负荷传感控制液压系统

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 负荷传感控制液压 系统 武汉水利电力大学 董光源 之 常 己尹奋 竺 公 乙 矛 竺 石 进 石 竺 石 竺 矿 竺 石 、 之而 ‘ 进 公 之 矛 遭 声 砂 进 矛 竺 石 、 竺夕 竺 于 竺矛 之 矿 、今 矛 之 矛 遭 石 竺 兮 己 矛 , 乍 巴 矿 、竺 ‘ 进 、 去分 愁 一 巴 公 巴 户 、少 矿 遭 石 通 石 竺 ‘ , ‘ 、乙司 加习沁,心摘要 本文通过负荷传感控制特点 , 以 日本小松 、 挖掘机液压系统为典型 , 全 面分析其负荷传感 液压控制原理 , 并简要介绍 系列 发展概况 。 犷霉守扣自 二 巴兮 乙 公 竺 面 才 尹 矛 巴厂矿 己亏 少‘ 生兮 乡了 色乍 、巴分 进 石 竺 ‘ 、 己 奋 巴常 竺 矛 己几 、 遭 诊 恋 产矿 之厂矿 进 矿 二 犷 于 奋 遭 石 竺 矿 竺 石 乙兮 占 丫 遭 石 遭 动 、乡 矛 竺 石 之 ‘ 竺 石 竺 矛 卜飞 叙词 液压系统 负荷 传感控制 负荷传感控制及其特点 自 年代以来 , 液压新技术在工程机械 须域的应用取得长足的进步 。 它使液压系统在 充分满足机器功能的前提下 , 有着更佳的经济 性 、 可靠性和舒适性 。 其中 , 带负荷传感控制 简称为 的新型液压系统 , 在 许多最 新开发的机器 的出现和进一步发展 , 尤其引 人注 口 。 带负荷传感控制的液压系统 , 其动力元件 电常是变量泵 。 所谓负荷传感控制 , 即通过某 种形式的传感器检测 出的负荷变化信号 , 能对 仁泵的流量 自动作相应的机一液调节 或称流 墩补偿 , 使主换 向阀 负荷传感阀 节流点 上的压差保持为常量 。 即泵的压力总是等于负 荷压力 一 与节流压差之和 , 从而使得主泵的流量 始终 与换向阀上所调节的需要流量 即阀开 口 量 相一致 。 它的主要优点具体表现在 当执行元件不工作 换向阀操作在中 位 或液压缸运动至终点而换向阀仍在工作位 置时 , 能 自动使变量泵处于 “零排量调 节 ” , 仅 保持最低的输出流量 以维持微小泄漏量 和 工作压力 以维持最小工作压差 , 即所谓 “ 待 命工作流量和工作压力 ” , 使得这时系统的环 流损失和操纵力减至最小 。 当执行元件工作而换向阀需操纵作节 流微调时 , 由于主泵输出流量与负载需要流量 由阀开 口 量控制 始终处 于 最佳匹配 。 因 此 , 系统在运动中几乎无溢流损失 , 则系统效 率得到显著提高 。 由于执行元件的工作速度仅与换向阀 的开 「量成正 比例控制 , 而 与负荷变化无关 即使几个执行元件同时 由一个泵供油时也如 此 。 因此 , 提高了调节控制精度 , 增大 系 统 作刚度 。 由于负荷传感控制 液压系统主 要 在 于节能 。 因此 , 又常称为节能型液压系统 。 据有关资料统计 , 与普通液压系统相 比 , 采用 负荷传感控制 ‘ 液压系统 , 不仅能有效 地控制系统发热 , 而且还能使燃料 节约 一 。 、 挖掘机负荷传感控制 液压系统原理分析 该系统为双泵变量总功率调节 , 中位开式 负荷传感控制液压系统 原理图如图 。 系 统调定最大工作压力为 。 为达到轻便地操作 , 该系统分别采用手动 减压 阀先导阀 即 阀 、 、 对相应 液动主换向阀 进行按 比例控制 , 即先导阀手 柄操作量与主换向阀开 口量大小相一致 。 控制 压力 由增压泵 通过蓄能器 提 供 。 增压泵除了直接向操作系统提供控制油 外 , 它还 向主泵 的调节控制器提供控制油 源 。 