液压阀控系统的发展

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液 压 阀 控 系 统 的 发 展The Development of the Hydraulic Valve Control System豳辽宁抚挖重工机械股份有限公司吴 航/wu Hang 王宪[/WANG Xianguo 张 剑/ZHANG Jian在工程机械液压系统中，多以开式系统为主，即泵控系统 ；而受到元件成本等因素的考虑，在功率较小的工程机械当中，以闭式阀控系统居多，本文从在工作中深入研究较多的液压式履带起重机作为人手点，结合力士乐相关液压元件的发展及其使用，对液压阀控系统进行讨论。

工程机械液压系统大致分为开式和闭式，而阀控系统属于开式系统的-类，靠控制主阀的开口度来决定执行机构 (马达、油缸)的运动速度。阀控系统的发展主要经历以下几个阶段过程 ：1 节流控制系统节流控制系统的泵基本上为定量齿轮泵或柱塞泵，系统的组成较为简单，有并联和串联系统。

1.1 并联系统，如 图1所示 ：通过分析并联节流回路，可以得出如 图2运动情况的曲线图2左为控制曲线，纵轴为通过主阀的流量，横轴为操纵杆的位移量∩以看出在发动机相同转速情况P . 鸯。

lL-' l - j图1flowQmx下 (褐色曲线)，载荷越重，控制曲线的斜率越大，控制上也越滞后。因为对于节流系统，同样的主阀开度，即A截面积相同，载荷越大，节流口前后的压差 △P越小，流量 Q越小 (根据公式QK·A·A P )，启动载荷就需要更大的开口度，即同负载相关的流量控制。红线为发动机转速小的时候，输入主阀的进口流量小，节流口前后的压差 △P越校以上是节流调速系统的-个弊端，就是执行元件的工作速度同负载变化相关。

图2右 表 示 的是 在 并联 系 统 中，在 饱 和 区(saturated)，主阀的开度同总流量相匹配，流量可以满足执行元件的预定动作速度。当流量进入不饱和区，即不能满足复合动作的总流量时，两个动作无法按照各自阀开度的比例分配动作，导致负载大的动作变慢，负载小的变快，严重的情况是大负载动作停止。

1.2 串联系统，如 图3所示动作曲线如 图4串联系统 图4左说明与并联系统上图左说明类似。

通过 图4右可以看出，串联节流系统尽管不存在抢油状况，但第-块阀动作的进口压力需下第二块阀I.，，fIOW Ioad、 I， fhigh oad 、 n/ ，/ /，/ ，nDmin ， . l， / Lr ，r contro range joyt图22013.07建设机械技术与管理 1 07 P 耄 -71；L i L 图3图5动作产生的压差而叠加。

13 节流调速系统的特点操控受负载和流量影响，流量 Q同负载相关，节流损失大、效率低、能耗大，但元件成本低廉。

2 负荷传感系统 loadsensing为了克服节流系统的缺点(主要是流量Q同负载相关，节流损失大)，负荷传感系统被开发出来。

2.1 负荷传感系统原理在主阀前加入个定差减压阀作为压力补偿阀 (也叫三通流量阀)，来调整主阀先后的压差 AP保持不变，这样就可以保证通过的流量不受负载的变化而变化。

2.2 定差减压阀的工作原理如 图5、图6从梭阀选取的负载压力反馈到定差减压阀的弹簧1 08 CMTM 2013.07图4图6腔，同弹簧力-起决定减压阀的压力设定值，这样即使负载压力突然升高，进入主阀P口的压力也会因经过减压阀的出口压力升高而增大，这样就可使主阀 △P保持不变。

ApP，-P， 堕 ≈恒定。 2I3 负荷传感系统的应用2.3.1 负荷传感开芯系统在负荷传感系统中，只加入定差减压阀，这样的负荷传感系统还不完整，因为尽管主阀开度决定负载速度，但在定量泵系统中，泵输出的是 100% 的流量，会在主阀之前将多余的流量从溢流阀 (DB)损失掉，我们将定量泵定差减压阀主溢流阀组成的系统成为开芯系统，该系统 (DB)损失大。

flowQ瞄x譬ici 阿 -Ii 筮E 1日 珏图7图7是阀控开芯系统的控制曲线由 图7左图可以看出，执行机构速度与负载无关，控制起点和控制范围与流量无关。在不饱和状态 ：低负载用户会降低高负载用户的速度。

2-3.2 负荷传感闭芯系统如果引入变量泵系统，从负载选取的压力反馈到泵的变量机构上，同泵的出口压力进行比较，当主阀的开口度变化，△P不变，泵的变量机构与之匹配，形象点说就是主阀需要多少流量，泵就排出多少油，这样会将泵到主阀的流量损失大大降低。我们将变量泵负荷传感阀组成的系统称为闭芯系统，该系统节能性好。

