负载敏感(LS)控制系统工作原理与操作

Eaton®

中

等负载柱塞泵（斜盘-轴向）

负载敏感（LS）控制系统

工作原理与操作

——Load Sensing Sytem-Principle and Operation

王清岩[译]

CCE（JLU,CHINA）15-09-2005

Load Sensing Principle of Operation

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序言 (3)

何谓负载敏感? (4)

负载敏感系统是如何工作的 (5)

采用负载敏感控制的优点 (14)

开发与调试 (25)

系统比较 (26)

应用 (27)

负载敏感控制技术的前景 (27)

Load Sensing Principle of Operation

序言

早在二十世纪六十年代后期，一些年轻的工程师对液压传动技术的优缺点进行了仔细的分析。中位开放式液压系统,采用了一个定排量的齿轮泵，提供恒定的流量，系统压力是由作用于工作介质上的载荷决定的。为限制系统的最高工作压力，必须设置一个高压溢流阀。当系统工作压力达到设定值，液压泵近乎全部流量将通过溢流阀流回油箱，因而导致极高的功率损失，并在系统中产生大量的热损耗致使系统效率极低。

相比之下中位封闭的液压系统具有排量可调的优点，排量调节的范围可从最小排量至最大排量，甚至正向最大排量至反向最大排量；并且无需在系统中设置溢流阀。其最大工作压力的控制是通过液压泵内部的补偿器实现的。此类补偿器可在系统因负载超出额定范围导致系统受到阻滞的状态下通过限压变量活塞使泵卸荷即液压泵处于高压运转状态、但排量近乎为零。此时液压泵将进入等待状态，并保持较高的工作压力，直至负载被克服或恢复操作阀的控制状态。中位闭式系统的缺点是液压泵试图在所有的工况下均实现所限定的最高工作压力附近的排量调节。 但是液压系统还有这样一类工况，即期望获得较大的流量而所要求的工作压力却很低。中位闭式的系统在此种工况下导致了较高的压力降并在能量损失过程中产生大量的热。

工程师们于是设想，若能将两种系统的优点进行合并将得到最佳的性能。理想的系统应具有这样一种特性：在载荷需要的工作压力下仅提供维持系统工作的必要流量。期望流量与工作压力二者都是可变的，但是无论开式还是闭式系统均未提供这样的工作性能。为实现这一特性，必须设计一种新型液压泵，该泵可以根据系统需求提供必要的的流量及压力，并在工况变化时，具有相应的压力-流量调节功能。显然，一种柱塞式变量泵是实现此种功能的基础元件，但是如何令其同时响应压力和流量两个参数的变化呢？

一位从事本项目研究的工程师开发了一种新的液压补偿器以同时感应系统压力和流量的需求，并使柱塞泵能对流量压力需求的变化做出正确响应。负载敏感液压泵从此诞生了！从技术角度讲，这是一种压力-流量补偿式的变排量柱塞式液压泵。

何谓负载敏感?

简而言之，负载敏感系统是一种感受系统压力-流量需求，且仅提供所需求的流量和压力的液压回路。

实现负载敏感控制的完整装置由如下元件组成：首先需要一个变量柱塞泵，该泵具有一个压力补偿器，系统不工作时，补偿器使其能够在较低的压力（200PSI）下保持待机状态。当系统转入工作状态时，补偿器感受系统的流量需求并在系统工况变化时根据流量需求提供可调的流量。同时，液压泵也要感受并响应液压系统的压力需求。多数液压系统并非在恒定的压力下工作，当外部载荷变化时，液压系统的工作压力是不同的。然后需要一个具有特殊感应油路和阀口的控制阀，以实现负载敏感系统的完整控制特性。当液压系统未工作，处于待机状态时，控制阀必须切断作动油缸（或马达）与液压泵之间的压力信号。这将在系统未工作时导致液压泵自动转入低压等待状态。当控制阀工作时，先从作动油缸（或马达）得到压力需求，并将压力信号传递给液压泵，使泵开始对系统压力做出响应。系统所需的流量是由滑阀的开度控制的。系统的流量需求通过信号道、控制阀反馈给液压泵。这种负载感应式柱塞泵与负载敏感控制阀的组合使整个液压系统具有根据载荷情况提供作需压力-流量的特性，此即负载敏感系统的基本功能。

颜色代码

Return/Intake （回油、吸油）– Any oil in the circuit not under high pressure. This oil can be pressure free oil from the pump or return oil to the reservoir.

Trapped Oil（滞油） – Any oil in the circuit not connected to pump

flow or return. This oil can be high or low static pressure.

Low Pressure Standby（低压等待） – Any oil pressurized at the

low pressure standby pressure.

Working Pressure（工作压力） – Any oil in the circuit connected

to pump flow under working pressure.

High Pressure Standby（高压等待） – Oil in the system

pressurized to the maximum high pressure setting of the

compensator.

Below Low Pressure Standby（低于低压等待压力） – Oil in the

pump flow line moments after start-up.

负载敏感系统是如何工作的

正如名称所暗示的那样,负载敏感控制技术具有监控系统压力、流量和载荷的能力；并且进行流量-压力参数的调节以求获得最高的效率。但是，在讨论其应用过程及具体优点之前，清楚组成负载敏感回路的液压元件以及它们是如何协同工作至关重要。

伊顿负载敏感控制系统在流体传动及控制领域得到了广泛的应用。与其它形式的系统相比较，负载敏感控制技术有着诸多独特的优点。

借助一个简单的负载敏感控制完整回路，下面的理论和工作原理可显而易见地予以说明。这是台轴向柱塞、变量泵， 以及它的斜盘及斜盘倾角控制活塞。

这是液压泵监控系统并调控系统参数的补偿器。