日本(NACHI)挖掘机负荷敏感液压系统分析

稳定工作，从而使主泵的功率保持恒定。
同时，此恒功率泵带负荷传感控制，负载传
感阀系统内有一个压力补偿阀（减压阀），负荷敏 感阀（ＰＳ阀）工作时泵的ＰＱ曲线在恒功率曲线 之下，即负荷敏感阀控制优先于恒功率控制起作 用，只有在恒功率曲线下负荷敏感功能才起作用。 ２．１．２流量控制
挖掘机的主泵液压系统能根据工作装置、回 转、行走等外界负载的变化，控制主泵供给各动 作相应的流量。
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ＰＡ口，ＰＡ口被ＰＳ阀所阻断，在弹簧力的作用 下，柱塞Ｃ腔的液压油通过节流口后流回油箱，弹 簧力使斜盘的摆角增大，主泵的排量自动增大， 输出流量增大。
主泵输出流量减小的动作：当外界负载减小 时，此时压力尸厶增大（Ｐ厶＞Ｐｒ）时，Ｐ厶作用 于Ｂ腔，Ｐｒ作用于Ａ腔。ＰＳ阀内：Ｂ腔内的压力 增大克服Ａ腔的弹簧压力，ＰＳ阀柱向Ａ腔移动， 来自先导泵Ｐ２的压力被输送到ＰＡ口，通过ＰＡ 口和节流口后作用于柱塞Ｃ腔，克服弹簧力后使 斜盘的摆角减小，主泵的排量自动减小，输出流 量减少。主泵输出流量原理图如图３所示。
目前，挖掘机负载敏感液压系统按压力补偿 阀的位置不同可分为阀前补偿、阀后补偿、回油 补偿３种形式，ＮＡＣＨＩ液压系统属于典型的阀前 补偿形式，即压力补偿阀在泵和操纵阀之间，压 力补偿阀在前，操纵节流阀在后，先补偿，后节 流。
这种阀前补偿系统具有不抗饱和的缺点，当 挖掘机需要几个执行元件同时动作且挖掘机负荷 大时，由于恒功率控制和发动机转速下降等因素， 泵的输出流量降低，不能满足执行元件的需要， 出现泵流量饱和现象。针对这种现象，ＮＡＣＨＩ液 压系统增加了转速检测阀和压差减压阀并通过它 们的作用，以达到流量自适应的目的。
负荷传感系统主要由压力补偿阀、压差减压 阀、转速检测阀、可变溢流阀、负载传感阀、变 量泵等部分组成。通过压力补偿阀的作用使多路 阀节流口前后两端的压差保持一定，从而使通过 节流口的流量只与多路阀的开度有关，而与负载 压力无关；同时负载信号通过负载传感阀作用于 变量泵使泵也按多路阀的开度输出相应的流量。 ２．３．１压差减压阀
１ ＮＡＣＨＩ液压系统简介
挖掘机液压系统主要由液压执行元件 完成各个动作，电液系统配合实液压系统和 先导操纵系统部分组成。ＮＡＣＨＩ液压系统原理 见图１。
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图１ ＮＡＣＨＩ液压系统原理图
万方数据
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２ ＮＡＣＨＩ液压系统分析研究
转速检测阀由减压阀和节流阀组成，它安装 于先导泵和先导操作块之间的先导油路，其功能 是将先导泵的输出流量的变化转变为压力信号 Ｐ，．，压力信号Ｐｒ又作用于主泵的ＰＳ阀，控制主 泵的斜盘摆角，从而控制主泵的输出流量。压力 信号Ｐ，．同时又作为确定执行机构速度的信号。顾 名思义，转速检测阀是和发动机的转速有关系的， 由于先导泵为定量齿轮泵，其流量与发动机转速 成比例的变化，而先导泵的流量变化又转变为压
