[分享]負載敏感

一、負載敏感和壓力補償概念
（一）負載敏感(Load Sensing)和壓力補償(Pressure
Compensation)是60年代提出的液壓傳動和控制的新概念。
以往液壓系統在使用操縱過程中，存在著以下需解決的問題：
1.          節能要求，適應負載變化提供負載所需要的液壓功率（流量和壓力），盡量減少流量和壓力損失，將節流調速改變為以容積調速為主，特別按負載需要提供負載所需的流量。
2.          操縱閥調速控制時，調速受負載壓力變化和油泵流量變化的影響，難以操縱控制。
3.          單泵供多執行器：當多執行器同時動作時，要求相互不干涉，能夠操縱各執行器按所需流量供油。合理地分配流量，實現理想復合動作。
4.          液壓泵和原動機的匹配問題，能充分利用原動機的功率，保持在發動機最大功率點工作，同時能防止發動機熄火，為了減少能耗節能，要求液壓泵和發動機在聯合工作最經濟點上工作。
為了解決以上問題，60年代提出液壓傳動控制新概念—負載敏感和壓力補償。
目前液壓傳動仍存在問題有待解決。例如液壓傳動遵循帕斯卡原理，一個泵供多個執行器時，系統壓力由克服各負載中所需最大壓力來確定，因此供給負載較低的執行器時必然存在壓力損失。目前人們正在研究采用電路中變壓器這類東西，來解決這個問題。

（二）負載敏感和壓力補償的定義：負載敏感是一個系統概念，因此應稱為負載敏感系統，可把它看作是一個意義廣泛的名詞。（即廣義的負載敏感和壓力補償）。
負載敏感通過感應檢測出負載壓力，流量和功率變化信號，向液壓系統進行反饋，實現節能控制、流量和調速控制、恒力矩控制、力矩限制、恒功率控制、功率限制、轉速限制、同時動作和與原動機動力匹配等控制的總稱。負載敏感系統所采用的控制方式包括液壓控制和電子控制。
從負載敏感系統的液壓元件來看可分：
負載敏感閥：將壓力、流量和功率變化信號，向閥進行反饋，實現控制功能的閥。
負載敏感泵：將壓力、流量和功率變化信號，向泵進行反饋，實現控制功能的泵和馬達。
負載敏感系統可降低液壓系統能耗，提高機械生產率，改善系統可控性，降低系統油溫，延長液壓系統壽命。
壓力補償：
將壓差設定為規定值進行的自動控制都叫壓力補償。
壓力補償流量控制：不受負荷壓力變化和液壓泵流量變化的影響，由設定節流壓差值
對流量進行自動控制，稱為壓力補償流量控制。
在節流調速中，根據流量基本計算式，，壓差保持不變（常數），只要調節閥口面積（反映在k上）就能控制通過閥的流量，通過改變閥的開度，不受負載和液壓泵流量影響，改變和控制流量，利用流量控制閥的原理來進行調速，提出了壓力補償概念。在節流口上，并聯或串聯一個壓力補償器。
（三）開中心直通型油路系統存在的問題。
前面已經談到挖掘機開心式油路都采用六通多路閥，有二條供油路，直通供油路可組成優先油路，中位時直通回油箱進行卸載。并聯供油路，組成并聯油路，把二種油路采用各種方式組成起來，就構成了復雜多變的挖掘機油路。
操縱閥的結構簡圖和符號圖如圖1所示。
操縱閥在中位時泵壓力油P通過直通油道，通過各閥，最后回油箱T，執行器動作時P→D的閥口逐漸關小，P→A和B→T的閥口逐漸開大，其開口面積變化（方向閥的開口特性）如圖2所示。
其調速是采用旁路節流和進油節流的組合，其調速作用是通過閥桿節流，控制去油缸和回油箱的開口量來實現的。
由于是靠回油節流建立的壓力來克服負載壓力，因此調速特性受負載壓力和油泵流量的影響，如圖  所示，圖中①表示低負載，②表示高負載。當滑閥行程一定，負荷壓力增大，去油缸的流量減小。
隨著負載壓力增加和液壓泵流量的減少，閥桿調速的死區（空行程）增大，而閥桿有效調速范圍的行程減小，調速特性曲線（流量隨行程變化）變陡，閥桿行程稍有變化，流量變化大，使調速操作性能差。這是開式油路的一大缺點。
挖掘機工作過程負載壓力是不穩定變化著的，液壓泵的流量也在不斷變化，因此使其調速操作性能很不穩定，操縱困難。
這類油路主閥設計時，其開口特性需要精心設計，另外閥桿上的液動力和在主閥上的防吸空閥的吸入特性對操縱性能也有影響，需要考慮。
開式油路操縱性能另一缺點是：當一泵供多個執行器同時動作時，因液壓油是向負載輕的執行器流，需要對負載輕的執行器控制閥桿進行節流，特別是像挖掘機這類機械，各執行器的負荷時刻在變化，但又要合理地分配流量，能相互配合實現所要求復合動作，是很難控制，操縱性差。
另外開中心直通型油路由于很難控制去各執行器的流量，要適應挖掘機各種作業工況的流量分配要求，不得不在多路閥中加上各種控制閥，使得挖掘機多路閥不能采用通用多路閥，而必須采用專用多路閥，其結構很復雜。
總之，這類油路可控性差，司機要精確控制挖掘機工作裝置是很困難的，全靠司機感覺、經驗和臨場發揮。因此司機操作要求注意力高度集中，其精神負擔和心理負擔是很重的。

