负载敏感技术原理

负载敏感技术原理内容摘要：

机和小型 挖掘机。 泵在与负载无关的功率控制下工作，不受温度、作业海拔高度、发动机 偏差、发动机功率损失和泄漏增加的影响。 不需要再次调节泵，通过改变电气参数，借助软件可以调节极限值，比如噪声、废气、油耗和机器使用寿命 (图 3)。 由于液压缸筒和活塞直径加大，用户能够经济地增加泵的排量，这样紧凑设计的优势就显现出来， 比如 A10 VNO 中 28 型的外形尺寸相当于 A10 VO 中的 18 型。 此新型泵使用时，其负载压力甚至可达到 25MPa。 A11 VO 变量泵 对于高至 35MPa 的较高压力，力士乐提供了 A11 轴向柱塞泵，此泵也可提供各种控制方式的选择 (图 4)。 高工作压力允许泵和马达的变量范围变大，因此给轮式挖掘机所需的较高行走速度提供了预备条件。 具有双曲线特征线的功率控制器确保最佳利用发动机的输出功率。 因此，在绝大多数情况下，没有必要控制额外的极限载荷。 一些设备制造商要求挖掘机在行走和工作时泵的功率设置不同，安装在力士乐液压泵上的比例电磁阀可改变双曲线控制器上的功率设定。 流量分配 (LUDV)多路阀 SX SX方向阀的 流量控制提高了机器的可控性 (如图 5)。 它不受负载影响，保持性能在最优范围内，并确保提供司机所需要的流量分配，而与机器的复合动作状态无关。 基于具有专利设计原理的力士乐液压阀，配置可直接控制的流量分配 (LUDV)系统的压力补偿器，以简单可靠的方式实现所需要的功能，如控制、压力选择和压力补偿。 根据闭芯原理的 4 通方向阀系统与传统的 6 通方向阀系统相比，可使每个方向控制阀芯的控制特性更快优化。 大大缩短了新机型的研发时间，简化了系统的匹配。 借助 LUDV，生产制造商还能对执行元件轴设置不同的速度和运动方向，挖掘机作业循坏 的各部分得到更好的协调。 而且，制造商将获得更大、更灵活的附加功能。 在被租赁的小型挖掘机上，制造商可选择带定量泵的单回路 (LUDV)流量分配系统。 一种用来代替齿轮泵的 AP2D 开芯变量泵也可与 SX阀连接安装到一起 (图 6)。 此泵体型小，集成功率控制器。 对于 7～ 10t 的小型挖掘机， A10 VO 和 A11 VO 可根据压力的不同要求应用于单回路液压系统 (如图 7)。 对于制造商来说，单回路流量分配系统简化了元件的安装和装配 (如图 8)。 比如，方向阀只有 1 个进油口。 此外，适用于多泵回路的交叉传感控制就不需要了。 用户从装有 流量分配 (LUDV)系统的较为简单而操纵安全的挖掘机上获得好处。 即使在泵流量不足的情况下，各部分相对运动速度仍然保持不变 (如图 9)。 即使几个作业功能同时启动，流量分配 (LUDV)系统也能保证履带式挖掘机的直线行走 (如图10)。 总而言之，此种方案简化了机器操作的学习过程，也为挖掘机租赁带来了更多的好处。 2 回转驱动 操纵者认为回转齿轮传动起决定性作用，尤其在微型挖掘机上。 驾驶室里的低噪声、舒适性，都要求容积效率和机械效率高的高压力。 力士乐公司提供低速大扭矩径向柱塞马达 MCR 型 (排量从 380ml到 820ml)(如图 11)，此马达配置集成阀块，适合重量为 3～ 7t 的微型挖掘机，带消振、补油和制动阀，并内置多层摩擦片制动器。 对于 9～ 10t 的挖掘机，力士乐提供了带 GFB 9 T2 回转减速机的轴向柱塞马达，等效排量范围为 ～ (如图 12)。 为节省空间，多片式结构的停车制动器安装在回转驱动轴上。 在此部件上，力士乐在马达端盖上集成了功能完善的阀控技术。 马达壳体的前法兰用作减速机端盖，带阻尼作用的溢流阀可防止由于压力峰值造成马达、管路和液压阀超载。 当回转加速时，溢流阀的二级开启特性阻止负载峰值作用到减速机和动 臂。 由于集成补油、制动释放和回转缓冲阀块，这个驱动方案与其他方案相比，不需要外接油管。 行走驱动 在微小型挖掘机领域，力士乐针对重量大于 的挖掘机提供极其紧凑的行走减速机 GFT(如图 13)。 液压马达的并入和行星齿轮的设计使得减速器尺寸减小，专用的液压马达被设计成为减速器的一个组件。 由于支撑轴内轮廓与液压马达相适应。 因此，在此方案中马达不再需要单独的壳体。 控制手柄 对小型挖掘机的最终用户，减小操作力可显著提高操作者的舒适度，并成为是否购买挖掘机的一个依据。 就此力士乐开发了需要较小操作 力的控制手柄。 