液压挖掘机的三种流量控制方式 2.docx

1、液压挖掘机的三种流量控制方式 2液压挖掘机的三种流量控制方式 摘要：在液压挖掘机的负载适应控制策略中,负流量（Neive FlowCotol)、正流量控制(Positive Flonto）及负荷传感器控制(Lod Sensing Cntl)三种流量控制方式的流行称谓，是按其泵控特性来分类的。本文通过对多种厂牌型号挖掘机的比较分析,提出了旁通流量控制（pas Flw Cotrl）、先导传感控制（lot Snng Cntro）及负荷传感控制的分类。这一分类方法，对于设计时比较不同控制系统的性能和维修时理解不同控制系统结构和功能的特点，都有所裨益。1.流量控制在挖掘机的液压系统内，流量Q、压力P及能

2、耗（流量损失Q、压力损失P)等参数的变化，反映了液压传动过程的控制特性.液压系统工作时，压力P不是系统的固有参数，而是由外负荷决定的.因此,当发动机转速ne一定时,要对液压系统的功率进行调节,其实是对液压缸、液压马达等执行元件的进油量Qa进行调节（参看图）。图1。流量调节如图2所示，有两种方法调节系统流量。第一种方法是泵控方式，通过改变主泵的每转排量q来调节主泵的输出流量Qp，称为容积调速.常见的容积调速方式包括:利用主泵出口压力P与主泵排量q的乘积保持不变的恒扭矩控制；利用发动机转速传感(ESS)使主泵吸收的扭矩pq与主泵转速n的乘积保持不变的恒功率控制;在临近系统溢流压力时,减小主泵排量的

3、压力切断控制；配用破碎头等作业附件时,由外部指令限定主泵最大排量的最大流量二段控制;双泵系统中，利用两泵出口压力的平均值与主泵流量乘积保持不变的交叉功率控制(相加控制或总功率控制）；多泵系统中,因主泵组的液压总功率大于发动机的输出功率,为防止发动机出现失速,采用了极限负荷控制。除了容积调速，还有一种泵控方式是通过动力模式下的变功率控制，利用外部指令设定不同工况下不同的发动机输出功率来改变主泵转速ne,从而调节主泵输出流量Q=nq。调节系统流量的第二种方法是阀控方式,可对主泵输出的流量进行二次调节。这种通过改变主控阀开度来调节执行元件的进油量，称为节流调速。常见的节流调速采用操作手柄（踏板)先导

4、阀输出的二次先导压力来调节主控阀的开度。除了节流调速,还有其他多种阀控方式来调节执行元件的进油量,例如：在不同作业模式下,利用外部指令对双泵合流与分流的控制;动臂再生控制与斗杆再生控制；直线行走控制;复合作业时的动臂优先控制或回转优先控制等等。容积调速的传动效率高,但是动特性差。节流调速动特性好，但是传动效率低。因此，在液压挖掘机上同时采用了容积调速与节流调节，以适应作业中执行元件对流量的需求.不唯如此,为实现节能，还要使容积调速时对主泵的控制与节流调速时对主控阀的控制协调起来,泵控对阀控实时响应。就是说，当主控阀的节流开度关小时，主泵的排量也要立即关小,反之亦然这种按需供油的泵阀联合控制被称

5、为流量控制。在液压挖掘机上,采用了三种流量控制方式:旁通流量控制、先导传感控制及负荷传感控制。表1列出了部分厂牌机型采用的流量控制方式。图2 液压挖掘机的流量调节表 液压挖掘机的流量控制方式举例注： BF旁通流量控制 PS先导传感控制 LS负荷传感控制 N负流量控制 EN-电子负流量控制 P正流量控制 E/P电子正流量控制 。旁通流量控制 典型的旁通流量控制如图所示。要实现旁通流量控制，液压系统在结构上应同时具备以下三个条件：主控阀为中位开路的三位六通阀,主控阀的各叠加阀的进油路为串并联；在主控阀中位旁通回油路的底端设置有节流元件,同时并联有低压溢流阀。在节流元件进油口设置取压口,提取该点压力

