阀 与前不同之处在于： 进油口是P P 而不是P 油泵和操纵阀的补偿压力 max L LS P P P ?= 2） 卸载切断阀 当卸载阀打开时，P Lmax 经节流孔产生压降 max 'max L L P P < 'max L L LS P P P P P ?>?=即P LS ↑补偿压力增加 **o L P P +' max ＝弹簧力 P 0↑→' max L P 3） 中位卸载阀 +=0P P 弹簧力max L P + 当操纵阀在中位：卸载压力为P 0+当操纵阀不在中位：=?0max P P P L 4） 油泵调节阀 按0=LS P 调节 当0P P LS > Q ↓ 当0P P LS < Q ↑ 5) 转速连动控制阀 210先 kQ P P P P =?= P 0随发动机转速而变 一． 中位卸载 操纵阀中位时，各阀0=L P →0=Lmaz P （1） 中位卸载阀卸油压力 ++=max 0L P P P 弹簧力+=0P 弹簧力 （2） 油泵卸油 +=?=0max P P P P L LS 弹簧力 0max =L P ，+=0P P 弹簧力 0P P LS > 油泵调节阀在右位，P P 进入油泵控制腔 （3） 先导油泵 P1→Pp →操纵阀入口→回油（油压为零） 2 110先 Q k P P P P =?= K 1反映S 节流孔 2 2先 Q k P P = K 2反映t 节流孔 二． 高压卸载 （1）卸载切断阀 =+0' max P P L 弹簧力 阀打开时 ??=2 max 'max 先kQ P P L L 流经卸载阀液阻 （2）压差减压阀 在下位 'max L LS P P P ?= LS P P P = 去油泵调节阀 Q 油泵↓ P LS ↑操纵阀补偿压力↑使压力补偿器压力损失↓ （3）由于P 0卸载阀打开所需' max L P ↑ +=?=?0max P P P P L 弹簧力 P 0↓使△P ↓ 阀杆稍加节流就使+>?0P P 弹簧力 就从中位卸载阀溢流 由于与发动机转速连动的可变载荷阀控制机构提高的微流量的控制 三． 按需供油 操纵阀杆节流使得max L P P P ?=?↑ 压差降压阀在下位 使P P →P LS P LS ↑→Q 油泵流量↓→流经操纵阀流量↓→△P ↓ P P →P LS 取得平衡。 液压系统基础知识大全 液压系统的组成及其作用 一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它 向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执 行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线 往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等 几大类。 液压系统结构 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中 的控制阀动作。 液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。 在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。空心箭 头表示信号流，而实心箭头则表示能量流。 基本液压回路中的动作顺序—控制元件（二位四通换向阀）的换向和弹簧复位、 执行元件（双作用液压缸）的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。对于执行元件 和控制元件，演示文稿都是基于相应回路图符号，这也为介绍回路图符号作了准备。 根据系统工作原理，您可对所有回路依次进行编号。如果第一个执行元件编号为，则与 0其相关的控制元件标识符则为1。如果与执行元件伸出相对应的元件标识符为 偶数，则与执行元件回缩相对应的元件标识符则为奇数。不仅应对液压回路进行编 号，也应对实际设备进行编号，以便发现系统故障。 DIN ISO1219-2 标准定义了元件的编号组成，其包括下面四个部分：设备编号、回路编号、元件标识符和元件编号。如果整个系统仅有一种设备，则可省略设备编号。实际中，另一种编号方式就是对液压系统中所有元件进行连续编号，此时，元件编 号应该与元件列表中编号相一致。这种方法特别适用于复杂液压控制系统，每个控 制回路都与其系统编号相对应 国产液压系统的发展 目前我国液压技术缺少技术交流，液压产品大部分都是用国外的液压技术加工回来的，液压英才网提醒大家发展国产液压技术振兴国产液压系统技术。 其实不然，近几年国内液压技术有很大的提高，如派瑞克等公司都有很强的实力。 液压附件： 目前在世界上，做附件较好的有： 派克（美国）、伊顿（美国）颇尔（美国） 西德福（德国）、贺德克（德国）、EMB（德国）等 国内较好的有： 旭展液压、欧际、意图奇、恒通液压、依格等 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而 发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水 平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水 压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油, 又进一步得到改善。 