二、通常的負載敏感閥系統：該系統采用四通閥，并聯供油
（一）      閥組入口壓力補償流量控制閥
閥組入口壓力補償系統如圖3（a）所示。
該負載敏感系統由定量泵、閥組入口溢流閥型壓力補償器、操縱閥桿可變節流器和梭閥網絡組成。在四通多路閥組入口處設旁通型壓力補償流量控制閥（又稱溢流閥型壓力補償器或三通壓力補償器），其工作原理和調速閥相同，在定差溢流閥后，設節流閥組成調速閥。操縱閥桿可控的開口面積變化起可變節流閥作用（如圖3b所示）。
進入操縱閥的壓力和經操縱閥桿節流去執行器的壓力分別引到定差溢流閥閥心的左右兩端。當操縱閥多閥桿同時動作時，通過梭閥網絡檢出執行器中負荷壓力最高的壓力，作用到定差溢流閥的右端。
通過操縱閥的流量
式中：c：流量系數，a：節流開度（與閥行程有關），g：重力加速度，
γ：油的比重，Δp：補償閥壓差
其中c，g，γ可認為是常數，則，由于補償閥壓差一定，則通過操縱閥的流量由閥桿行程所決定，與負荷無關（見圖3c和d）。
該系統的特點是：
1.        在操縱閥桿都處于中位時，溢流閥背面油壓回油箱，起卸載閥作用，中位卸載壓力為3.5bar左右。由于中位通過卸載閥卸油，操縱閥桿是封閉的，油液不通過閥桿，因此俗稱閉式（閉中心）油路。
2.        有一個操縱閥桿動作時，油泵通過該閥組的流量，由該閥桿的行程所確定，和其負載和油泵流量無關，如圖3（c）和（d）所示。泵的出口壓力比負載壓力約高10bar左右，（用于克服補償器液阻和操縱閥液阻）。
3.        多個操縱閥桿同時動作時，只是負載壓力最高的得到補償，該執行器流量由此閥桿行程確定。而其他閥桿操縱時的流量分配是不確定的。
4.        溢流旁通型壓力補償閥可作為優先供油閥，即將旁通回油箱改為旁通供給下游閥。該閥首先保證它控制的閥的供油需要，剩下的才供給其下游閥。

