姜 鵬，王占武，關(guān) 旭，張金龍，鄒 偉，呂秀梅

（1.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧阜新 123000；2.遼寧北辰液壓氣動(dòng)有限公司，遼寧阜新 123000）

目前液壓鏟大多采用全液壓驅(qū)動(dòng)模式，為了節(jié)約能量、降低油溫和提高控制精度，及使同步動(dòng)作的幾個(gè)執(zhí)行元件在運(yùn)動(dòng)時(shí)互不干擾，較先進(jìn)的液壓鏟都采用了負(fù)載敏感泵與比例負(fù)載敏感多路閥技術(shù)[1]。目前液壓鏟常用的流量分配系統(tǒng)可根據(jù)壓力補(bǔ)償閥在液壓回路中的位置，可以將負(fù)載敏感系統(tǒng)分為閥前補(bǔ)償系統(tǒng)，即傳統(tǒng)的LS 負(fù)載敏感系統(tǒng)和閥后補(bǔ)償?shù)呢?fù)載獨(dú)立流量分配的LUDV 系統(tǒng)[2]。

1 閥前壓力補(bǔ)償

閥前壓力補(bǔ)償系統(tǒng)是負(fù)載敏感系統(tǒng)傳統(tǒng)的壓力補(bǔ)償法，能夠使各工作油口均可按主機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件的要求，提供相應(yīng)的流量，且保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作速度不受負(fù)載變化的影響[3]。閥前補(bǔ)償全負(fù)載敏感多路閥基于調(diào)速閥的工作原理。調(diào)速閥由定差減壓閥和節(jié)流閥2 部分組成。負(fù)載敏感閥中的壓力補(bǔ)償器相當(dāng)于調(diào)速閥中的定差減壓閥，比例換向閥可以控制閥的開(kāi)口度，相當(dāng)于調(diào)速閥中的節(jié)流閥。閥前補(bǔ)償控制系統(tǒng)如圖1，定差減壓閥（壓力補(bǔ)償閥）位于主閥節(jié)流口之前，壓力補(bǔ)償閥彈簧腔測(cè)壓力為該回路的負(fù)載壓力，但是負(fù)載敏感泵的負(fù)載敏感閥引入的壓力為該系統(tǒng)通過(guò)梭閥比較后的最大負(fù)載壓力。

當(dāng)通過(guò)所有閥的流量小于變量泵所提供的流量時(shí)，即流量沒(méi)飽和時(shí)，通過(guò)的流量分配閥進(jìn)入液壓缸的流量可由式（1）得出[4]：

式中：Q 為通過(guò)閥的流量，m/s；Cd為流量系數(shù)；A為閥的面積，m2；ρ 為油液黏度，kg/m3；△p 為閥前后壓差，Pa。

主閥節(jié)流口兩端壓差△p 為：

圖1 閥前補(bǔ)償控制系統(tǒng)

式中：pL1、pL2為系統(tǒng)負(fù)載壓力，Pa；pm1、pm2為節(jié)流閥前壓力，Pa。

因?yàn)閴毫ρa(bǔ)償閥為定差減壓閥，所以無(wú)論負(fù)載如何變化△p1=△p2，因此通過(guò)流量分配閥進(jìn)入液壓缸的流量與負(fù)載無(wú)關(guān)，只取決于節(jié)流閥的開(kāi)口度從而保證了執(zhí)行元件的運(yùn)行相對(duì)速度不發(fā)生改變。

當(dāng)多個(gè)執(zhí)行器同時(shí)動(dòng)作，流量需要超過(guò)泵的供油流量（即流量飽和）時(shí)，高負(fù)載側(cè)節(jié)流閥口兩端壓差下降，達(dá)不到補(bǔ)償閥的設(shè)定壓力，此時(shí)，補(bǔ)償閥失去作用，系統(tǒng)進(jìn)入流量飽和狀態(tài)[5]。使得幾個(gè)機(jī)構(gòu)不能同時(shí)動(dòng)作，影響工程機(jī)械正常工作。這是傳統(tǒng)負(fù)載敏感系統(tǒng)的明顯缺點(diǎn)。

2 閥后壓力補(bǔ)償

閥口壓力補(bǔ)償負(fù)載敏感系統(tǒng)，即LUDV 系統(tǒng)，LUDV 表示與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)的流量分配[6]。在閥口壓力補(bǔ)償負(fù)載敏感系統(tǒng)中，壓力補(bǔ)償閥基于比例溢流閥原理。比例溢流閥（壓力補(bǔ)償閥）位于主閥節(jié)流口之前，壓力補(bǔ)償閥彈簧腔壓力和負(fù)載敏感泵的負(fù)載敏感閥引入的壓力均為該系統(tǒng)通過(guò)梭閥比較后的最大負(fù)載壓力，閥后補(bǔ)償控制系統(tǒng)如圖2。

當(dāng)通過(guò)所有閥的流量小于變量泵所提供的流量時(shí)，即流量沒(méi)飽和時(shí)，液壓油經(jīng)過(guò)主閥節(jié)流口的兩端壓差。

式中：pP為泵口壓力，Pa；pm1、pm2為節(jié)流閥后壓力，Pa。

圖2 閥后補(bǔ)償控制系統(tǒng)

在壓力補(bǔ)償閥的作用下pm1＝pm2，此時(shí)△p1＝△p2，同時(shí)負(fù)載壓力通過(guò)梭閥比較后，將壓力傳導(dǎo)至變量泵負(fù)載敏感閥，變量泵負(fù)載敏感閥設(shè)定壓力△p＝pPpLmax，所以△p1＝△p2＝△p，主閥節(jié)流口兩端壓差等于變量泵的負(fù)載敏感閥的設(shè)定壓力。因此通過(guò)主閥的流量只取決于閥的開(kāi)口度，和系統(tǒng)的負(fù)載無(wú)關(guān)。但是這時(shí)泵的負(fù)載敏感閥設(shè)定的△p 壓力會(huì)直接影響進(jìn)入液壓缸的流量大小[7]。