第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用,特别是1920年以后,发展更为迅速。液 负载敏感多路阀原理 负载敏感多路阀在拖拉机化肥撒布系统的应用 采用CP2定差减压阀和CP3定差溢流阀实现多路阀多支路同时动作, 可以改善液压系统调速性能，提高效率，减少发热，减少能量消耗。通常是在多路阀中用2通定差减压阀CP2与流量阀（工作阀片）串联组合成调速阀,在多路阀的进口阀片用3通式旁通式定差溢流阀CP3通过CH 梭阀网络回路与工作阀片并联组合成旁通式溢流调速阀。 以下图为例，该阀的进口阀块内置CP3三通定差旁通溢流阀（逻辑元件），每个比例流量阀进口前置CP2二通压力补偿定差减压阀，CH负载感应梭阀。各阀功能如下： ?CP3三通旁通定差溢流阀：当多路阀停止操作，且各阀均在中位时，CP3则以补偿弹簧压力（10-13公斤）旁通泵供油流量。当某一比例流量阀（工作阀片）工作时，CP3旁通溢流阀在该执行元件负载压力作用下减少阀口开度，减少旁通流量，根据负载压力提供所需的流量，此时供油压力随负载压力变化，效率高，发热量小。 ?CH负载感应梭阀（工作阀片）：CH负载感应梭阀将各工作阀片中的最高负载压力传至进口阀块的CP3弹簧侧。 ?CP2二通定差减压阀：当一个或多个比例流量阀同时工作时，负载压力传至CP2阀的弹簧侧。此时，通过阀心的负反馈作用,来自动调节流量阀（工作阀片）阀口两端的压力差, 使其基本保持不变。在CP2的压力补偿作用下各阀的流量均保持恒定，使各流量阀的流量与其输入信号成比例，流量大小与阀的开度成正比，独立控制且不受其它负载变化的干扰，从而保证多机构同步动作。 定量泵接入进口阀块P口，油泵压力经P1口作用于压力补偿旁通阀的底部,CP3的弹簧腔与工作片阀的LS负载反馈系统的梭阀连通。 一、负载敏感和压力补偿概念 （一）负载敏感(Load Sensing)和压力补偿(Pressure Compensation)是60年代提出的液压传动和控制的新概念。 以往液压系统在使用操纵过程中，存在着以下需解决的问题： 1. 节能要求，适应负载变化提供负载所需要的液压功率（流量和压力），尽量减少流量和压力损失，将节流调速改变为以容积调速为主，特别按负载需要提供负载所需的流量。 2. 操纵阀调速控制时，调速受负载压力变化和油泵流量变化的影响，难以操纵控制。 3. 单泵供多执行器：当多执行器同时动作时，要求相互不干涉，能够操纵各执行器按所需流量供油。合理地分配流量，实现理想复合动作。 4. 液压泵和原动机的匹配问题，能充分利用原动机的功率，保持在发动机最大功率点工作，同时能防止发动机熄火，为了减少能耗节能，要求液压泵和发动机在联合工作最经济点上工作。 为了解决以上问题，60年代提出液压传动控制新概念—负载敏感和压力补偿。 目前液压传动仍存在问题有待解决。例如液压传动遵循帕斯卡原理，一个泵供多个执行器时，系统压力由克服各负载中所需最大压力来确定，因此供给负载较低的执行器时必然存在压力损失。目前人们正在研究采用电路中变压器这类东西，来解决这个问题。 （二）负载敏感和压力补偿的定义：负载敏感是一个系统概念，因此应称为负载敏感系统，可把它看作是一个意义广泛的名词。（即广义的负载敏感和压力补偿）。 负载敏感通过感应检测出负载压力，流量和功率变化信号，向液压系统进行反馈，实现节能控制、流量和调速控制、恒力矩控制、力矩限制、恒功率控制、功率限制、转速限制、同时动作和与原动机动力匹配等控制的总称。负载敏感系统所采用的控制方式包括液压控制和电子控制。 从负载敏感系统的液压元件来看可分： 负载敏感阀：将压力、流量和功率变化信号，向阀进行反馈，实现控制功能的阀。 负载敏感泵：将压力、流量和功率变化信号，向泵进行反馈，实现控制功能的泵和马达。 负载敏感系统可降低液压系统能耗，提高机械生产率，改善系统可控性，降低系统油温，延长液压系统寿命。 压力补偿： 将压差设定为规定值进行的自动控制都叫压力补偿。 压力补偿流量控制：不受负荷压力变化和液压泵流量变化的影响，由设定节流压差值 对流量进行自动控制，称为压力补偿流量控制。 在节流调速中，根据流量基本计算式，p k Q ?=，压差保持不变（=?p 常数） ，只要调节阀口面积（反映在k 上）就能控制通过阀的流量，通过改变阀的开度，不受负载和液压泵流量影响，改变和控制流量，利用流量控制阀的原理来进行调速，提出了压力补偿概念。在节流口上，并联或串联一个压力补偿器。 （三）开中心直通型油路系统存在的问题。 前面已经谈到挖掘机开心式油路都采用六通多路阀，有二条供油路，直通供油路可组成优先油路，中位时直通回油箱进行卸载。并联供油路，组成并联油路，把二种油路采用各种方式组成起来，就构成了复杂多变的挖掘机油路。 操纵阀的结构简图和符号图如图1所示。 液压控制技术 在液压控制技术起初，加工机械厂的加工运动的速度取决于控制阀的横截面及液压流体的粘度。 三位六通换向控制阀块 (open center) 对于速度的灵敏控制只能通过严格操纵才能实现。 接着，根据3位6通换向阀的原理对第一个控制阀块做一个重大改进，就使得一个机床工人同时相应地控制几个加工运动成为可能。 下面用M1控制阀块的例子来图解这个工作原理 在阀杆中位，油液通过铸造的通道无压的从P口流到T口（中位循环），泵和执行机构工作油路的接口A和B连接切断。可利用机械式的手柄或依靠液压方式在a1或b1口引入先导压力，使阀杆离开中位而移动。 依靠阀杆的换向和对阀杆的控制，减少P口到T口连接的通道，随着其进一步位移，进一步减少流通面积，使流阻增大（流通面积的缩减导致流阻的增加），以至于压力因此增加。