（二）   各閥桿單獨壓力補償流量控制閥
        僅在閥組入口設旁通型壓力補償流量控制閥，在多閥桿同時動作時，只是負荷壓力最高的得到補償，而其他閥桿流量是不確定的，為了解決此問題，在操縱閥各閥桿前增設減壓閥型壓力補償流量控制閥（或稱直通型或二通型壓力補償器），如圖4（a）所示，減壓閥型壓力補償流量控制閥如圖4（b）所示。
        該閥與調速閥工作原理相同，它是在定差減壓閥后設節流閥組成調速閥，操縱閥桿可控開口面積變化起可變節流閥的作用。操縱閥閥桿入口壓力和操縱閥桿節流控制去執行器的壓力分別引到定差減壓閥閥芯的左右兩端。
        其通過流量，當減壓閥彈簧力設定后，Δp可認為不變，因此通過閥桿的流量只和k（閥桿行程）有關，基本不受負載壓力變化的影響，多閥桿同時動作時彼此沒有影響，提高了各閥桿的調速控制性能。減壓閥型壓力補償流量控制閥設計壓降一般為7bar左右，但是這種負載敏感系統存在一個缺點，當液壓泵流量足夠時，通過操縱閥閥口的壓差都能達到補償壓力，這時各閥入口壓力補償閥都能起調節作用。當多個執行器同時動作時，其操縱閥都在大開度下工作。各執行器總流量需求往往會超過泵的供油流量，即所謂的流量出現飽和時。
這時由于并聯供油，油首先供給低壓執行器，滿足低壓執行器的需要，流經低壓操縱閥的壓力降能達到補償壓力，其壓力補償閥能起控制流量作用。即泵流量不足時首先保證供給低壓執行器，多余下來的油才供給高壓執行器，此時流向高壓執行器操縱閥的流量不足，達不到壓力補償閥起作用的壓力。高壓執行器動作速度降低，甚至不動，見圖5（由于泵的油都供給負荷低的執行器，其輸出壓力可能低于最高負荷壓力）。
此時進入達到補償壓差的低壓執行器，可由其操縱閥行程來控制其速度，達不到補償壓差的高壓執行器，不能用操縱閥來控制其運動。
低壓執行器和高壓執行器的操縱閥桿行程和其速度關系如圖5所示。
此現象在挖掘機上很嚴重，首先挖掘機要求高生產率和高速傳動，要求能向一個執行元件供給泵的全部流量，其次挖掘機經常需要幾個執行器同時動作，而且挖掘機負荷大，其壓力感應恒功率控制和發動機轉速下降等因素，都使泵輸出流量降低，因此經常出現泵流量飽和現象，必須解決此問題。
（三） 變量泵負載敏感壓力補償系統
以上所述的是定量泵負載敏感壓力補償系統，執行元件調速采用節流調速，能量損失大，為了減少能量損失，應把節流調速改為容積調速，為此采用變量泵負載敏感壓力補償系統，如圖6所示。
該系統采用了負載敏感泵，其變量機構由伺服油缸和油泵調節閥（負載敏感）組成。
油泵調節閥左端受油泵壓力作用，右端受最大負載壓力和彈簧力作用。
當左端油泵壓力作用力小于右端最大負載壓力和彈簧力作用時，閥在右位，伺服缸回油，在其彈簧力作用下，油泵處于最大排量位置。當左端油泵壓力作用力大于右端最大負載壓力和彈簧力作用時，閥在左位，油泵壓力油進入伺服缸，壓縮彈簧使油泵的流量減少。
該系統當操縱閥都在中位時，所有負載壓力線都回油，油泵壓力只需克服油泵調節閥彈簧力，就能使油泵調節閥處于左位，油泵油進入伺服缸，由于操縱閥中位封閉，油泵通向伺服缸作用油壓達到足夠高，使油泵排量變得最小，實現中位卸載。
當油泵壓力作用力大于最大負載壓力作用力和卸載閥彈簧力時，卸載閥打開，油泵回油，由于卸載閥彈簧作用力設計成大于油泵調節閥彈簧作用力，因此油泵調節閥處于左位，油泵壓力油進入伺服缸，使油泵排量變得很小，實現高壓卸載。
當操縱某一操縱閥閥桿時，由于操縱閥桿節流，壓力補償閥節流和沿途阻力損失，使油泵壓力P大于負載壓力P_L。當P作用力大于P_L作用力加彈簧力時，使閥處于右位，壓力油進入伺服缸，克服彈簧力，使油泵排量減小。由于油泵排量減小，使得操縱閥和壓力補償閥的節流壓降和沿途壓降都減小，則壓差P-P_L減小，使油泵調節閥向右移動，取得新的平衡，即操縱閥開度減小時，油泵排量也隨之減少，實現容積調速，按需供油。
當多閥桿同時動作時，油泵響應最大負載操縱閥進行變量供油。
三、分流比（抗流量飽和）負載敏感閥系統
當多個執行器同時動作，其流量需要超過泵的供油流量時，會出現負荷較大的執行元件速度變慢，甚至停止。使得幾個機構不能同時動作，影響挖掘機正常工作。
當出現流量飽和時，不能滿足各執行元件流量的需要，較合理的方法是各執行元件都相應地減少供油量，對應各閥桿操縱行程，按比例分配流量。我們稱這種系統為分流比負荷敏感閥系統。
通常的負荷敏感閥系統的特點是各操縱閥由獨立的壓力補償器來設定閥桿的進口壓力和出口壓力之差是一定的。各閥桿的補償壓力可以設定為不相同，閥桿進出口壓差是由彈簧力所決定。其主要問題是要起補償作用必須油流經操縱閥產生的壓降達到補償壓力。在并聯油路中油優先流向低負荷執行器，在流量不足時，高負荷執行器得不到足夠流量，不起補償作用。為了解決此問題，將壓力補償器進行改進，讓它起負荷均衡器作用，低負荷的執行器通過壓力補償器的節流，使它與高負荷執行器的負荷壓力相同，這樣各路負荷相等，就避免了油優先流向低負荷執行器問題。
分流比負荷敏感閥系統的特點是設計使得所有閥桿進出口的壓差都是相等的，與各執行器的負荷狀況無關。因為所有閥桿的進出口壓差相等，所以各執行器同時動作時，通過各閥桿的流量只和該閥桿的行程（節流程度）有關。當流量飽和時，按各閥的行程等比例地減少去各路的流量。如圖7所示。
分流比負載敏感系統有以下三種形式：
（一）      閥前壓力補償分流比負荷敏感系統
圖6所示為林德公司分流比負載敏感系統，其特點是：
在每個操縱閥前設置壓力補償閥，此壓力補償閥閥心左端受油泵壓力P_P和其負載壓力P_L作用，右端受操縱閥前壓力P_m和由梭形閥引入的最高負載壓力P_L1（設P_L1>P_L2，P_L1＝P_Lmax）作用，對壓力補償閥1取力平衡得：（設閥芯左右面積相等）
 