6、,作为流量控制的信号压力Pi。用于旁通流量控制的主控阀有如川崎的KMX系列控制阀、东芝的X2/2型和UD36型控制阀;主泵的控制特性一般应为负流量控制（日立X系列除外），即主泵的流量变化P与信号压力的变化Pi成反比，而且主泵的负流量控制阀(NC阀)在主泵调节器上的位置，应确保恒扭矩控制(V）优先。用于旁通流量控制的主泵有如川崎的KV和KV系列柱塞泵。图3 川崎的负流量控制2.1旁通流量控制的原理如图3所示，旁路节流阀的节流口前后压差 PPi=Q2/K式中 i回油节流口前的压力。略去回油的背压时，PPi。 Q 主控阀中位回油流量(m3/s)。 A-回油节流口通流面积（m2） 常数，与节流口的收缩

7、系数、速度系数、油液重度等有关，K由实验决定. 对于具体的回油节流阀结构,、K为一定数,旁通流量QR与Pi的关系如图4第四象限所示：QR越大,Pi越大，QR与Pi呈抛物线的函数关系。图4 负流量控制的流量特性 当主控阀各阀芯均处于中位时,QR最大,控制压力Pi也最大,其值由旁路溢流阀调定（参看图3）,此时主泵流量QP最小为Qpo,如图4第一象限所示。以装用川崎精机M15R主阀的系统为例,旁通流量QR最大为3/mi,此时旁通溢流阀开启,控制压力达到最大值。5MP。当主控阀的阀芯开度达到执行元件进油量Q与主泵供油量QP相等时，中位旁通回油流量QR接近于0，控制压力Pi变得很小，主泵流量QP已调到最

8、大，如图第二象限所示。主控阀芯行程改变时，控制压力Pi随动变化,执行元件的进油量A为主泵供油量QP与旁通流量之差，参看图4第二象限。表2列出了采用旁通流量控制的部分厂牌与机型。表2 典型的旁通流量控制厂牌/系列型号旁通流量传感元件控制机理泵控特性小松PC-PC5在主控阀中立旁通油路下游有射流传感器；在主泵伺服阀的末级有NC阀。在射流传感器进出油口提取压差(PtPd）由此压差控制阀，对进入主泵伺服液压缸的先导油进行节流减压。日立EX-3在主控阀中立油路末端有泵控制阀，包括节流阀与压力调节阀。中立油路的旁通流量与节流阀前的压力P的平方根成正比，主泵流量Q与控制压力PN成反比。X5泵控制阀的节流阀(

9、A)在主控阀中立油路末端，而泵控制阀的调压阀(B)对初级先导油进行减压.旁通流量通过泵控制阀的作用,调节流量控制压力P，主泵流量Q与控制压力Pi成正比。神钢6SKE在主控阀中立油路末端设置负控节流阀，且在节流阀进出油口安装电子低压传感器。将负控压力Pn和背压Tn变送为电压信号,由机电控制器处理后,向主泵电液比例阀发出变量信号。现代R3R-5R-79在主控阀中立油路末端有负控溢流阀（节流单向阀)。从逻辑阀来的中位旁通回油，经底部负控溢流阀节流形成控制压力FL。当F大于3。9MP时,主泵流量最小。斗山DH3D5 H7DH9在主控阀中立油路末端有负控阀。主泵调节器接受负控阀反馈的指令压力p，fp与主

10、泵流量成反比。卡特3B30C30D在主控阀中立油路末端有流量控制阀。负流量控制压力PN进入主泵调节器，对泵压P1、P2及功率变换压力决定的泵流量进行调节。2.2旁通流量控制阀 斗山DH-系列挖掘机的旁通流量控制阀如图5所示。节流孔C前端压力fp传送到主泵调节器上。当fp超过弹簧B设定的压力时，旁通油路溢流，这样可防止在主控阀所有滑阀都位于中位时,负控压力fp的急剧升高。图5 东芝的负流量控制阀卡特20C型挖掘机的旁通流量控制阀如图6所示.旁通回路的压力油通过个小孔a节流后流回油箱。节流孔a前端压力P被引入主泵调节器。当P压力超过弹簧C设定的压力后,提动阀b打开溢流。图 卡特的流量控制阀现代R系

