行走机械LUDV控制及负载平衡补偿

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LUDV Control for Mobile Machine and Load Balance CompensatingLI Zhongfu .TANG W eitie .XIONG Wencai(1.Shanghai Neotec Fire Protection Equipment Co.，Ltd.，Shanghai 200434，China；2.I. P. Department，Sanyi Headquarters of Research Institute，Changsha Hunan 410100，China；3.Wuxi Leading Edge Hydraulic Systems Co.，Ltd.，Wuxi Jiangsu 2 14028，China)Abstract：The principle of system of 10ad pressure independent from flow distribution(LUDV，German abbr.)control and inno-vation technology of quick response valve with pressure compensating were introduced.The flow distribution at the state of flow ratesaturation was analyzed，and the power lost in oil return circuit with pressure compensating was calculated。

Keywords：Mobile machine；Hydraulic pressure；LUDV；Muhiway valve；Pressure compensating valve1 LUDV控制原理1.1 LUDV控制的概念行走机械通常是-个液压泵同时驱动多个执行元件。为了避免小负载的执行元件最先运动的问题，近代行走机械引用了 LUDV控制系统。

LUDV是德文：Lastdruck Unabhangige Durch fussVerteilung”的缩写。等于英文的：Load pressure in-dependent from flow distribution”，即与负载无关的流量分配。

1.2 LUDV控制的组成与原理系统的多支路负载压力是用多路阀上的压力补偿阀调节实现其平衡的。例如有两个 (或多个)液压油缸 (液压马达)，其负载分别为重负载力 F、轻负载力 F ，对应压力分别为P：和P。：F2>FIP2>P在图 1所示的 LUDV控制原理图中，梭形阀选择出P 与P 中的较高压力 (即P )，以p 表示，称之为负载敏感压力 (L0ad Sensing pressure)。阀3和阀4为压力补偿阀，将 P 引入阀 3和阀 4的左腔。压力P 与p：作为控制信号被引入其右腔。

图 1 LUDV控制的组成原理图阀 1、阀2为换向阀上可变节流 口，有流量阀功能。液压泵油液压力P。通过阀1、阀2后变为P：和P ，接着油液分别输入压力补偿阀阀3和阀4的沉割槽腔，通过沉割槽后的压力分别是负载压力p 与P 。

这里，阀3和阀4节流口S。、S 分别与负载 F 、负载 成正比；而与流过阀的压力降△p。、卸 成反比，以此实现 ：P △儿 p1P2卸4P2由于小负载P 配上大的压力降△p，，使：p1 p进而得到 ，节流阀 1和阀 2两端压力差 ：收稿日期：2012-02-15作者简介：李中复 (1945-)，男，教授，研究方向为液压系统仿真、工程机械液压传动与控制。E-mail：14508###126.tom。

第 4期 李中复 等 ：行走机械 LUDV控制及负载平衡补偿 ·103·△p △p △p (1)可见 ，此时两个油缸的流量只与阀 1和阀2的开口量有关。这个原 理与调 速 阀 (2-way flow controlvalve with presure compensator)极为相似，这里不赘述。问题是，虽然实现了与负载无关的流量分配，但所有同时驱动的执行元件，都在不同程度上增加了压力补偿阀的节流损失，使节流损失加上有用负载达到最大值。不难看出，其浪费的能量消耗在所有压力平衡阀节流损失上。其 中，最大负载执行元件 (例如油缸 2)的压力损失 卸 可以忽略。

通常，如果采用定量泵加溢流阀的方法 ，系统是可以工作的〖虑到排除溢流损失，用换向阀节流开口前后压力差△p来控制变量泵的排量，使其流量与几个执行元件所需相-致。图1的模型是将液压泵油液 (压力P。)和负载敏感压力p 直接引入变量泵的排量控制油缸即直动式控制，而工程上是通过把压力差引入负载敏感阀的两端实现的即先导式控制，如图2、图3所示。 。

图2 阀前补偿 图3 阀后补偿2 LUDV的流量饱时的支路流量分配阀1、阀2两端压力差在流量不超过泵的最大流量 qm范围内遵循公式 (2)：△p △p：却 (2)且 △p大体等于常数，通常多路阀出厂时，厂家给出此参数，大约2 MPa左右。如果人为控制提高执行元件总的流量，控制阀 1(或阀2)的开口量A(或A亿)加大 t，-引起 △p下降 -泵的摆角变大后排量变大 T-引起 卸 上升 T，使 △p回到常数值，反之亦然。但是，泵的摆角变大达到极限时其流量达到最大值 q ，如果阀 1(或阀2)的开 口量继续加大 ，泵输出压力无法再增大，把此种负载运动系统所需总流量超过泵 的最大流量的工况称为流量饱和 。

人们-直认为流量饱和后，各个支路的流量按换向阀 (阀1、阀2等)开口量比例分配，总流量是油泵最大流量↑年来的研究表明，流量饱和后，最大负载执行元件得不到补偿 ，因而按 比例分配无法实现。提出能够实现流量饱和后按比例分配流量的应该被称为 分流比负载敏感阀系统”3 J。