随着从P口到T口的流通面积减少，P口到A口或P口到B口的连接通道将打开，液体将流到执行器接口。当由于压力和液压缸面积产生的力超过作用在液压缸上的负载外力时，油缸开始移动。P→A（或P→B）的流通面积直接决定了流量，从而也决定了液压缸或液压马达的速度。安全阀限制系统最高压力，活塞上单向阀能防止阀杆在中位时油缸下降。 以上所述的工作原理同样适用于几个阀杆，根据液压泵提供有效流量，所 M1单阀块截面图 有操作能从停止到最大速度相应并行地受到控制。 三位六通换向阀的控制原理，也称作“节流控制”，它在元件布置方面是简单的，操作可靠，经济划算，系统可使用定量或变量泵。缺点是节流调速时，有部分多余的压力油直接回油箱，造成功率损失。 而且，其控制特点是与压力相关的，在并联油路几个执行机构同时动作时，可能彼此互相影响。 这就是开发与负载压力无关的负载传感系统的决定性原因。 负载传感系统 同样就负载传感系统而言，执行机构的速度是由控制块内主阀芯的位置决定的。打开的通量截面较大也就意味着速度较高。最基本的差异是用负载传感，流量是可控的。 泵只需要提供当前所需的流量，其功能是通过把从液压控制系统的压力反馈到泵上来实现的。 该泵设计成控制器在系统内能以恒定的标准值来保持一定的压力差，以输 Steue 负载敏感 一、负载敏感和压力补偿概念 （一）负载敏感(Load Sensing)和压力补偿(Pressure Compensation)是60年代提出的液压传动和控制的新概念。 以往液压系统在使用操纵过程中，存在着以下需解决的问题： 1. 节能要求，适应负载变化提供负载所需要的液压功率（流量和压力），尽量减少流量和压力损失，将节流调速改变为以容积调速为主，特别按负载需要提供负载所需的流量。 2. 操纵阀调速控制时，调速受负载压力变化和油泵流量变化的影响，难以操纵控制。 3. 单泵供多执行器：当多执行器同时动作时，要求相互不干涉，能够操纵各执行器按所需流量供油。合理地分配流量，实现理想复合动作。 4. 液压泵和原动机的匹配问题，能充分利用原动机的功率，保持在发动机最大功率点工作，同时能防止发动机熄火，为了减少能耗节能，要求液压泵和发动机在联合工作最经济点上工作。 为了解决以上问题，60年代提出液压传动控制新概念—负载敏感和压力补偿。 目前液压传动仍存在问题有待解决。例如液压传动遵循帕斯卡原理，一个泵供多个执行器时，系统压力由克服各负载中所需最大压力来确定，因此供给负载较低的执行器时必然存在压力损失。目前人们正在研究采用电路中变压器这类东西，来解决这个问题。 （二）负载敏感和压力补偿的定义：负载敏感是一个系统概念，因此应称为负载敏感系统，可把它看作是一个意义广泛的名词。（即广义的负载敏感和压力补偿）。 负载敏感通过感应检测出负载压力，流量和功率变化信号，向液压系统进行回馈，实现节能控制、流量和调速控制、恒力矩控制、力矩限制、恒功率控制、功率限制、转速限制、同时动作和与原动机动力匹配等控制的总称。负载敏感系统所采用的控制方式包括液压控制和电子控制。 从负载敏感系统的液压组件来看可分： 负载敏感阀：将压力、流量和功率变化信号，向阀进行回馈，实现控制功能的阀。 负载敏感泵：将压力、流量和功率变化信号，向泵进行回馈，实现控制功能的泵和马达。负载敏感系统可降低液压系统能耗，提高机械生产率，改善系统可控性，降低系统油温，延长液压系统寿命。 压力补偿： 将压差设定为规定值进行的自动控制都叫压力补偿。 压力补偿流量控制：不受负荷压力变化和液压泵流量变化的影响，由设定节流压差值 对流量进行自动控制，称为压力补偿流量控制。 在节流调速中，根据流量基本计算式，，压差保持不变（常数），只要调节阀口面积（反映在k上）就能控制通过阀的流量，通过改变阀的开度，不受负载和液压泵流量影响，改变和控制流量，利用流量控制阀的原理来进行调速，提出了压力补偿概念。在节流口上，并联或串联一个压力补偿器。 （三）开中心直通型油路系统存在的问题。 前面已经谈到挖掘机开心式油路都采用六通多路阀，有二条供油路，直通供油路可组成优先油路，中位时直通回油箱进行卸载。并联供油路，组成并联油路，把二种油路采用各种方式组成起来，就构成了复杂多变的挖掘机油路。 操纵阀的结构简图和符号图如图1所示。 三位六通换向控制阀块 (open center) 液压控制技术 在液压控制技术起初，加工机械厂的加工运动的速度取决于控制阀的横截面及液压流体的粘度。 对于速度的灵敏控制只能通过严格操纵才能实现。 接着，根据3位6通换向阀的原理对第一个控制阀块做一个重大改进，就使得一个机床工人同时相应地控制几个加工运动成为可能。 下面用M1控制阀块的例子来图解这个工作原理 M1单阀块截面图 在阀杆中位，油液通过铸造的通道无压的从P口流到T口（中位循环），泵和执行机构工作油路的接口A和B连接切断。可利用机械式的手柄或依靠液压方式在a1或b1口引入先导压力，使阀杆离开中位而移动。 依靠阀杆的换向和对阀杆的控制，减少P口到T口连接的通道，随着其进一步位移，进一步减少流通面积，使流阻增大（流通面积的缩减导致流阻的增加），以至于压力因此增加。随着从P口到T口的流通面积减少，P口到A口或P口到B口的连接通道将打开，液体将流到执行器接口。当由于压力和液压缸面积产生的力超过作用在液压缸上的负载外力时，油缸开始移动。P→A（或P→B）的流通面积直接决定了流量，从而也决定了液压缸或液压马达的速度。安全阀限制系统最高压力，活塞上单向阀能防止阀杆在中位时油缸下降。 