11、列的旁通流量控制阀如图7所示。旁通油路的压力油经过锥阀15中心的小孔节流,形成负控压力。当F高于弹簧16设定的压力时，锥阀1将开启溢流，旁通油全部流入回油通道13。图7 现代的负控阀。小松的LSS系统 98年以后,小松公司在P400-1,P61及40t级以下的C3、PC5系列挖掘机上，采用了OLSS系统(Opene nte Loa eing Sstm中位开式负荷传感系统)，如图所示。OLS系统并非本文所述的负荷传感系统，而是早期的旁通流量控制系统。图8 小松的OLS系统射流传感器如图所示。主控阀中位旁通油流Qc从元件1的小孔d以射流形态喷出，大部分射流碰到螺套2的端面，其压力d(背压）接近油箱

12、压力；小部分射流经小孔d1，流入螺套2的B腔,由于d1。MP时,主泵排量减小。在主控阀6的出口，安装有压力补偿阀16,用来平衡负荷。当复合操作二个以上的执行元件时,压力补偿阀使各主控阀节流的入口压力PP和节流阀口出口的压力PL的压差PL保持相同（参看图0)，因此各执行元件7的进油流量是按其主控阀滑阀的开度来分配的,与其负荷压力的高低无关。图2 CLSS系统的原理图小松的压力补偿阀如图0所示，由止回阀2和活塞及其内装的往复球阀3等组成。主泵压力P经量孔a节流后，顶开主滑阀内装的单向球阀7,使执行元件进油腔C的负荷压力P，经过量孔b和油道d传到梭阀6,成为负荷传感压力PL，并且被引入压力补偿阀的口

13、。在单独操作一个执行元件时，因为P压力经过孔、节流减压而成为PLS,PLS，使球阀3向左移动于是,PC压力油通过油沟e进入腔，再加上弹簧5的作用力,就会将活塞和止回阀一起向右推移,关小压力补偿阀的节流口C。负荷压力PC越大，阀口C的开度越小。当动态的负荷压力PC时，阀口C关闭，起到高压止回阀的作用.在复合操作时，若负荷压力C高于其它执行元件的负荷压力,C腔压力PC将高于B腔压力PB,阀口关闭,防止高负荷压力回传到B腔。图0 小松的压力补偿阀在复合操作时,若负荷压力P低于其它执行元件的负荷压力,从LS梭阀6引到D口的最高负荷传感器压力PLS，将大于P，球阀向右移动堵住C腔进油(参看图31)，PS

14、压力通过油沟e传到E腔,将活塞4向右推移,关小阀口。负荷传感压力PL越大，阀口的开度越小。阀口e的开度减小，将使主阀芯节流的下游(B腔）压力增大。在设计时，取活塞直径与止回阀2直径之比(压力补偿面积比)为1时,压力P将变得与最高负荷传感压力PLS相同,即PB=PLS另一方面,泵的出口压力PA对所有执行元件都是相同的，PAP。因此,主控阀节流口的压差PAPB=P- PLS对所有动作的主控阀都是相同的，主泵流量将按各滑阀的开口面积分配给复合作业的执行元件。图1 压力补偿阀的原理在铲斗阀和附件（破碎头)备用阀上，采用了集成压力补偿阀。如图32所示，阀7是将活塞与止回阀制成一体。在阀口F关闭之前,当铲斗液压缸（底端)和破碎头作业产生高的峰值负荷压力时，腔的负荷压力不能进入弹簧腔E。这样,就可防止阀7与阀座发生冲击而损伤