负载敏感系统的建模分析

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负载敏感系统是-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 。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、低功率损失意味着节省燃料以及液压系统较低的发热量 ，因此在各种设备上广泛运用。尤其对于液压系统，负载敏感系统能够有效的避免节流和溢流损失，大大提高系统的效率。

1 结构原理通常情况下，负载敏感系统由负载敏感阀、伺服缸、变量泵、节流阀、负载敏感反馈油路和负载等组成 ，负载敏感系统的原理如图 1所示 。

1-负载敏感阀 服缸 ；3-变量泵；4-负载；5-节流阀；6-反镭路图1 负载敏感系统原理图负载敏感系统通过负载传感的信号反镭动力源，动力源调节相应的输出功率以避免能量损失。负载敏感系统的具体工作过程为：系统初始状态为稳定负载状态，负载所需要的压力为 P 。当负载减小收稿日期：2012-07-09作者简介：魏文澜(1988-)，男，西安人，长安大学硕士研究生，主要研究方向为工程机械机电液-体化8O 山东交通学院学报 2012年12月 第2O卷 (Q Ay立 -Q )， (4)式中 卢为液压油的弹性模量；Vy为伺服缸的当前油量； 为伺服缸位移；Q 。为负载敏感阀右侧的流量；Q 为负载敏感阀左侧的流量。

对式(4)进行线性化后的方程为△ (，XQ -A，Ax，-，XQ ). (5)负载敏感阀的增益 为- - - - - - Q CdA s(Xr)√吾(Px-Py)， r>10， (6)- Qr2 CdAs(Xr)√ ， 0， (7)式中 Q 为负载敏感阀右侧流量；Q 为负载敏感阀右侧流量；C 为流量系数；A 为阀芯右侧面积；4 为左侧面积；p为工作介质密度。

综合式(2)～(7)，有QxrAyxy i： 二1 印 叩 (Ks Kpr3P，o)Xy)· 8)对式(8)进行 Laplace变换，得出斜盘运动的传递函数为G2( )：-------- ------- ，旁( 。 s 。 5(toKAy))式中 ，(Kpr2-Kpr30 p0) KK p r3Ps0。

4)负载敏感泵的传递函数综合上文所述，负载敏感泵的传递函数为) 1/Kr- s 表( 瑚 ( Ay)( 乏)通常的负载敏感系统都是采用此结构的负载敏感泵，本文中提到的负载敏感泵的模型能够较好的反应负载敏感泵的工作情况。

2.2 马达负载的建模马达负载中的各种参数如图3所示，液压马达的模型由人口的流量连续性方程和马达轴向的动态力矩平衡方程组成D P (-D 咖Q -Q 1)， (9)r m. 1qb-(-B 咖D PL- If)， (10)Jm式中 Q CmlP ，其中 c 为马达的泄漏系数；Vm为马达人口流量；.， 为马达和负载的总转动惯量；B 为负载的阻尼系数；为负载的惯性矩。

对式(9)、(10)进行线性化，得△ (-Dm aQL-CPL)，△ (-日 。 )。

图 3 液压马达参数笙兰塑 塑 !垦茎墼壁墨 堡 坌堑 !- 般来说，负载的工况比较复杂，并不是文中提到的简单负载，文中给出的只是通过液压马达得出的负载与液压系统的关系，在实际仿真中，应根据具体的机器以及工作情况来建立负载模型。

2.3 负载敏感反镭路的建模负载敏感反镭路图如图4所示。

- 般来说，建立准确的负载敏感回路的数学模型很困难 ，通常用近似的参数模型对负载敏感回路建模。图4中的 Q 通炒作稳定状态下的 Q ，数学模型的表达式 为( )。

在-般情况下，A 对整个方程的影响很微小，可以忽略不计，简化后的数学模型为3 参数调节与影响因素QIs (PL-PLS)。

图4 负载敏感反镭路图负载敏感系统有2个基本参数，分别是系统的敏感度和响应速度。敏感度是系统对负载变化的灵敏程度，响应速度是负载变化时系统的调节速度。这2个参数决定了负载敏感系统的工作性能。

敏感度和响应速度的调节与下列几个参数有关：1)负载敏感阀的阀芯弹簧预设弹性系数 k 。k 决定负载敏感阀响应负载的敏感程度，k 越小，负载敏感阀对负载变化的响应越敏感，反之，则响应越迟钝。

2)泵-马达回路上节流阀的开度大校当负载变化时，节流阀的开度决定负载敏感系统的响应速度，开度越大，系统的响应速度越快，反之亦然。3)负载敏感反镭路中节流阀的开度。当负载变化时，反镭路上节流阀的开度也影响系统的响应速度，节流阀开度大则响应速度快，反之则慢。

在实际应用中，并不是系统的响应快、灵敏度高就对设备的工作状况起到良好作用，相反，过于频繁的调节输出功率可能会影响到机器的工作寿命 ，系统的敏感度和响应速度应针对具体的工作要求调至-个合适的范围。

4 结论负载敏感系统是-个较复杂的液压系统，文中将-些影响较小的因素忽略不计，简化了部分模型。

对于负载敏感系统的建模，各个部分的阻尼对整个系统的响应时间影响很大，改变负载敏感系统的灵敏度，可以通过改变负载敏感回路的节流阀来实现，同时负载敏感阀弹簧的预紧力也是-个重要的影响因素。

文中给出负载敏感系统的模型只是针对-般的负载敏感系统，对于其它不同类型的负载敏感系统，也可参考本文中负载敏感泵部分的建模过程。