以上所述的工作原理同样适用于几个阀杆，根据液压泵提供有效流量，所有操作能从停止到最大速度相应并行地受到控制。 三位六通换向阀的控制原理，也称作“节流控制”，它在元件布置方面是简单的，操作可靠，经济划算，系统可使用定量或变量泵。缺点是节流调速时，有部分多余的压力油直接回油箱，造成功率损失。 而且，其控制特点是与压力相关的，在并联油路几个执行机构同时动作时，可能彼此互相影响。 这就是开发与负载压力无关的负载传感系统的决定性原因。 负载传感系统 同样就负载传感系统而言，执行机构的速度是由控制块主阀芯的位置决定的。打开的通量截面较大也就意味着速度较高。最基本的差异是用负载传感，流量是可控的。 泵只需要提供当前所需的流量，其功能是通过把从液压控制系统的压力反馈到泵上来实现的。 该泵设计成控制器在系统能以恒定的标准值来保持一定的压力差，以输出所需的流量。 负载传感控制阀0块设计为每个阀杆上都带有一个额外的流量控制部件。压力补偿阀使 Steuer - Regl 三位六通换向控制阀块 (open center) 液压控制技术 在液压控制技术起初，加工机械厂的加工运动的速度取决于控制阀的横截面及液压流体的粘度。 对于速度的灵敏控制只能通过严格操纵才能实现。 接着，根据3位6通换向阀的原理对第一个控制阀块做一个重大改进，就使得一个机床工人同时相应地控制几个加工运动成为可能。 下面用M1控制阀块的例子来图解这个工作原理 M1单阀块截面图 在阀杆中位，油液通过铸造的通道无压的从P口流到T口（中位循环），泵和执行机构工作油路的接口A和B连接切断。可利用机械式的手柄或依靠液压方式在a1或b1口引入先导压力，使阀杆离开中位而移动。 依靠阀杆的换向和对阀杆的控制，减少P口到T口连接的通道，随着其进一步位移，进一步减少流通面积，使流阻增大（流通面积的缩减导致流阻的增加），以至于压力因此增加。随着从P口到T口的流通面积减少，P口到A口或P口到B口的连接通道将打开，液体将流到执行器接口。当由于压力和液压缸面积产生的力超过作用在液压缸上的负载外力时，油缸开始移动。P→A（或P→B）的流通面积直接决定了流量，从而也决定了液压缸或液压马达的速度。安全阀限制系统最高压力，活塞上单向阀能防止阀杆在中位时油缸下降。 以上所述的工作原理同样适用于几个阀杆，根据液压泵提供有效流量，所有操作能从停止到最大速度相应并行地受到控制。 三位六通换向阀的控制原理，也称作“节流控制”，它在元件布置方面是简单的，操作可靠，经济划算，系统可使用定量或变量泵。缺点是节流调速时，有部分多余的压力油直接回油箱，造成功率损失。 而且，其控制特点是与压力相关的，在并联油路几个执行机构同时动作时，可能彼此互相影响。 这就是开发与负载压力无关的负载传感系统的决定性原因。 负载传感系统 同样就负载传感系统而言，执行机构的速度是由控制块内主阀芯的位置决定的。打开的通量截面较大也就意味着速度较高。最基本的差异是用负载传感，流量是可控的。 泵只需要提供当前所需的流量，其功能是通过把从液压控制系统的压力反馈到泵上来实现的。 该泵设计成控制器在系统内能以恒定的标准值来保持一定的压力差，以输出所需的流量。 Steuer- block Regl 第28卷第5期2011年5月 机 电 工 程 Journal o fM echan ica l&E l ectrical Eng i nee ri ng V o.l 28N o .5M ay 2011 收稿日期:2010-12-03 基金项目:浙江省重大科技专项和优先主题计划资助项目(2007C11171) 作者简介:马 冲(1986-),男,江苏徐州人,主要从事变量柱塞泵方面的研究.E m ai:l m chseu@126.co m 通信联系人:孔晓武,男,副教授,硕士生导师.E ma i :l x w kong @yahoo .co https://www.wendangku.net/doc/1e12376284.html, 负载敏感液压泵稳定性仿真与参数优化 * 马 冲,孔晓武 * (浙江大学流体传动与控制国家重点实验室,浙江杭州310027) 摘要:针对负载敏感泵压力偏差较大与稳定性差的问题,基于Pro /E 、ADAM S 以及AM ESi m 专业仿真软件建立了负载敏感液压泵的虚拟样机。通过理论分析与仿真,提出了负载敏感液压泵变量机构控制系统中阻尼孔和容腔的参数匹配方法,基于该方法对56cc /r 的负载敏感液压泵进行了优化,得到了较好的阻尼孔和容腔的匹配效果。最后,通过试验验证了仿真分析的正确性。研究结果表明,参数优化后的负载敏感液压泵具有较好的稳定性,降低了恒压控制的压力偏差以及压力波动。关键词:负载敏感液压泵;阻尼孔;稳定性;压力偏差;参数优化中图分类号:TH 322 文献标志码:A 文章编号:1001-4551(2011)05-0548-05 Stability si m ulation and para m eter opti m ization of load sensing pu mp MA Chong ,KONG X i ao wu (State K ey Lab o f Fluid Pow er Trans m issi o n and Contro,l Zhe ji a ng University ,H angzhou 310027,Ch i n a) Abstrac t :A i m i ng at t he prob l em that t he larg e pressure b i as and the poor stability o