应用新型手柄 EC2020＋ (图 14)，挖掘机操作者通过安装在手柄上的比例滚柱或者摆动开关，手动控制辅助油缸和摆动油缸工作。 制造商可用此代替过去使用的脚踏板，从而简化了设计。 如果有要求，新型手柄 EC1000 也可配置最多为 3 个开关 (如图 15)。 对于行走工作时的液压先导控制，力士乐借助集成于新脚踏板上的阻尼作用提高了操作者的舒适度 (如图 16)。 当脚踏板返回中位时，阻尼作用可消除操纵杆急速摆动，避免其前后晃动。 此外，力士乐提供了多种的辅助单元。 比如 : 先导油供油块、 LAGC 转向单元和 LT 制动阀。 3 结论 力士乐为小型挖掘机成套提供所有主要的元件和系统。 其性能特点和接口互相配合良好。 因此制造商减少了整个过程的复杂程度，从设计装配到世界范围的售后服务，能更快地以较低的人力和费用在市场上投放自己的新产品。 力士乐的方案能很好地平衡动力和功能 2 个方面，改善操作者的舒适度，机器设备的可操纵性，迎合了机器元件紧凑的要求。 什么是负载敏感系统 简而言之， 负载敏感 系统是一种感受系统压力 流量需求，且仅提供所需 求的流量和压力的液压 回路。 实现负载敏感控制的完整装置由如下元件组成：首先需要一个变量柱塞泵，该泵具有一个压力补偿器，系统不工作时，补偿器使其能够在较低的压（ 200PSI）下保持待机状态。 当系统转入工作状态时，补偿器感受系统的流量需求并在系统工况变化时根据流量需求提供可调的流量。 同时，液压泵也要感受并响应 液压系统 的 压力需求。 多数液压系统并非在恒定的压力下工作，当外部载荷变化时，液压系统的工作压力是不同的。 然后需要一个具有特殊感应油路和阀口的控制阀，以实现负载敏感系统的完整控制特性。 当液压系统未工作，处于待机状态时，控制阀必须切断作动油缸（或马达）与液压泵之间的压力信号。 这将在系统未工作时导致液压泵自动转入低压等待状态。 当控制阀工作时，先从作动油缸（或马达）得到压力需求，并将压力信号传递给液压泵，使泵开始对系统压力做出响应。 系统所需的流量是由滑阀的开度控制的。 系统的流量需求通过信号道、控制阀反馈给液压泵。 这种负载感应 式柱塞泵与负载敏感控制阀的组合使整个液压系统具有根据载荷情况提供作需压力 流量的特性， 此即负载敏感系统的基本功能。 负载敏感系统的优点 负载敏感控制系统的功率损耗较低，效率远高于常规液压系统。 高效率、功率损失小意味着燃料的节省以及液压系统较低的发热量。 单一的液压泵可满足多个回路的压力 流量需求。 传统的中位开方式定量泵液压系统为满足同一系统中不同支路的工作要求，必须采用多联泵或流量分配器。 当然，也可采用流量控制阀或压力控制阀联合控制。 仅在多液动机无同时或同步工作要求时才能采用单泵与多路阀的组合实现控制。 负载敏感系统提供了良好的操作控制方式，简单可靠。 并能以单泵供油，同时满足所需流量、压力不同的多个回路、多个执行元件的工作要求。 负载敏感系统的应用 ，负载敏感系统是具有下列特点的工作机构之理想选择。 ，每一支路有不同的压力和流量需求 ，采用容积调速 负载敏感控制技术的前景 负载敏感控制技术本应用于构造一种未来的传动及控制系统，但是今天它已经展现在我们的面前。 （ Load sensing is the system of the future, and it is here today!） 高效的特点使负载敏感控制成为所有传动及控制系统的理想设计方案。 对于复杂的系统，它能够与电子操纵系统联合工作，精确地控制和提供作需要的液压动力。 我们可以预见在不久的将来，负载敏 感系统可用于协同电子操纵系统进行相当复杂液压系统精确的、可调的能量控制。 各种类型的传感器可为微处理器提供反馈信息，微处理器进行偏差比较及处理后输出控制电流给比例电磁控制阀，其控制作用使得负载敏感变量泵根据作动器的需求按比例提供准确的压力和流量。 负载敏感技术 –构造终极液压系统。 （ Load Sensing – The Ultimate Hydraulic System!） 双阀芯控制在液压多路换向阀中的应用 传统换向阀的进出油口控制通过一根阀芯来进行，两油口听开口对应关系早在阀芯设计加工时已确定，在使用过程中 不可能修改，从而使得通过两油口的流量或压力不能进行独立控制，互不影响。 随着微处理控制器、传感器元件成本的下降，控制技术的不断完善，使得双阀芯控制技术在工程机械 领域得以应用。 英国 Utronics 公司利用自己的技术及专利优势研制出双阀芯多路换向阀，已广泛应用于 JCB、 Deere、 DAWOO、 CASE 等公司的 挖掘机 、 *车、 装载机 及挖掘装载机等产品上。 