执行元件的主换 向阀呈并接的两个阀组 , 左主泵 向回转 、 斗杆和右行走工作油路 — 一 五程机械 , © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 一 才才才才才才才 ‘‘ 一 抽抽抽抽抽抽抽抽抽抽抽司⋯⋯⋯⋯⋯卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿卿汗二 苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦苦 缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄缄 二云 西西西西西西西西西西西西西西西西西一一 一 一一一一一一一一一一一一一一 护 一 七 , , , 护 一门 一铂旧拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓 二一刁 协 ‘‘ © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 主泵进行容积控制 即总功率调节 。 它接受 来 自 、 和 。 信号 , 依靠这三个信号 压力之和与其弹簧力的平衡关系来控制 。 如系 统在轻载下工作时 , 由于 , 和 均较 低 , 故 阀不能动作 见图 位置 , 则 来 自增压泵的控制压力 即为 阀的输 出压力 户。 。 因这时的 。 较大 也即 较 大 , 听以 主泵的排量 也较大 。 反之 , 当系 统在重载 「工作时 , 由于 , 和 增大 , 在克服弹簧力后使 阀换成节流位置 负 载越大 , 节流作用越大 , 这使得 阀的 输出压力 。 下降 , 导致主泵排量 也随之降 低 。 总功率调节特性为一双 曲线 , 如图 所 示 。 通过 阀的调节 , 能使主泵的输人转 矩经常处于恒定状态 , 即 人 二 妇 常量 也称恒力矩控制 。 这时发动机的输人 转矩与液压主泵的输人转矩 , 进人最佳配合状 态 。 发动机的最大有效功率利用也处于最佳状 太 而产生动作 。 由于在 阀中的节流作用 , 使得其输出的控制压力 产生变化而控制 主泵的排量 , 达到主换向阀在中位操作及微调 操作中 , 以减少环流损失和溢流损失的作用 , 同时还能使微调精度得到显著提高 。 、 、 图 控制 重载 令 , 载 认、︷ 匕一 图 总功率调节特性 切断阀 用来对主泵进行 单泵调节 。 当 主泵 出 口 负载压力达到接近溢流调定压力时 , 该阀即换位产生节流作用 , 并随着负载压力刀 高而节流作用加大 , 使 阀输出压力 。 减 小 , 二 亦减小 , 于是主泵输出流量 也相 应减小 。 这种控制的结果 , 是使溢流功率损失 减小 , 如图 所示的 部分 。 这种情况一 般发生在液压缸到达终点 , 而又未及时地将主 换向阀切换成中位时进行的控制 。 闭合 阀 是根据主换 向阀的开 口 量 , 通 过喷嘴传感器检测 出的压差信号 一八 , 喷嘴传感器由节流喷嘴和溢流阀组成 。 溢 流阀的调定压力为 。 现将通过喷嘴传 感器的 控制工作原理 如 图 所示 说 明如 一 下 一泵中位控制 当主换向阀 操作在中位时 , 主泵的流量 是由主换向阀的中位开式机能通向喷嘴传感器 。 这时由节流喷嘴 喷射形成较大的 , 压力 作用于 阀阀芯 的 端 。 由于溢流阀 儿乎不溢流 , 故溢流阀出 口 八 , 压力很小 通 向油箱 , 接近于零 , 使压差 , 户 最 大 。 在 , 压力小 于弹簧 压 力 与阀芯 下端 儿 压力之和时 , 阀芯 被推 下, 则 、 腔开 「 逐渐关闭 产生 节流 , 、 腔 开 通 油 箱 逐 渐 开 大 。 