f the l oad sensi ng pu m p ,a virtual pro totype of a l oad sensing pu m p w as developed by co m b i ni ng P ro /E ,ADAM S and AM ES i m .Through ana l y zi ng t he pu mp s wo rking pri nc i ple and the si m u l a ti on resu lts ,a m e t hod t hat how to m a tch the volu m e and the d i am eter of da m pi ng or ifi ces w as reached .B ased on th i s m e t hod ,the 56cc /r l oad sensing pump was op ti m ized ,and the better m atch effect of vo l ume and da m pi ng or ifi ce was gotten .T he feas i bility and effectiveness of this m ethod were ver ifi ed through m any experi m ents .The resu lts i ndicate that t he l oad sens i ng pump opti m ized show s a stab le perfor m ance ,and the output pressure b ias and v i bra ti on are decreased i n high pressure conditi on . K ey word s :load sensi ng pu m p ;damp i ng or ifice ;stability ;pressure bias ;para m ete r opti m i zati on 0 引 言 电液比例负载敏感变量泵能够在负载压力变化的情况下输出恒定的流量,并且在负载压力升高到一定值时,泵输出流量自动减小到仅维持泵的输出压力恒定。这样的特性应用在注塑机上起到了很好的节能效果,工作效率较高。 计算机仿真技术的应用提高了研究效率,缩短了研究周期,给研究提供了很大的方便。文献[1]利用计算机仿真技术研究了压力控制变量泵的动态响应,发现高压时泵输出压力和变量柱塞腔的压力波动较大,斜盘倾角同样存在振荡现象。文献[2]对压力流 量复合控制变量泵控制元件的模型进行优化,利用S i m ulink 仿真对系统进行性能预测和分析,但是柱塞泵的模型较为简化。文献[3]采用AMES i m 对负载敏感泵进行建模,仿真分析了负载敏感阀的弹簧刚度、开口形状以及附加阻尼对负载敏感泵动态特性的影响,但仿真模型也采用了较简化的柱塞泵模型。文献[4]主要介绍了ADAM S /AMES i m 联合仿真技术方法,利用两个软件的各自的优势,考虑了传统仿真方法中容易忽略的参数,提供了变量柱塞泵较为真实的仿真结果。文献[5]采用虚拟样机技术,分析了配油盘位置与压力冲击,泵出口容积对压力脉动影响,以及柱塞运动特性与主轴应力应变情况。 Eaton? 中 等负载柱塞泵（斜盘-轴向） 负载敏感（LS）控制系统 工作原理与操作 ——Load Sensing Sytem-Principle and Operation 王清岩[译] CCE（JLU,CHINA）15-09-2005 Load Sensing Principle of Operation Page 序言 (3) 何谓负载敏感? (4) 负载敏感系统是如何工作的 (5) 采用负载敏感控制的优点 (14) 开发与调试 (25) 系统比较 (26) 应用 (27) 负载敏感控制技术的前景 (27) Load Sensing Principle of Operation 序言 早在二十世纪六十年代后期，一些年轻的工程师对液压传动技术的优缺点进行了仔细的分析。中位开放式液压系统,采用了一个定排量的齿轮泵，提供恒定的流量，系统压力是由作用于工作介质上的载荷决定的。为限制系统的最高工作压力，必须设置一个高压溢流阀。当系统工作压力达到设定值，液压泵近乎全部流量将通过溢流阀流回油箱，因而导致极高的功率损失，并在系统中产生大量的热损耗致使系统效率极低。 相比之下中位封闭的液压系统具有排量可调的优点，排量调节的范围可从最小排量至最大排量，甚至正向最大排量至反向最大排量；并且无需在系统中设置溢流阀。其最大工作压力的控制是通过液压泵内部的补偿器实现的。此类补偿器可在系统因负载超出额定范围导致系统受到阻滞的状态下通过限压变量活塞使泵卸荷即液压泵处于高压运转状态、但排量近乎为零。此时液压泵将进入等待状态，并保持较高的工作压力，直至负载被克服或恢复操作阀的控制状态。中位闭式系统的缺点是液压泵试图在所有的工况下均实现所限定的最高工作压力附近的排量调节。 但是液压系统还有这样一类工况，即期望获得较大的流量而所要求的工作压力却很低。中位闭式的系统在此种工况下导致了较高的压力降并在能量损失过程中产生大量的热。 工程师们于是设想，若能将两种系统的优点进行合并将得到最佳的性能。理想的系统应具有这样一种特性：在载荷需要的工作压力下仅提供维持系统工作的必要流量。期望流量与工作压力二者都是可变的，但是无论开式还是闭式系统均未提供这样的工作性能。