當(dāng)通過(guò)所有閥的流量大于變量泵所提供的流量時(shí)，泵的壓力控制器失效，泵此時(shí)只受功率控制器調(diào)節(jié)，高負(fù)載側(cè)的壓力通過(guò)梭閥比較后，將壓力同時(shí)傳到低負(fù)載和高負(fù)載側(cè)補(bǔ)償閥的控制腔，補(bǔ)償閥全開(kāi)，節(jié)流閥后的壓力也等于最高負(fù)載壓力[8]。隨著不飽和度的增加，泵的出口壓力pP逐漸減小，△p1和△p2也隨之減小，但是流閥后壓力pm1、Pm2等于最高負(fù)載壓力，所以△p1一直等于△p2，并且大小取決于系統(tǒng)的最大負(fù)載。所以通過(guò)流量分配閥進(jìn)入液壓缸的流量仍然取決于節(jié)流閥的開(kāi)口度，從而按照閥的開(kāi)口度將流量分配到液壓缸，保證執(zhí)行元件的相對(duì)運(yùn)行速度不發(fā)生改變[9]。

3 液壓鏟液壓系統(tǒng)

由于液壓鏟工作條件負(fù)載，流量波動(dòng)較大，目前使用的液壓鏟多為壓力閥前補(bǔ)償?shù)呢?fù)載敏感閥。在使用過(guò)程中，當(dāng)流量需求量較大時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)明顯的爭(zhēng)流現(xiàn)象。為了解決爭(zhēng)流現(xiàn)象，選擇帶有LUDV 壓力補(bǔ)償器M7-25 系列的全負(fù)載敏感比例多路閥，搭載A11V 系列負(fù)載敏感泵，重新設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)。

選擇A10VO140+A11VO140 系列串泵作為液壓正鏟的主要?jiǎng)恿υ?，為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，控制方式DFLR 的A10VO 系列變量泵，具有負(fù)載敏感-壓力切斷-恒功率控制功能，可以滿(mǎn)足液壓鏟復(fù)雜工作的要求。

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，壓力切斷閥DR、負(fù)載敏感閥FR閥處于右位，變量缸無(wú)桿腔與油箱通路，大擺角狀態(tài)；當(dāng)負(fù)載加大至變量初始拐點(diǎn)階段：X 口節(jié)流口壓差不斷增大，壓差大于負(fù)載敏感閥FR 閥彈簧設(shè)定壓力時(shí)（力士樂(lè)規(guī)定FR 彈簧壓力為1.4～2 MPa），F(xiàn)R 閥處于左位，變量缸有桿腔進(jìn)入油液，擺角減小，排量減小，呈現(xiàn)壓力增加排量減小狀態(tài)即負(fù)載流量壓力匹配作用。此時(shí)DR 閥未起作用，處于右位，當(dāng)負(fù)載壓力到達(dá)變量初始觀點(diǎn)后，F(xiàn)R 繼續(xù)負(fù)載流量匹配工作，同時(shí)LR 減壓閥（恒功率控制）起作用，控制斜盤(pán)擺角度滿(mǎn)足壓力、流量的乘積即功率保持恒定，具體原理是壓力增加，流量相匹配的較少，形成壓力、流量1 個(gè)增加1 個(gè)減少的匹配線(xiàn)性關(guān)系，從而保證功率是恒定的；達(dá)到壓力切斷階段時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載壓力到達(dá)泵設(shè)定的壓力切斷數(shù)值（DR 彈簧預(yù)設(shè)力）時(shí)，DR 左位導(dǎo)通，此時(shí)排量減少，較少到幾乎為0（泵體會(huì)有少許排量以滿(mǎn)足泵本身的內(nèi)泄漏）時(shí)，泵處于恒壓狀態(tài)，系統(tǒng)壓力不會(huì)隨負(fù)載而繼續(xù)提高了，這樣實(shí)現(xiàn)了壓力切斷[10]。

功率曲線(xiàn)如圖3，最大功率曲線(xiàn)是DR 閥、FR 閥起作用時(shí)泵體輸出功率曲線(xiàn)，即DFR（31 系列）作用。最小功率曲線(xiàn)是DR 閥、FR 閥、LR 閥共同作用時(shí)泵體輸出的功率曲線(xiàn)，即DFLR（31 系列--外控恒功率）作用?？梢?jiàn)中間陰影部分是2 種控制形式DFR、DFLR 在節(jié)能方面的差別，很明顯DFLR 比較節(jié)能[11]。

圖3 功率曲線(xiàn)

為此，選用M7-22 系列負(fù)載敏感閥、平衡閥等控制原理以及行走馬達(dá)、液壓油缸、液壓附件等搭建液壓鏟的液壓系統(tǒng)，液壓鏟液壓原理圖（略）。

4 結(jié)語(yǔ)

A11VO 系列負(fù)載敏感泵和M7-22 系列負(fù)載敏感多路閥組合使用，搭建了基于負(fù)載敏感的液壓鏟閥后壓力補(bǔ)償流量分配系統(tǒng)，并對(duì)此套液壓系統(tǒng)在改造的液壓鏟中進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用閥后壓力補(bǔ)償系統(tǒng)的液壓鏟不再有爭(zhēng)油現(xiàn)象，動(dòng)作更加平穩(wěn)，LUVD 系統(tǒng)和LS 系統(tǒng)相比，在實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件同時(shí)而不受負(fù)載影響，LUDV 系統(tǒng)具有更好的抗流量飽和特性。