这 样 , 阀的输 出压 力 为最小 。 随着 的值减至最小 , 则主 泵的排量亦最小 。 这时由于不是全流量而是最 小的流量在作环流 , 故中位时的环流损失也最 、。 一日泵微动控制 当主换向阀 操作在工作位置时 , 若主换 向阀通向执行元件的开 口量越大 说明需要加 大执行元件的工作速度 , 则由主换向阀通向 喷嘴传感器 的开 口量就越小 通过喷嘴传感 器的流量也越小 。 这时由于有负载作用 , 喷 嘴传感器的溢流阀 是打开溢流的 , 故溢流阀 一 一一 一 程机械 , 门 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 出 口压力 、 比不溢流时大 。 而节流喷嘴 喷 射形 成 的 压 力 。 也 较小 , 所 以 压 差 信号 仇一 也越小 。 这样 , 阀阀芯 被推向 往上移动 , 使 、 腔开 口逐渐加大 节流作 用越小 , 使 阀输出压力 越大 通 过伺服阀使主泵斜盘倾角越大 , 则主泵排量 亦越大 。 这不仅减少 了主溢流阀的溢流损 失 , 且主泵排量增大只随操纵杆的行程 主换 向阀的开 口量 成比例地增大 , 而与负载大小 的变化无关 , 这样使系统工作刚度大为改善 。 以下进一步简要介绍图 液动控制阀组中 的回转优先 顺序 阀 、 斗杆 竹流阀 生和 直线行走阀 等的功能和控制原理 。 联 , 以保持同步 直线行走 。 该系统的斗杆与动臂动作 , 还可 以控制 和 实现合流而获得两种工作速度 。 系列负荷传感控制液压系统发展 概况 一一一 近几年来 , 随着液压技术和微电子技术的 进一步发展 , 日本小松 系列 液压系 统经历着由低级到高级的发展阶段 。 早期 液压系统均为 电气式 液压系统 , 用液压泵动力控制代替传统的液压 阀控制 , 以达到节能的 目的 它能根据作业内 容选择 一种合适的动力方式 , 并 自动设立 一 与这 种动力方式最适合的动力和发动机参数 转速 等 。 现在一般都在电气式 基础上增装 了由微型计算机组成的控制箱 , 直接控制液压 操 纵 阀 液压泵 髯 图 控制原理图 通油箱 伺服缸 伺服阀 主换向 阀 喷嘴传感器 溢流阀 油箱 节流喷 嘴 , 活塞 阀芯 弹簧 通向伺服阀 、 来自 、 阀 呕呕又啊厄厄 控控制箱箱 若若微机 电川器 图 一 型挖掘机 液压控制系统 回转优先 顺序 阀是在同时操作回转与 斗杆时 , 该阀则 自动换向右位对斗杆油路产生 节流作用 , 以免大量油液流向斗杆 , 使回转速 度得到保证 。 斗杆节流阀走在斗杆 、 动臂或铲 斗同时操作时 , 对斗杆油路产生节流作用 , 以 保证同时操作的同步性 。 直接行走阀是为了防 止在行走中 , 因同时操作了回转 、 动臂 、 斗杆 和铲斗时 , 通过行走梭阀 来的控制油使其 自动换成左位 , 则这时左右行走工作油路相并 泵 的输 出 , 则称 电子式 液压系统 如 一 型挖掘机 。 这是 一种液压挖掘机 上 机电液一体化 , 具有代表性的新型节能系统 , 如图 如示 。 它能有效地利用发动机的功率和 降低液压系统的损失 。 这种系统是用发动机的 转速传感器和高压喷油泵调速器杆角度检测传 感器 , 检测随主液压泵负载发生的发动机转速 变化 , 装有微机的控制箱接受该信号并加以计 算 。 然后将结果作为信号又输向 阀 , 通 过 阀使发动机的输出转矩与主液压泵接 受的转矩 , 经常处于最佳配合状态 。 