目前挖掘机液压系统的形式和种类较 ； 多，从多路阀的形式可分为开中心和闭 中心两种，按控制方式不同可分为阀控系 ； 统和泵控系统，在实际的应用中，阀控系 统很普遍，泵控系统往往和阀控系统结合 在一起使用，实际上是阀控和泵控组合而 ； 成的复合系统，小挖系统主要还是选用国 外成熟的系统居多，常见的有日本ＫＹＢ 公司的三泵系统、ＮＡＣＨＩ公司的ＬＳ系 统、东芝公司的ＩＢ系统、德国力士乐公司 的ＬＳ、ＬＵＤＶ系统、韩国东明公司、第日 油压公司的系统等，下面我们主要对日本 不二越（ＮＡＣＨＩ）液压系统进行分析研 ＩＬ－ 究。
由图３分析，由先导泵ＰＰ来的压力油经过压 差减压阀后变为压力ＰＬｓ，分析压差减压阀的平 衡，主泵压力尸１作用于Ａ腔，ＰＬｍａｘ和ＰＬｓ作 用于Ｂ腔，假定Ａ腔和Ｂ腔面积相等：Ｐ１＝ＰＬｓ
＋ＰＬｍａｘ。
一方面经过压差减压阀压力ＰＬｓ向主泵的ＰＳ 阀（负荷传感阀）提供负载信号以调节泵的流量 （见前述泵控制系统），另一方面此压力被引向多 路阀的各压力补偿阀，向压力补偿阀提供压力比 较信号。 ２．３－２转速检测阀
减压阀换向，从先导操作块来的先导压力印（即
是恒定的，其值为先导溢流阀的设定压力）通过 压差减压阀减压后作为压力ＰＬｓ作用于压差减压 阀Ｂ腔，当压差减压阀压力平衡时（ＰＬｓ＋ＰＬｍａｘ ＝Ｐ１，ＰＬｍａｘ＝０，ＰＬｓ＝Ｐ１），压差减压阀稳定 工作在某一位置，此时压力ＰＬｓ和卸载压力相等， ＰＬｓ值为最大。主泵的输出流量最小。
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用于减压阀的Ａ 腔，Ｐ２．。作用于减
图４转速检测阀工作原理图
压阀的Ｂ腔，Ｐ２ｃ。流过减压阀后压力减为Ｐｒ，Ｐ２Ｌｏ
亦作用于减压阀的Ｂ腔，当减压阀稳定工作时，Ｐ，． ＋Ｐ２Ｌ。＝Ｐ２圩ｊ，Ｐｒ＝Ｐ２Ⅳｉ—Ｐ２￡。＝Ａｐ，Ａｐ为节
流阀前后两端的压差，通过节流阀的流量Ｑ＝
ｃＡ√２ＡＰ／ｐ＝ｎｑ／６０，式中Ｃ为流量系数，Ａ为
负荷敏感阀（ＰＳ阀）的作用就是根据ＰＬｓ和 Ｐ厂之间的压差变化来实现换向动作进而控制主泵 的流量变换的。其中来自转速检测阀的Ｊｐｒ信号是 随发动机的转速变化而变化的，在一定的转速下 Ｐｒ是恒定的，来自压差减压阀的压力ＰＬｓ是随负 载压力变化的，负载压力变大ＰＬｓ变小。当压力 ＰＬｓ和压力Ｐｒ压力相等时，ＰＳ阀起作用并稳定在 某一位置，来自ＰＳ阀的压力ＰＡ通过节流孑Ｌ输送 到柱塞改变斜盘倾角调节泵的流量。设置节流孔 是为了增加控制油路的阻尼，控制柱塞换向平稳， 防止斜盘突然移动，使斜盘平稳移动。
盘；９一控制柱塞ｔ １０一弹簧
Ｐｌ为恒功率变量泵，主泵的压力和流量按恒
功率曲线变化，变量泵达到起调压力后，一定的
压力对应一定的流量，尸Ｑ值基本保持恒定，当主
泵的输出压力增大时（超过负载压力），此压力反
馈到控制柱塞，克服弹簧力，通过摆动销推动斜
盘，使斜盘的摆角变小，泵的排量变小，直至反
馈压力和弹簧力平衡，泵的摆角减小到某一值而
ＰＬｍａｘ（Ｏ）ＰＬａ ＿ＪＬ一一，｝一一
一一一一一Ｊ
图３主要输出流量原理图 １一压差减压阀；２一弹簧；３一卸载阀；４一主安全阀 ２．２安全和过载保护
由图１可以看出，系统主油路中溢流阀的设 定压力为２１ＭＰａ，以防止主油路中的油压超过设 定压力，起安全保护作用，油缸的工作油路中装 有过载溢流阀，设定压力为２４ＭＰａ，当油缸所受 外部负荷突然增大，过载溢流阀打开，以调节压 力、避免油路中压力异常急增。和过载溢流阀并 联的单向阀起补油作用，防止油路中出现气穴现 象。本系统中推土、备用等动作过载溢流阀的设 定压力小于主溢流阀压力，此时过载溢流阀仅起 安全阀作用。