为适应中国工程 机械 产品对 液压 系统功能要求。 稳定性以及自动化控制程度的不断提高， Utronics 公司产品适时进入中国市场，现已初步完成厦工（ 5t）装载机、詹阳（ 8t）挖掘机样 机调试并进入试验阶段。 传统单阀芯换向阀的缺陷 传统的单阀芯换向阀所组成的 液压系统 难以合理解决好以下功能和控制之间存在的矛盾： （ 1）液压系统设计时为提高系统稳定性，减少负载变化对速度的影响，要么牺牲部分我们想实现的功能，要么增加额外的液压元件，如调速阀、压力控制阀等，通过增加阻尼，提高系统速度刚度来提高系统的稳定性。 但是这样元件的增加又会降低效率，浪费能源；还会使得整个系统的可 *性降低、增加成本。 （ 2）由于换向结构的特殊性，使得用户在实现某一功能时必须购买相应的液压元件，再加上工程机械厂家会根据不同最终用户要求设计出相应的功能，这样会造成生产厂家采购同类、多规格的液压控制元件来满足不同功能要求的需要，不利于产品通用化及产品管理，同时会大大提高产品成本。 （ 3）由于执行机构进出 液压油 通过一根阀芯进行控制，单独控制执行机构两侧压力是不可能的。 因此，出油侧背压作用于执行机构运动的反方向，随着出油侧背压升高，为 保质执行机构的运动，必须提高进油侧压力。 这样会使得液压系统消耗的功能增加，效率低，发热增加。 采用双阀芯技术的液压系统，由于执行机构进出油侧阀口阀芯位置及控制方式各自独立，互不影响，这样通过对两阀芯控制方式的不同组合，利用软件编程能很好解决传统单阀系统不能解决的问题，同时还可以轻易实现传统液压系统中难以实现的功能。 双阀芯换向阀的两种基本控制策略 由于双阀芯换向两油口控制的灵活性，两油口可分别采取流量控制、压力控制或流量压力控制。 正面介绍两种简单的控制策略。 （ 1）负载方向在整个工作过程中保持不变 我们 知道，对于 汽车起重机 、挖掘机、装载机等而言，其液压缸在整个工作过程中负载方向始终维持不变。 下面以起重机变幅液压缸为例来探讨双阀芯的控制策略。 起重机变幅缸在工作过程中其受力，负载方向始终保持不变，因此我们可以采取液压缸有杆控用压力控制、无杆腔用流量控制的控制策略。 无杆腔流量控制是通过检测连接到无杆腔侧阀前后两侧的压差，再根据所需流入或流出流量的多少，计算出阀芯开口大小；有杆腔侧采用压力控制，使 该侧维持一个低值的压力，使得更加节能、高效。 由于我们在无杆腔采用了流量控制，因此原控制系统中所用的平衡阀可用一个液控单向阀来代替。 这样可消除因平衡阀所带来的系统不稳定，从而提高系统稳定性。 （ 2）负载方向在工作过程中发生改变 在这种情况下，采取 ―进油侧压力控制，出油侧流量控制 ‖，在液压缸有杆腔侧用压力控制，无杆腔侧有流量控制。 如负载方向不变，由于出油侧采取了流量控制，我们可将双向平衡阀用液控单向阀来替换，从而提高系统的稳定性。 进油侧用压力控制器来维持一个较低的参考压力，一方面提高系统效率，另一方面使系统 不发生气穴。 为了使负载方向变化的工作机构能得到很好控制，另外一个 PI 控制器将被运用到有杆腔的压力控制器中，当负载方向改变后，无杆腔的压力将减小；如果仍将有杆腔维持一个很低的压力，当负载很大时，液压缸将向反方向运动。 此时我们可用所增加的 PI 控制器监视无杆腔压力的变化，当 PI 控制器检测到无杆腔压力低于所设定的参考值时，将提高有杆腔压力控制器所设定的压力，从而保证系统的正常工作。 Ultronics 液压控制系统 Ultronics 公司是一家集设计、研究和制造的电子液压技术公司。 其液压控制系统采用了 CAN总线 通信，双阀芯控制技术，通过两个阀芯的组合控制，可实现对执行机构多种控制，以提高系统的稳定性，降低能源损耗，同时还可使得系统更加简单，降低成本，加快产品开发速度，这些都是传统的电子系统所不能做到的。 Ultronics 控制系统的硬件一般由操纵手柄、电控单元 ECU、调节阀、双阀芯液压阀组和外接传感器或开关等组成，其间通过 CAN总线通信，液压阀组为电控系统与液压系统的交汇点，系统的另一个重要组成部分就是软件。 手柄为光电非接触形式，最多可带 4 个比例输出或 2 个比例输出和最多 5 个开关。 开关有比例式和自锁式供选择。 其防 护等级达到了 IP67。 手柄的延时特性、输出曲线和死区等可通过专用软件 JoyVal 进行修改。 电控单元 ECU其供电压有 12V。