得
油流通過壓力補償閥無壓差。
操縱閥1 進出口的壓差

對壓力補償閥2 取力平衡得


油流通過壓力補償閥2的壓差為
，正好補償了兩執行器壓力負荷的差值。
操縱閥2 進出口的壓差

即所有閥桿的進出口壓差相等，為油泵口壓力和最高負載壓力之差。
通過兩操縱桿的流量分別為


各閥相同，去各執行元件的流量僅取決于各閥桿的行程（，）
當多執行器同時動作時，按各閥桿行程成比例地分配去各路的油量。
（二）      閥后壓力補償分流量比負載敏感系統
在每個操縱閥后設壓力補償閥，如圖8所示。
壓力補償閥閥心一端受操縱閥進出口壓力作用，其另一端受彈簧力和通過梭閥引入最高負載壓力（設P_L1>P_L2）作用，
對壓力補償閥1取力平衡
   
對壓力補償閥2取力平衡
   

圖8            閥后壓力補償分流比 負載敏感系統

如設計中，取兩壓力補償閥相等，則
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image061.gif[/img]
式中：
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image063.gif[/img]、[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image065.gif[/img]-—分別為操縱閥1和2的出口油壓
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image067.gif[/img]—最高負載壓力
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image069.gif[/img]—彈簧力
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image071.gif[/img]—壓力補償閥閥心壓力作用面積
各操縱閥的入口為泵的壓力[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image073.gif[/img]，出口壓力分別為[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image063.gif[/img]和[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image065.gif[/img]，兩者相等，因此各操縱閥的進出口的壓差都相等。
若各執行元件負載壓力不等，而泵的供油壓力是一定的，操縱閥的進出口壓差也是相等的，顯然各壓力補償閥起了補償作用，其節流程度不同，產生不同的壓差，達到均衡負荷的目的。