主泵输出流量增加的动作：当外界负载（指 最大负载）增大时，需要更大的流量驱动执行机 构，换向阀的开度增大，此时压力ＰＬｓ减小（ＰＬｓ
＜Ｐ｜ｒ）时，儿Ｊ作用于Ｂ腔，尸，．作用于Ａ腔。ＰＳ
阀内：Ａ腔内的压力增大克服Ｂ腔的弹簧压力，ＰＳ 阀柱向Ｂ腔移动，来自先导泵Ｐ２的压力被输送到
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液压系统分析
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＮＡＣＨＩ ｅｘｃａｖａｔｏｒ ｌｏａｄ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ
吕 超１，阎季常２，高 峰３
ＬＶ Ｃｈａｏ，ＹＡＮ Ｊｉ—ｃｈａｎｇ，ＧＡＯ Ｆｅｎｇ
主泵输出流量最小的动作：操纵手柄在中位 时，主控制阀在中位，负载压力为零（ＰＬｍａｘ＝ ０），对于卸载阀而言，如果主泵压力ＪＰｌ（此时压 力Ｐ１即卸载压力）增大到克服Ｐｒ和弹簧力时（Ｐ１ ＞尸ｒ＋弹簧力）时，卸载阀开启，直至卸载阀两 端作用力平衡（即Ｐ１＝Ｐｒ＋弹簧力），卸载阀稳 定工作在某一位置。另一方面主泵压力Ｐ１（卸载 压力）同时作用于压差减压阀的Ａ腔，推动压差
ＮＡＣＨＩ液压系统的先导操作系统、回转及 行走系统和其他各液压元件供应商产品的结构原 理特点非常雷同，在此不予介绍，以下重点针对其 泵和阀以及其负载敏感系统的特点进行分析。 ２．１泵控制系统
控制和流量控制 （图２）。 ２．１．１ 功率控制
图２泵控制原理图 １一柱嚣；２－节流孔；３－ＰＳ阀；４－Ｂ 腔；５－Ａ腔；６－Ｃ腔；７一Ｄ腔；８－斜
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备用ａ２
图５压力补偿阀工作原理图 １一梭阀Ｉ ２一压力补偿阀，３一节流口前而油路Ｐ伽；４一节
流口后面油路ＰＬ，５一换向阀节流孔
同时负载信号ＰＬｓ被引到负载传感阀，通过 负载传感阀作用于变量泵，使泵也按多路阀的开 度输出相应的流量，适应执行元件的需要。
以多路阀中的推土板（压力补偿阀１）和备用 阀（压力补偿阀２）为例来分析一下压力补偿阀如 何与节流阀共同组成回路后的功能，负载敏感系 统。当主阀芯在中位时，压力补偿阀断开，主油 路卸载，当操纵先导操作手柄使得多路阀主阀芯 换向，对于压力补偿阀来说，阀芯的一端是经补 偿阀后的压力油Ｐｉｎ，压力的作用面积为Ｓ３，另 一端则是来自压差减压阀的压力ＰＬｓ（压力作用 面积Ｓ２）和负载的压力ＰＬ（压力作用面积Ｓ３）。
而控制其之间压差不超过要求。 压力Ｐｒ值是标准的，它作为提供给主泵ＰＳ
阀一个压力信号，ＰＬｓ压力和其相比较以调节泵
的流量。
２．３．３压力补偿阀
压力补偿阀位于主换向阀节流口前面的油
路，它和节流阀一起组成了一个流量控制阀（其
功能相当于调速阀）和进口节流调速回路（图５）。 压力补偿阀通过控制节流阀前后两端的压差ＰＬｓ 保持恒定（约为２０ｂａｒ左右）以调节流经节流阀 的流量。
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一 勰 Ｓ 台如箍吡 专畸
力信号尸，．，故压力 信号尸ｒ和发动机的
袋印一 作单员
转速按比例变化