3 负载平衡补偿3.1 负载平衡补偿的分类(1)按照补偿阀相对节流阀安装位置分阀前补偿和阀后补偿阀前补偿 (见图2)是指压力补偿阀 (图2中的阀3)设置在换向节流阀 (图2的阀1)上游。阀后补偿如图3所示，是指压力补偿阀 (图3中的阀3)设置在换向节流阀 (图 3的阀 1)下游。阀前补偿、阀后补偿的压力补偿阀都是安装在压力油管路上 。

图4所示的回油补偿是在负载敏感压力P。 与执行元件进口油压力P的压力差控制下，调节压力补偿阀3的开口量。补偿阀3位于回油管路上，为回油加背压，故称为回油补偿。按照执行元件载荷的大小，压力补偿阀反比例加载，以此达到各个执行元件进口压力平衡的目的。

图4 回油补偿图5 进油补偿3.2 压力补偿形式评价3.2.1 回油压力补偿的压力补偿值 (压力损失)设两个油缸负载为F 和 ，F。>F2。回油补偿与进油补偿如图4、图5所示。忽略重载油缸在阀3b(3B)上的功率损失，压力补偿的最终目标是使各个换向节流阀出口压力p 都相等，因此须要补偿流体流经补偿阀3a(3A)的压力。流过补偿阀3a和阀3A损失分别为 △P3 和 △p 可以得出：△p3 ·A2F1P Al (3)F. 。

△p3AP (4)· lO4· 机床与液压 第 41卷即：却3 A1△p3A A2 (5)由于 A >A ，故 回油管路补偿的压力损失 比进油补偿压力损失大 。

3.2.2 回油压力补偿的功率补偿 (损失)流经回油补偿 阀 3a与进油补偿 阀 3A的功率(即损失值)分别为△ 。和△ ，得：△p3。·A2Aw3 (6)邸 ·A A (7)得 ： . A2： (8) 。△p3A Al △ A将式 (5)代入式 (8)后，得出：△△ 即，两者功率损失相同。

另-方面，回油补偿 的热油可以直接注入油箱 ，对改善工作油的散热有利。此外，与节流调速回路-样，压力补偿阀为回路加上了背压，增加了运动的平稳性，承受负负载等优点 。

3.3 负载平衡补偿动态特性 J负载平衡阀通过补偿欠缺的压力，使得各个支路都承受最大负载。流体流过压力补偿阀的能量损失掉。从静态特性上看压力补偿阀可以实现其功能。但是某个负载支路的压力变化瞬间，以往压力补偿阀响应速度不够理想，例如某支路压力骤然下降，则补偿阀来不及下滑以堵歇口，系统压力瞬间下降，影响重载支路工作。

图6 多路阀中换向阀剖面图6所示的多路阀剖中，上述阀 1为阀体与主阀芯之间通流面积可变的三角槽，P 通过阀1后降为P ，压差为 △p；阀3为p。越过压力补偿阀阀芯降为负载压力的可变节流口。压力补偿阀阀芯顶部作用着负载敏感压力P 。由于各个联的p都相等但负载p.不等，所以各个压力补偿阀阀芯的位置高低不同：最大负载者最高，最小负载者最低。当负载变化瞬间，要达到补偿阀主阀芯应有的静态位置，需要Ⅱ向应时间。如果瞬态响应慢，则出现瞬态负载不平衡现象出现：重载者暂时不动。针对这个特性，博世力士乐 2009推出压力补偿阀 (专利 US7627174) J，如图7所示。

2-阀体56～压力补偿活塞 (母件)s8-公件60～壳体台肩62～螺丝堵66- 中心盲孔70-径 向孔82-压力油84-横 向孔86-o形圈9O-负载检测阻尼孔p.～负载压力P-换向阀后压力pLi-负载敏感压力图7 快速响应压力补偿阀剖面液压泵压力 P。(图 7中未显示 )经过换向阀可变节流口 (上述阀1)后的压力P ，流过压力补偿阀节流口 (上述阀3)后成为P 元件58为公件、56为压力补偿活塞 (母件 )，公件 58固定不动：其上部顶着螺丝堵62，下部紧抵壳体台肩60，压力补偿活塞56上下滑动，控制负载P .的开口量以此调节换向阀后压力 p不变。P压力油通过负载检测阻尼孔9O、中心盲孔 66、径向孔 70进入公件 58与压力补偿活塞56组成的上环槽压力达到P 这项专利的核心创新点是：O形圈86不起密封作用而是作为单向阀使用，盲孑L 66内的压力油穿过横向孔84后可以顶开O形圈 86进入公件 58与母件 56所组成的下环槽；反之，O形圈阻止下环槽的油压倒灌至中心盲孔。不难看出，当本联负载压力P.下降时，母件56可以迅速下滑从而保持P 压力。

4 结论LUDV控制是-种通过负载补偿解决多支路负载不平衡问题的控制方式 ，是行之有效的方法。压力补偿部分就是能量损失部分 ，负载平衡以压力损失为代价。回油补偿与进油补偿的能量损失相同，回油补偿有与回油节流调速相似的优点，例如热油直接回油箱、运动平稳等。流量饱和时各支路所需流量分配有按比例分配和无法实现按比例分配两种说法。压力补偿阀的动态特性正在引起人们关注。