为实现这一特性，必须设计一种新型液压泵，该泵可以根据系统需求提供必要的的流量及压力，并在工况变化时，具有相应的压力-流量调节功能。显然，一种柱塞式变量泵是实现此种功能的基础元件，但是如何令其同时响应压力和流量两个参数的变化呢？ 一位从事本项目研究的工程师开发了一种新的液压补偿器以同时感应系统压力和流量的需求，并使柱塞泵能对流量压力需求的变化做出正确响应。负载敏感液压泵从此诞生了！从技术角度讲，这是一种压力-流量补偿式的变排量柱塞式液压泵。 文章编号:1004-2539(2008)05-0085-03 工程机械负载敏感技术节能原理及应用 (同济大学机械工程学院, 上海 201804) 耿令新 刘 钊 吴仁智 (河南科技大学, 河南洛阳 471003) 张利娟 摘要 通过对液压系统节流调速回路进行能耗分析,说明了变量泵的节能原理,并就负载敏感变量 泵节能技术及其应用进行了较详细的分析和阐述,为工程机械节能设计提供参考。 关键词 负载敏感 变量泵 节能 工程机械 引言 随着能源的日益紧缺和人们对环保要求的不断提高,工程机械的节能性指标越来越受到用户的重视。对用户来说,节能性优越的工程机械,不仅在使用过程中能够节约大量的燃油,还可以提高发动机的功率利用率和传动元件的寿命和可靠性,减少机器故障率和维修成本,提高用户的投资回报率,对企业来说,则可以增强产品的竞争优势。 液压技术的应用大大提高了工程机械的节能效果。据统计,两台功率相当的装载机,一台使用静液压传动技术,另一台使用传统的液力传动,前者比后者可节约燃油60%~70%[1],液压技术的节能效果可见一斑。液压泵是液压系统的/心脏0,其性能的好坏对整个液压系统的节能效果有着重要的影响。本文在对液压调速回路进行能耗分析的基础上,详细介绍了在工程机械上应用较广的负载敏感型变量泵节能原理及其适用范围,为进一步改进工程机械节能效果提供参考。 1 节流调速回路能耗分析[2] 节流调速的基本原理是调节液压回路中节流元件的液阻大小和配置分流支路,以控制进入执行元件的流量和工作速度。 图1 节流调速系统简化模型 图1为由定量泵、节流阀和溢流阀组成的液压调速回路简图,节流阀和溢流阀在调速过程中要产生能量损失。 忽略定量泵吸油口负压力,有 N b =p b Q b (1) 式中 N b )))泵输出功率 p b )))泵出口压力Q b )))泵输出流量 当溢流阀工作时,Q S =Q b -Q L (2) 式中 Q S )))溢流阀通过流量 Q L )))负载流量(节流阀通过流量) 油液通过溢流阀产生的功率损失为 $N s =p b Q s (3) 油液通过节流阀产生的压力损失为 $P c =(Q L KA ) 1m (4) 式中 K )))节流阀流量系数 A )))节流阀开口面积 m )))与节流口形式有关的系数节流阀处的功率损失为$N c =(p b -p L )Q L (5) 负载消耗的功率为N L =p L Q L (6) 此时定量泵的输出功率N b 分成3部分:负载消耗的功率N L 、节流损失功率$N c 和溢流损失功率$N s ,即 N b =N L +$N c +$N s (7) 其中负载的输入功率N L 为系统输出的有用功;节流损失功率$N c 为负载流量流过节流阀时因压降产生的功率损失,或者说是定量泵的输出压力相对于负载压力过剩而造成的能量损失;溢流损失功率$N s 是泵的输出流量相对负载有流量过剩而造成的能量损失。液压系统的效率为 G = N L N b =N L N L +$N c +$N s (8)由式(8)可知,要提高液压回路的效率,应从降低节流能耗损失(压力过剩)和溢流能耗损失(流量过剩)两个主要因素着手,如果能够使泵的输出压力和流量都能随负载压力和速度的变化自动调节而不产生过 剩,就可以使泵发出的功率得到充分利用,达到节能的目的,这就是负载敏感型变量泵节能的理论基础。 85第32卷 第5期 工程机械负载敏感技术节能原理及应用 万方数据 万方数据 万方数据 工程机械负载敏感技术节能原理及应用 作者：耿令新， 刘钊， 吴仁智， 张利娟 作者单位：耿令新,刘钊,吴仁智(同济大学机械工程学院,上海,201804)， 张利娟(河南科技大学,河南,洛阳,471003) 刊名： 机械传动 英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL TRANSMISSION 年，卷(期)：2008，32(5) 被引用次数：2次 参考文献(6条) 1.王意.王长江静液压传动装载机 1999(04) 2.陈忠强.苏丰A10VSO变量泵节能技术及应用[期刊论文]-流体传动与控制 2004(11) 3.黄新年.张长生.陈忠强负载敏感技术在液压系统中的应用[期刊论文]-流体传动与控制 2007(09) 4.刘钊.张珊珊变量泵控制方式及其应用[期刊论文]-中国工程机械学报 2004(07) 5.李泽松.寇子明A4VG系列变量泵伺服机构动态特性分析[期刊论文]-煤矿机电 2005(02) 6.张潘.王国志.邓文武装载机转向负荷敏感型变量泵的动态仿真[期刊论文]-建筑机械 2006(01) 相似文献(10条) 1.期刊论文李晶洁.贾跃虎.孙志慧.Li Jingjie.Jia Yuehu.Sun Zhihui负载敏感变量泵在装载机液压系统上的应 用与节能分析-流体传动与控制2010(1) 将A10VSO系列负载敏感变量泵应用到ZL50装载机工作装置液压系统中,并在不同的工况下对该液压系统进行了节能分析与功率损失计算.