1.        Husco閥后補償分流比負載敏感閥
該閥用于小挖掘機上，閥的具體結構如圖9所示。其符號原理圖如圖10（a）所示。
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image075.jpg[/img]
①泵進油口  ②壓力補償閥  ③可變節流孔  ④進油腔  ⑤壓力補償閥進油口  ⑥回油口
        由于操縱閥起方向閥作用，通向執行器來去有兩條油路，如壓力補償閥設在方向閥后就需兩個，這樣將使該閥的結構復雜化。為了解決此問題，Husco操縱閥增加了一條可變節流進油道，該油道兩個方向都起作用，在其后設壓力補償閥，組成了分流比負載敏感系統。通過壓力補償閥之后，再經方向閥去執行器。其實際工作原理如圖10（b）所示。該操縱閥實現了兩個功能，可變節流功能和方向閥功能（設計成無節流）。
 
2.        力士樂LUDV閥后補償分流比負載敏感閥
該閥用于力士樂挖掘機液壓系統上，閥的具體結構如圖11所示，其原理符號如圖12所示。
該閥與Husco閥有相同之處，也是操縱閥可變節流油道后設壓力補償閥，然后通過方向閥去執行器。
所不同的是其壓力補償閥與Husco壓力補償閥不同，它除了起壓力補償作用外，還起梭閥網絡作用，檢出執行器中最高負荷壓力作用在各壓力補償閥的左端。
該壓力補償閥是三位三通閥。三條通路：經操縱閥節流操縱后油道O，去方向閥油道D，和負載敏感油道LS。壓力補償閥右端受各閥油道O的壓力作用，左端受LS壓力和彈簧作用。負荷壓力最大的那個壓力補償閥要求開度最大，該閥處于右位，O不經節流直通D，同時通過節流孔與LS相通，負荷壓力較低的壓力補償閥只能處于開度較小的中位，O與LS不通，O經節流通向D，起均衡負載作用。因此LS檢出的是最高負荷壓力。
LUDV多路閥液壓系統圖如圖13所示。
（三）（東芝IB系列）回油路壓力補償分流比負載敏感系統。
其符號原理如圖14所示，該系統閥用于東芝挖掘機的液壓系統上。
1.        工作原理和特點
其主要特點是壓力補償閥布置在操縱閥回油路上。
從壓力補償閥平衡可得：
[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image085.gif[/img]                式中[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image087.gif[/img]：各閥負載壓力
則得：[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image089.gif[/img]                 [img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image091.gif[/img]：最大負載壓力
                                         [img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image093.gif[/img]：彈簧力，采用弱彈簧，可忽略彈簧力
即各執行器負載壓力相等，都為[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image091.gif[/img]（由于回路上壓力補償閥的節流補償作用，使各閥的負載均衡）。
        各操縱閥閥桿進出口壓差都相等為[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image095.gif[/img]   式中：[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image073.gif[/img]為各閥的進口壓力
由于各閥[img]file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image043.gif[/img]相等，因此通過各閥桿的流量只與閥桿行程有關，具有抗飽和的功能。
        把壓力補償閥放在回油路上的優點是可以利用壓力補償閥的節流補償作用，防止因重力作用，過快下降或產生真空，容易利用重力組成再生回路。
2.        泵的節能調節功能
變量泵排量機構由伺服缸、卸載閥、節流孔和安全閥組成。卸載閥為二位二通閥，左端受泵出口壓力P_P作用，右端受最大負載壓力P_Lmax和彈簧力作用，它具有以下調節功能：
1）   中位卸載操縱閥都在中位時，P_Lmax＝0，P_P只需克服彈簧力。卸載閥就處在左位，油泵壓力油通過該閥經節流孔建立的壓力，作用在伺服油缸活塞上，克服彈簧力，使油泵排量變得最小。
2）   高壓卸載：當壓力升高達到一定值時，卸載閥打開回油，節流壓力使油泵排量變得很小。
3）   按需供油。
3.        IB系列多路閥的具體結構和原理符號圖如圖15所示。
4.        IB系列挖掘機多路閥液壓系統：如圖16所示
該閥由9聯閥組成，用于小型挖掘機上。除動臂、斗桿、鏟斗、回轉，二個行走共六個閥以外，還有二個閥用于推土和動臂偏轉，剩下一個閥供后備用（裝其他工作裝置）。所有閥都由泵并聯供油。
 

值得學習

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看不到圖啊 樓主

很好

資料不錯