图8是阀控闭芯系统的控制曲线由 图8左图可以看出，负荷传感系统很好的解决了因负载变化引起的执行机构速度不稳定问题，控制起点和控制范围在负载和泵输出流量不同的情况下也基本- 致。

不过从右图表明，负荷传感系统还是没有解决多动作复合时因负载不同而产生的在不饱和区抢油现象，因为控制各动作的主阀之间的控制都是相互独立的，总流量无法对各动作按比例分配，导致负载大的动作减慢甚至停止。

2.4 节流系统、开芯系统、闭芯系统比较：(表1及图9)2.5 LS负荷传感系统的特点(1)开芯 ：利用三通压力补偿阀 定量泵使 Q与负载变化无关 ，多余流量溢流回油箱 ；(2)闭芯 ：利用压力补偿阀变量泵的控制阀使Q与负载变化无关，主阀需要多少流量，泵就排出多flow- uvI#W iW q - t ，.J l / consumor 2p.- 100 b毒rr。 跫 ～consumer120日baf图8表1流量是否同负载相关 节流损失 DB损失节流系统 相关 大 大开芯系统 无关 小 大闭芯系统 无关 小 小节流系统功率分配 开芯系统功率分配 闭芯系统功率分配图9少流量(3户系统(4LS.系统可控制单个用户系统 ，也可控制多用泵的流量必须能满足QP≥∑QV，( P泵≥P负载Dp)；或将其称之为饱和系统时 ，压力补偿阀才能起相应的作用，否则，在不饱和系统中，与节流系统无异，存在抢油现象。

3 LUDV控制系统目前为了降低设备造价，装机功率不可能、也没有必要达到设备各个部分所耗最大功率的总和。因此，常利用旧能小的装机功率完成同样所需要完成的工作 ，使设备更加小巧 、精密 ，性能价格比更高，在市场上更具竞争力。那么，系统就非成能为不饱和的形式 ，为使其仍能具备负荷敏感的优势，人们开发了下面我们要介绍的与负载无关的流量分配系统 ：简称 LUDV系2013.07建设机械技术与管理 1 09图10- - L。 √ I/ Iconsumer 1D200 bar， i Il t i l l l/ 1 r l r consumer 2厂 p1O0 bar/ l I. 廖 7统，以弥补LS系统在不饱和状态的缺陷。

3.1 LUDV系统的原理如 图 l0同 LS负荷传感系统不同，LUDV系统的压力补偿器放置在了换向阀之后，负载压力信号取自系统中的最高压力而不是取自自身。

在这里，我们将节流阀之后，补偿器之前的压力称为户 ，弹簧腔和尸 作用在补偿器上的面积相等，均为 ，弹簧力为所以P xA P xA P - Pvmax--FfAk所以P P2P ·AP. △P2 AP2： 即不管各动作的负载大小，所有节流口前后的压差都相等，这样流经各个节流口的流量就只跟开口度相关了，即QI- Q2K X A1 X- K XA2 X△42- 般我们将负荷敏感泵的 Ap作为系统控制的 Ap(须注意 ：P泵 DR>P阀 LS溢流△P)。当系统处于饱和状态 ：ApAp.Ap，，泵提供总的、与所有阀的开口成比例的流量。当系统处于不饱和状态 ：△P。、Ap 的值下降，但仍然 Ap Ap：，泵提供总的、仍与所有阀的开口成比例的流量，即仍与负载无关。

LUDV闭芯控制系统的控制曲线如 图11：由此看出，除了控制起点和控制范围同LS系统-样同负载和流量不相关以外，LUDV不管在复合动作的饱和或不饱和段，各动作均按各个开口度按比例分配110 CMTM 2013.07图11流量，而与负载无关。

3.2 LUDV系统的特点(1)多个负载在微控范围内同时进行精密控制，与负载无关 ；(2)改善不饱和系统 ；(3)容易对系统进行扩展，较小的接管费用，系统效率比节流控制高，即冷却器较小 ；(4)对油液污染较敏感 (采用斜盘式油泵时)，对震动敏感 ；(5)在流量不足时降低控制范围 ；(6)多用户系统应这样设置 ：让经常同时运动的负载压力旧能的接近，否则多个负载以不同的压力工作时系统效率较低，也就是说，与泵控系统相比时需要的冷却器要大，对于负荷敏感系统存在同样问题，应引起重视。

4 结 语液压阀控系统经历了节流控制、负荷传感、LUDV控制几个阶段，现已被人们充分认识，并能根据不同系统，从性价比人手，匹配到不同的液压系统中。