结果证明 A10VSO系列负载敏感变量泵驱动的装载机工作装置液压系统的功率损失较少. 2.学位论文刘榛电液比例负载敏感径向柱塞变量泵控制的研究2005 在大功率液压系统中,系统效率是一个重要技术指标.为了提高系统效率,作者从变量泵入手进行研究.本文以JBP系列排量为63mL/r的径向柱塞变量泵作为基泵,采用电液比例负载敏感控制技术对变量泵进行了压力和流量的复合控制,以达到节能的目的.在以前研究的基础上对流量调节阀进行了改造,阀体上直接设计有液阻R<,3>,流量阀采用了板式安装形式,使流量阀与集成块完美的结合在一起.直接采用了市场成熟压力调节阀来代替以前的专用压力阀.这不仅增加了系统的可靠性,而且简化了系统设计,降低了系统成本.设计出相应的新型负载敏感阀. 3.期刊论文杨毅.李彬.毛立峰.刘贺.Yang Yi.Li Bing.Mao Lifeng.Liu He负载敏感变量泵启动噪声分析与试验 研究-流体传动与控制2010(3) 针对负载敏感变量泵启动时有规律的噪声问题,分析其可能产生的原因,通过对负载敏感变量泵控系统的数学建模,研究启动噪声发生机理,提出解决泵的启动噪声的若干方法.最后通过试验验证,有效解决了泵的启动噪声问题. 4.学位论文代少云电液比例负载敏感控制变量柱塞泵研制2008 液压传动及控制技术以其传递功率大、控制精度高、响应速度快、易于实现机电液一体化控制等优点，被广泛应用于机电工程领域。随着现代工业的高速发展，对作为液压系统动力源——液压泵性能指标的要求日益提高。而其中电液比例负载敏感变量柱塞泵以其对流量和压力自动适应负载需求的节能优势，已成为液压系统向高压、高效、高功率密度发展的关键元件。因此，此类电液比例变量泵的节能、稳态控制精度以及动态稳定性等主要技术指标也成为工程技术人员关注的焦点。 本文以YL-56型电液比例负载敏感控制变量柱塞泵为研究对象，在提出泵新的液压控制总体技术方案的基础上，结合泵本体，设计与研制了该比例泵的比例节流阀、比例压力阀和负载敏感阀等关键液压控制部件，在建立比例阀和泵的数学模型的同时，利用AMESim液压仿真平台，对它们的稳、动态特性进行仿真研究；在搭建的液压泵试验台上，对所研制的比例泵样机进行性能试验研究，试验结果与仿真曲线基本吻合，YL-56型电液比例负载敏感控制变量泵研制初获成功，这为进一步完善电液比例负载敏感控制变量柱塞泵的设计理论与成果的工业化奠定了良基。 本文的主要研究工作如下： 第一章在综述了国内外轴向柱塞泵和电液比例负载敏感控制变量泵的发展历史和研究现状的基础上，论述了本课题的研究意义、研究内容和拟采用的研究方法。 第二章在提出电液比例负载敏感控制变量泵新的工作原理及其结构方案的同时，对该比例变量泵的比例节流阀、比例压力阀、负载敏感调节阀和变量柱塞等主要部件进行液压与结构设计。 第三章对比例节流阀、比例压力阀以及比例负载敏感控制变量泵进行了理论分析的同时，利用AMESim软件，建立仿真模型，对比例阀与泵进行了稳、动态仿真研究，并着重研究了各关键参数和液压阻尼对泵性能的影响。 第四章介绍了参考国际标准而搭建的变量泵试验台和检测系统。采用了有效措施，解决了变频电机对测试信号的干扰问题，使试验得以顺利进行。利用该试验台对本课题的YL-56型电液比例负载敏感控制变量泵样机进行了稳、动态特性的试验研究。 第五章对全文进行了工作总结，并对后续研究工作提出了展望。 5.期刊论文刘榛.卢堃.陆初觉.LIU Zhen.LU Kun.LU Chu-jue负载敏感变量泵中负载敏感阀的设计与分析-兰州 理工大学学报2005,31(6) 对电液比例变量泵负载敏感控制系统中的负载敏感阀提出了新的设计方案,并对负载敏感阀进行了结构设计、参数计算和性能分析,应用MATLAB以及MATLAB下的Simulink对系统进行了仿真.理论分析和仿真研究表明该负载敏感阀的结构设计合理、动态响应快、工作稳定可靠. 6.会议论文熊文辉铁路大型养路机械液压系统设计的新思路2008 使用单位在购买大型养路机械设备时，优先考虑的是质量和成本，这也给大型养路机械生产厂家提出了该问题，只有生产出价廉物美的产品才能赢得市场。本文就如何降低铁路大型养路机械产品液压系统的成本问题进行了市场分析，建议车辆的走行尽量采用闭式系统设计，开式系统采用负载敏感 多路阀液压系统（中位闭式负载敏感和压力补偿） 一、液压传动存在的问题 液压传动是工程机械理想的传动装置，工程机械的进步和发展依赖液压技术。目前工程 机械是液压工业最大的市场，液压件一半以上用于工程机械，工程机械对液压技术提出了很高的要求，液压技术的发展主要是满足工程机械的需要，液压技术的水平主要体现在工程机械上，例如：液压件的大型化、小型化和高压化等，最高使用压力已达70MPa。工程机械和液压技术两者互相促进共同发展。 因此有必要深入分析液压传动的特点及其存在的问题，工程机械对液压传动所提出的要求，以便进一步提高和改进液压传动的性能。 液压传动通过管道连接传递能量，恰如生物血管，只需管路就能把能量输送到需要的地方。给设计布置上带来了很大的灵活性和方便性，液压传动容易实现各种运动形式，很适合工程机械多处需要动力，多作业装置，实现复杂运动的要求。 液压传动传递的功率密度大（单位体积或单位重量所传递的功率）、结构紧凑、重量轻，适合工程机械强劲有力，重型大马力的要求。 液压传动具有优良的传动性能，传动平稳，易防止过载，调速简单，具有无级变速性能，维修简单，使用寿命长等，能很好地满足工程机械的传动性能要求。 液压传动具有良好的操纵控制性能，液压是机械和电子的接口，电液控制是机电信一体化的关键技术。 