另外 , 还 二程机械 , 一 一 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 由 、 阀分别控制主泵排量以减少液压 厂作业方式选择洲论 ‘ 三种方式最 匹配机能 流量控制 , 机能 关闭 机能 解除关自江断 开 、机能 泵分离 扫能 仅限 几 泵 卜 ’系味 一一控制系统统 月月 泵控制系统统 月月提高挖掘 , ,系统统 日日自如戈速速 系统统 自动 暖机 , 防过热 系统 一 自动暖机机能 防 飞过热机能 回转控制系统 巨踌专锁定机能 回车专停车 , 制动机能 运行和更节能的目的 。 在此基础上 , 近年 日本 小松又新开发出一种能对液压泵和发动机 转 速 , 具有复合控制功能的动力控制系统 , 称 为智能型 系统 或 · 系统 。 它 由曾装在 一 型 挖掘机上 的电子式 液压系统发展而成 , 它可根据作业内容 周密设定动力和发动机转速 。 该系统是具有 种机能的机电液一体化系统 , 由 个辅助系统 构成 发动机控制系统 、 泵控制系统和监控系 统 , 系统的机能应靠这些辅助系统的协调动 作来实现 , 其系统的复合控制框图 , 如图 所 不 。 行走控制系统 行走时泵的控制机能 手动 ·自动换档机能 参考文献 自身诊断机能 图 系统的机能 损失 。 这种系统能根据作业内容 由操纵台发 出指令 , 有重挖掘 、 挖掘 、 平整和微动等作业 项 目 自动选择 、 、 三种动力方式 。 为 利用发动机功率 , 、 为区间动力 方式 如 和 利用发动机功率 。 但 电子式 液压系统仍属于液压泵动力控 制范畴 。 为使动力控制进一步优化 , 以达到更安全 董光源等合编 液压传动和液力传动 北京 水 利电力出版社 , , 牟洪海译 液压挖掘机用监测器 国外工程机 械 , 陈典正译 工程机械用液压泵的技术发展动向 国外工程机械 , 郑秋霖译 一 型挖掘机液压泵变量系统的 检测 与调整 国外工程机械 , 董光源译 论工程机械液压系统节能 水利电力 科技 , ‘女稿 日期 刁 一 之厂公 之 佗 ‘ 己布 , 之少 、 之、 又 老 佗 、 夕 之夕宁 之尸畜 、 老 名佗 、 之才矛 之产 石 、 、乡 、 之 佗 之 石、 之尸 、 、少石、 之夕公 老尸布、 之 矛 乡公 之产公 之命 巴夕 之布 、 遭 万、 之夕矿 竺 石、 杏百 之产兮 之 矿 竺石 之 气 己 产令 、少矿 杏 、 乙公 灼 产沙弓扣句伽,伽刃臼、叼自目自叼储引份入勺自自伪呻份 、 呼介、叫议消息 中国液气密工业协会液力传动分会变矩器专业委员会一届三次会议 于 夕夕 年 月 刃 日一刁 月 日在天津召开 。 出席会议的有全国液力变矩器专业生 产企业 、 工程机械生产企业 、 高等院校 、 科研院所等数十个单位参加 。 会议开始 , 天津工程机械研究所所长李鹤鹏同志到会发表了热情的讲话 。 会上传达 了机械部基础装备司张志英司长在无锡召开的 “ 液气密行业振兴工作座谈会 ”上的讲话 。 会议期间作了液力元件手册内容的宣贯 进行了液力元件用密封件技术讲座 传达 了液力分会一届 四次理事会通过的关于产品质量工作和标准工作的文件 。 会上初步提出 了九五年应制仃 、 修仃的技术标准目录 。 与会代表在会上交流了改革开放以来企业的重 大发展和生产 、 管理方面的经验 。 拟定 了一九九五年变矩器专业委员会许浚动 内供稿 扩穷穷霉称穷劣穷霉霉匀忿霉穷匀劣 、 、 君 — — 工程机械 , © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net ’ ’ 沙 加 , 〔 协 一 一 , 一 一 皿 一 讹 吨 月 , 似 几 , , 说 , 玲 成 村 诊 昭 , , , , ‘ 中 一 卜 玩 宙 一 , 朽 一 — 工程机械 ,