張鳳營 田明瑜

唐山職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 063004

引言

樁機機械主要應(yīng)用于各種樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻、地基改良以及其他特殊地基工程的施工，是目前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可或缺的機械設(shè)備。但樁機機械在工作過程中，由于多執(zhí)行元件的特點，導(dǎo)致各液壓回路的執(zhí)行元件負載差別很大，其所需的流量也不盡相同，使得機械液壓系統(tǒng)效率低，耗能高，損耗量大；而且樁機在行走過程中，回轉(zhuǎn)微動調(diào)節(jié)性差；緊急停車時，油口有漏油現(xiàn)象。為了解決這些問題，本項目研制了新型SMW工法機，在現(xiàn)有樁機的基礎(chǔ)上，采用進口P V092泵和L90LS多路閥，代替現(xiàn)有的力源或者華德的A8VO80恒功率泵以及長航的多路閥，即用負載敏感系統(tǒng)代替恒功率系統(tǒng)，提高操縱的微調(diào)性能以及可靠性，同時附加恒功率以及壓力切斷功能，對泵機系統(tǒng)整體起到保護作用，在空載運行情況下達到最小能耗，提高其節(jié)能。新型SMW工法機不僅能在工作過程中大幅提高工作效率，還可以提高發(fā)動機及液壓系統(tǒng)的效率和傳動元件的壽命和可靠性，減少機器故障率和維修成本，用戶操作時的舒適性也大大提高。

1 負載敏感系統(tǒng)概述

負載敏感系統(tǒng)是一種可實現(xiàn)壓差反饋，根據(jù)系統(tǒng)壓力—流量需求，可快速、準確提供所需的壓力和流量的液壓回路閉環(huán)系統(tǒng)，按照控制類型可分為兩種，即閥控負載敏感系統(tǒng)和泵控負載敏感系統(tǒng)。由于泵控負載敏感系統(tǒng)具有壽命長和高效節(jié)能的顯著優(yōu)勢，新型SMW工法機采用泵控負載敏感系統(tǒng)對液壓系統(tǒng)實現(xiàn)負載敏感控制。

泵控負載敏感系統(tǒng)由負載敏感型變量柱塞泵和方向控制閥等元件組成。虛線框內(nèi)為帶壓力切斷功能的負載敏感變量泵（圖1）。它由LS閥1（對系統(tǒng)流量進行調(diào)節(jié)）、恒壓閥2（具有壓力切斷功能）、變量缸敏感腔3、變量缸彈簧腔4和變量泵組成。從圖中可知，節(jié)流閥安裝在變量泵的出口與負載之間。節(jié)流閥兩端的壓差即為流量控制輸入信號，可通過改變節(jié)流閥口橫截面積的大小來控制該泵的輸出流量。泵控負載敏感系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。

泵控負載敏感系統(tǒng)采用壓力補償（自動調(diào)整輸出與負載相匹配的流量）的方式，通過變量泵內(nèi)部實施，其工作狀態(tài)可分為以下三階段：

（1）正常工作階段：節(jié)流閥閥口面積變化時，負載的壓力信號傳遞到變量泵LS閥的右面彈簧腔。此時，該負載力與L S閥中的彈簧預(yù)緊力組合起來共同推動LS閥的閥芯向左移動，使得斜盤角逐漸增大，變量泵的輸出排量增加。當節(jié)流閥兩側(cè)的壓差大小等于LS閥的彈簧預(yù)緊力時，達到負載匹配的效果。此時，負載壓力與LS閥的彈簧預(yù)緊力之和即為變量泵的輸出壓力，輸出流量也滿足負載的需求。

（2）低壓待機階段：系統(tǒng)運行的初始階段，由于系統(tǒng)內(nèi)不存在壓力，在彈簧力的作用下，LS閥的閥芯逐漸向左移動，最終使得變量泵滿排量輸出。此時，若關(guān)閉節(jié)流閥，變量泵的全部流量將進入L S閥的左側(cè)。若變量泵的輸出壓力超過了彈簧力，LS閥閥芯右移，最終使得斜盤角逐漸減小，變量泵的輸出排量減少。處于平衡狀態(tài)時，泵出口的壓力為L S閥的彈簧預(yù)緊力，此時產(chǎn)生的流量僅供泵的內(nèi)泄漏，沒有造成多余流量的浪費。

（3）高壓待機階段：負載中的壓力超過變量泵中恒壓閥的設(shè)定壓力時，恒壓閥右移，系統(tǒng)中的高壓油流入變量缸的敏感腔，斜盤傾斜角幾乎為零，此時僅有少許流量用于供給系統(tǒng)的內(nèi)泄漏，泵的排量為最小值，幾乎也沒有造成過多的流量浪費。

可知采用泵控負載敏感技術(shù)的優(yōu)點是:系統(tǒng)的輸出壓力與流量直接取決于負載，提高了系統(tǒng)的效率。

圖1 負載敏感變量泵原理圖

2 SMW工法機全液壓系統(tǒng)

SMW工法機的液壓系統(tǒng)（圖2）主要包括：行走系統(tǒng)、主卷揚系統(tǒng)、支腿系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、工作臺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)及斜撐等其他輔助系統(tǒng)。主要液壓元件有負載敏感泵、先導(dǎo)式組合電磁閥、液壓馬達、平衡閥、液壓缸等。本工法樁機的行走系統(tǒng)采用了負載敏感技術(shù)，液壓控制元件多采用先導(dǎo)組合式磁電閥，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，各執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)是由雙泵優(yōu)化供油。下面以SMW工法樁機的行走系統(tǒng)為例進行分析。

圖2 工法樁機全液壓系統(tǒng)

3 SMW工法機的行走系統(tǒng)負載敏感工作原理

SMW功法樁機的行走系統(tǒng)（圖3）采用壓力切斷、恒功率、負載敏感雙泵控制系統(tǒng)，其控制閥為負載敏感比例多路換向閥。實現(xiàn)行走快速調(diào)動、回轉(zhuǎn)、卷揚機升降等動作時，液壓系統(tǒng)各回路的換向閥相當于系統(tǒng)的變節(jié)流口，例如泵的供油量為最大流量，而此時油缸回路的流量較小，將在換向閥兩側(cè)產(chǎn)生壓力差Δp，該壓力差Δp通過LS閥口輸出。通過L S閥閥芯的移動，控制泵的壓力-流量變化，即泵在流量指示條件下，輸出所需的流量。

在液壓系統(tǒng)中，壓力切斷優(yōu)先于恒功率，恒功率優(yōu)先于負載敏感閥，即低于設(shè)定功率曲線時，負載敏感閥工作；而低于切斷設(shè)定壓力時，恒功率控制工作；該系統(tǒng)都不工作時，若泵還在運行，則此時無工作流量輸出。恒功率控制曲線如圖4所示。

圖3 SMW工法機行走系統(tǒng)

圖4 恒功率控制圖

4 結(jié)語

隨著負載敏感泵的廣泛應(yīng)用，負載敏感控制技術(shù)也廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的液壓系統(tǒng)中，可消除系統(tǒng)的溢流損失，大幅度提高系統(tǒng)的使用率，達到理想的節(jié)能效果，使得液壓控制技術(shù)越來越精確?；谝陨蟽?yōu)點，負載敏感控制技術(shù)在機械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

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