但是液压传动存在着不尽人意的不足之处，有的已经改进，还有待解决的问题需进一步动脑筋。在工程机械使用过程中存在着以下需解决的问题。 1.节能要求：适应负载变化提供负载所需要的液压功率（流量和压力），尽量减少流量和压力损失，将节流调速改变为以容积调速为主，特别按负载需要提供负载所需的流量。要 求液压系统能反向吸收作业装置的能量，具有能量再生利用的储能功能。 1 １－负载敏感泵#２－节流阀#３－梭阀#４－流量阀#５－压力阀 图１负载敏感控制原理图 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２－８９０４（２００７）０５－００２８－００３ 收稿日期：２００７－０５－０８ 作者简介：黄新年，工程硕士，工程师。 第５期（总第２４期） ２００７年９月 Ｎｏ．５（ＳｅｒｉａｌＮｏ．２４） Ｓｅｐ．，２００７ ＦｌｕｉｄＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ 液压技术是基于帕斯卡定律（Ｐａｓｃａｌｌａｗ）的一种利用静压来实现功率传递的应用技术。该技术真正意义上的大规模得以应用还是近百年来的事。液压技术可应用在需要传递高功率密度及负载运动需精确控制的场合。 对于液压系统来说，主要涉及的变量有两个，即：速度（流量）与力（压力）。液压系统的压力是由负载来确定的，而流量是系统重点要控制的变量。 流量与压力的乘积为功率，因此，采用何种方式来对上述两个变量进行控制，便关系到系统的功率利用率问题。 在上世纪６０年代以前，液压界的人士一直无法回避的是液压系统效率低下问题。随着负载敏感技术的日益成熟，这种情况正逐渐得到改善。 简言之，负载敏感技术就是将负载所需的压 力、流量与泵源的压力流量匹配起来以最大程度提高系统效率的一种技术。 要提高系统的功率利用效率，一方面要将负载所需的压力与泵源的输出压力匹配，另一方面，泵源的输出流量正好满足负载驱动速度的需要。此外，还需要实现待机状态的低功耗。 如图１所示，实现负载敏感控制的系统由如下元件组成：负载敏感变量柱塞泵１；速度调节元件（节流阀）２；压力传感元件（梭阀）３。 在负载敏感泵１上集成有流量阀４及压力阀５。压力阀５用于限定泵的最高工作压力ｐｅ。负载的驱动压力ｐＬ则通过梭阀３反馈到泵的控制口Ｘ，流量阀４用于限定泵出口至液压缸进油口之间的压 差Δｐ。这样连接的结果是：液压缸运动的速度取决于节流阀２的开度。在此系统中，节流阀２与流量阀４共同构成了一个调速阀。 只要在ｐＬ!ｐｅ－Δｐ的范围内，无论负载如何变化，泵提供的流量始终与负载的要求相适应，而泵的输出压力则为ｐＬ＋Δｐ。 这样，液压系统的效率（不计泵的效率及液压缸的效率）为ｐＬ／（ｐＬ＋Δｐ）。 当液压系统未工作而处于待机状态时，负载压力ｐＬ＝０，系统的待机功率损耗为： Ｐ＝Δｐｑｄ 其中，ｑｄ为泵的外泄漏及控制流量损失。 采用负载敏感技术的好处是：系统的输出压力及流量直接取决于负载的要求，可以大大提高系统 负载敏感技术在液压系统中的应用 黄新年 张志生 陈忠强 （煤炭科学研究总院上海分院液压研究所 上海 ２００２３０） 摘要：简要介绍了负载敏感技术的背景及工作原理，并给出了一些工程应用的实例。对从事工程设计的人员具有一定的实用意义。 关键词：液压技术；负载敏感；变量泵；节能引言 １负载敏感技术的原理 负载敏感泵 早在二十世纪六十年代后期，一些年轻的工程师对液压传动技术的优缺点进行了仔细的分析。中位开放式液压系统,采用了一个定排量的齿轮泵， 提供恒定的流量，系统压力是由作用于工作介质上的载荷决定的。为限制系统的最高工作压力，必须设置一个高压溢流阀。当系统工作压力达到设定值，液压泵近乎全部流量将通过溢流阀流回油箱，因而导致极高的功率损失，并在系统中产生大量的热损耗致使系统效率极低。 相比之下中位封闭的液压系统具有排量可调的优点，排量调节的范围可从最小排量至最大排量，甚至正向最大排量至反向最大排量；并且无需在系统中设置溢流阀。其最大工作压力的控制是通过液压泵内部的补偿器实现的。此类补偿器可在系统因负载超出额定范围导致系统受到阻滞的状态下通过 限压变量活塞使泵卸荷即液压泵处于高压运转状态、但排量近乎为零。此时液压泵将进入等待状态，并保持较高的工作压力，直至负载被克服或恢复操作阀的控制状态。中位闭式系统的缺点是液压泵试图在所有的工况下均实现所限定的最高工作压力附近的排量调节。但是液压系统还有这样一类工况，即期望获得较大的流量而所要求的工作压力却很低。中位闭式的系统在此种工况下导致了较高的压力降并在能量损失过程中产生大量的热。工程师们于是设想，若能将两种系统的优点进行合并将得到最佳的性能。理想的系统应具有这样一种特性：在载荷需要的工作压力下仅提供维持系统工作的必要流量。期望流量与工作压力二者都是可变的，但是无论开式还是闭式系统均未提供这样的工作性能。为实现这一特性，必须设计一种新型液压泵，该泵可以根据系统需求提供必要的的流量及压力，并在工况变化时，具有相应的压力-流量调节功能。显然，一种柱塞式变量泵是实现此种功能的基础元件， 但是如何令其同时响应压力和流量两个参数的变化呢？一位从事本项目研 究的工程师开发了一种新的液压补偿器以同时感应系统压力和流量的需求，并使柱塞泵能对流量压力需求的变化做出正确响应。负载敏感液压泵从此诞生了！从技术角度讲，这是一种压力-流量补偿式的变排量柱塞式液压泵。液压系统基础知识大全-负载敏感阀
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