负载敏感

负载敏感

一、负载敏感和压力补偿概念

（一）负载敏感(Load Sensing)和压力补偿(Pressure Compensation)是60年代提出的液压传动和控制的新概念。

以往液压系统在使用操纵过程中，存在着以下需解决的问题：

1. 节能要求，适应负载变化提供负载所需要的液压功率（流量和压力），尽量减少流量和压力损失，将节流调速改变为以容积调速为主，特别按负载需要提供负载所需的流量。

2. 操纵阀调速控制时，调速受负载压力变化和油泵流量变化的影响，难以操纵控制。

3. 单泵供多执行器：当多执行器同时动作时，要求相互不干涉，能够操纵各执行器按所需流量供油。合理地分配流量，实现理想复合动作。

4. 液压泵和原动机的匹配问题，能充分利用原动机的功率，保持在发动机最大功率点工作，同时能防止发动机熄火，为了减少能耗节能，要求液压泵和发动机在联合工作最经济点上工作。

为了解决以上问题，60年代提出液压传动控制新概念—负载敏感和压力补偿。

目前液压传动仍存在问题有待解决。例如液压传动遵循帕斯卡原理，一个泵供多个执行器时，系统压力由克服各负载中所需最大压力来确定，因此供给负载较低的执行器时必然存在压力损失。目前人们正在研究采用电路中变压器这类东西，来解决这个问题。

（二）负载敏感和压力补偿的定义：负载敏感是一个系统概念，因此应称为负载敏感系统，可把它看作是一个意义广泛的名词。（即广义的负载敏感和压力补偿）。

负载敏感通过感应检测出负载压力，流量和功率变化信号，向液压系统进行回馈，实现节能控制、流量和调速控制、恒力矩控制、力矩限制、恒功率控制、功率限制、转速限制、同时动作和与原动机动力匹配等控制的总称。负载敏感系统所采用的控制方式包括液压控制和电子控制。

从负载敏感系统的液压组件来看可分：

负载敏感阀：将压力、流量和功率变化信号，向阀进行回馈，实现控制功能的阀。

负载敏感泵：将压力、流量和功率变化信号，向泵进行回馈，实现控制功能的泵和马达。负载敏感系统可降低液压系统能耗，提高机械生产率，改善系统可控性，降低系统油温，延长液压系统寿命。

压力补偿：

将压差设定为规定值进行的自动控制都叫压力补偿。

压力补偿流量控制：不受负荷压力变化和液压泵流量变化的影响，由设定节流压差值

对流量进行自动控制，称为压力补偿流量控制。

在节流调速中，根据流量基本计算式，，压差保持不变（常数），只要调节阀口面积（反映在k上）就能控制通过阀的流量，通过改变阀的开度，不受负载和液压泵流量影响，改变和控制流量，利用流量控制阀的原理来进行调速，提出了压力补偿概念。在节流口上，并联或串联一个压力补偿器。

（三）开中心直通型油路系统存在的问题。

前面已经谈到挖掘机开心式油路都采用六通多路阀，有二条供油路，直通供油路可组成优先油路，中位时直通回油箱进行卸载。并联供油路，组成并联油路，把二种油路采用各种方式组成起来，就构成了复杂多变的挖掘机油路。

操纵阀的结构简图和符号图如图1所示。

图1 操纵阀结构简图和符号图

操纵阀在中位时泵压力油P通过直通油道，通过各阀，最后回油箱T，执行器动作时P→D 的阀口逐渐关小，P→A和B→T的阀口逐渐开大，其开口面积变化（方向阀的开口特性）

如图2所示。

图2 阀的开口特性和调速特性

其调速是采用旁路节流和进油节流的组合，其调速作用是通过阀杆节流，控制去油缸和回油箱的开口量来实现的。

由于是靠回油节流建立的压力来克服负载压力，因此调速特性受负载压力和油泵流量的影响，如图所示，图中①表示低负载，②表示高负载。当滑阀行程一定，负荷压力增大，去油缸的流量减小。

随着负载压力增加和液压泵流量的减少，阀杆调速的死区（空行程）增大，而阀杆有效调速范围的行程减小，调速特性曲线（流量随行程变化）变陡，阀杆行程稍有变化，流量变化大，使调速操作性能差。这是开式油路的一大缺点。

挖掘机工作过程负载压力是不稳定变化着的，液压泵的流量也在不断变化，因此使其调速操作性能很不稳定，操纵困难。

这类油路主阀设计时，其开口特性需要精心设计，另外阀杆上的液动力和在主阀上的防吸空阀的吸入特性对操纵性能也有影响，需要考虑。

开式油路操纵性能另一缺点是：当一泵供多个执行器同时动作时，因液压油是向负载轻的执行器流，需要对负载轻的执行器控制阀杆进行节流，特别是像挖掘机这类机械，各执行器的负荷时刻在变化，但又要合理地分配流量，能相互配合实现所要求复合动作，是很难控制，操纵性差。

另外开中心直通型油路由于很难控制去各执行器的流量，要适应挖掘机各种作业工况的流量分配要求，不得不在多路阀中加上各种控制阀，使得挖掘机多路阀不能采用通用多路阀，而必须采用专用多路阀，其结构很复杂。

总之，这类油路可控性差，司机要精确控制挖掘机工作装置是很困难的，全靠司机感觉、经验和临场发挥。因此司机操作要求注意力高度集中，其精神负担和心理负担是很重的。

二、通常的负载敏感阀系统：该系统采用四通阀，并联供油

（一）阀组入口压力补偿流量控制阀

图3 阀组入口压力补偿系统

阀组入口压力补偿系统如图3（a）所示。

该负载敏感系统由定量泵、阀组入口溢流阀型压力补偿器、操纵阀杆可变节流器和梭阀网络组成。在四通多路阀组入口处设旁通型压力补偿流量控制阀（又称溢流阀型压力补偿器或三通压力补偿器），其工作原理和调速阀相同，在定差溢流阀后，设节流阀组成调速阀。操纵阀杆可控的开口面积变化起可变节流阀作用（如图3b所示）。

进入操纵阀的压力和经操纵阀杆节流去执行器的压力分别引到定差溢流阀阀心的左右两端。当操纵阀多阀杆同时动作时，通过梭阀网络检出执行器中负荷压力最高的压力，作用到定差溢流阀的右端。

通过操纵阀的流量

式中：c：流量系数，a：节流开度（与阀行程有关），g：重力加速度，

γ：油的比重，Δp：补偿阀压差

其中c，g，γ可认为是常数，则，由于补偿阀压差一定，则通过操纵阀的流量由阀杆行程