王中偉

摘 要：文章對(duì)國(guó)外油路“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”工作原理進(jìn)行了介紹，并分析了“閉中心”系統(tǒng)泵和閥的工作過(guò)程以及對(duì)各種工作狀態(tài)進(jìn)行了理論推導(dǎo)，依據(jù)理論分析在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試了數(shù)據(jù)，從而證明了“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”可按負(fù)載需要提供油液，功率損耗低，效率高。為國(guó)內(nèi)中小型挖掘機(jī)使用“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：負(fù)載敏感；流量；閥芯；負(fù)載敏感閥

1 引言

目前，液壓挖掘機(jī)有兩種油路：開(kāi)中心直通回油六通閥系統(tǒng)和閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)廠家多采用“開(kāi)中心”控制系統(tǒng)，而國(guó)外著名的挖掘機(jī)廠家基本上都采用“閉中心”系統(tǒng)。

本文重點(diǎn)研究及分析“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”，為國(guó)內(nèi)在中小型挖掘機(jī)上使用負(fù)載敏感控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

2 閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)原理

閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)講就是一種感受系統(tǒng)壓力-流量需求，在載荷需要的工作壓力下僅提供維持系統(tǒng)工作的必要流量，這樣就可以起到節(jié)能的目的?！伴]中心”系統(tǒng)原理如（圖1）所示：首先需要一個(gè)變量柱塞泵，其次要有一個(gè)壓力感應(yīng)閥和換向閥。對(duì)于具有負(fù)載敏感控制的液壓泵，它所輸出的流量根據(jù)負(fù)載工況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)后僅提供負(fù)載實(shí)際運(yùn)行所需流量，也就是液壓泵將根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)自身斜盤(pán)擺角來(lái)改變排量，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)不同壓力和流量的需求。系統(tǒng)負(fù)載所需的流量只與閥開(kāi)口面積有關(guān)系。

3 液控負(fù)載敏感系統(tǒng)在各種狀態(tài)下泵、閥工作方式的分析。

我們結(jié)合原理圖來(lái)分析系統(tǒng)的工作過(guò)程。

液控負(fù)載敏感系統(tǒng)工作原理如圖1。

3.1 當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)處于初始狀態(tài)時(shí)變量柱塞泵在自身彈簧力的作用下，斜盤(pán)處在最大角度；在此情況下，液壓泵準(zhǔn)備在最大排量下工作，因此可向系統(tǒng)提供最大的流量如圖1所示。

3.2 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)或柴油機(jī)后

3.2.1 閥2封閉了泵輸出的流量，流量?jī)H僅流向閥3的右端克服閥3左端的彈簧力，當(dāng)泵輸出的流量產(chǎn)生的壓力等于左端的彈簧力后，閥芯開(kāi)始向左移動(dòng)，閥3被接通流量通過(guò)閥3流向活塞Ⅱ當(dāng)油液產(chǎn)生的壓力加上活塞Ⅱ彈簧力等于活塞Ⅰ的彈簧力后，斜盤(pán)開(kāi)始向最小角度附近擺動(dòng)，泵輸出較小的流量來(lái)維持變量柱塞泵的內(nèi)部泄露，變量柱塞泵此狀態(tài)被稱(chēng)為低壓待機(jī)。工作狀態(tài)如圖2所示

由于閥2閥芯處于中位封閉，油液不能到達(dá)液壓缸所以液壓缸沒(méi)有動(dòng)作。

3.2.2 在此狀態(tài)下如果閥2的a端輸入控制油閥芯將會(huì)向右移動(dòng)，泵輸出的油液將會(huì)通過(guò)換向閥2的左端進(jìn)入壓力感應(yīng)閥1左端后，推動(dòng)壓力感應(yīng)閥閥芯向閥的右端移動(dòng)接通整個(gè)系統(tǒng)的回路。這樣泵輸出的油液就可以到達(dá)油缸的A端面控制油缸活塞按照負(fù)載要求自由移動(dòng)。在此狀態(tài)下分析系統(tǒng)工作過(guò)程。

根據(jù)伯努利流量方程：

式中Q為通過(guò)閥芯孔口流量，C為閥芯流量系數(shù)，ρ為流體密度，A為先導(dǎo)操縱桿控制的閥2開(kāi)口面積， △P為閥2進(jìn)、出口壓力差?？梢?jiàn)C、ρ是常數(shù)，流量Q的大小取決于閥2的開(kāi)度A與閥2的進(jìn)、出口壓差△P。

閥芯工作如圖3所示

（1）假如閥2的a端輸入的控制油壓力維持不變，根據(jù)伯努利流量方程則閥2的開(kāi)口面積A不變，根據(jù)以上公式可知，流過(guò)閥2的流量Q只與通過(guò)的壓差△P有關(guān)系，我們來(lái)分析壓差變化如何影響流量變化。

P端油液通過(guò)方向閥2和壓力感應(yīng)閥1 （壓力感應(yīng)閥的目的就是檢測(cè)出負(fù)載的壓力通過(guò)S端返回閥3，當(dāng)有多個(gè)方向閥來(lái)控制多個(gè)負(fù)載時(shí)，壓力感應(yīng)閥就只是檢測(cè)出最高壓力來(lái)返回閥3）流到活塞缸的左端推動(dòng)活塞向右移動(dòng)。這樣對(duì)于閥3來(lái)說(shuō)，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘左端調(diào)定一個(gè)Kx值后（通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘可以根據(jù)客戶(hù)系統(tǒng)需要設(shè)置不同的壓差值），由于S3是定值，當(dāng)負(fù)載T增加則P1增加，P1′增加，P3′增加，閥3閥芯向右移動(dòng)，閥芯孔口減小，流量減小，由以上公式△P= P-P1可知，P值也要增加，閥芯在極短的時(shí)間內(nèi)回到初始位置附近，同理P1減小，P值也要減小，也就是說(shuō)不管負(fù)載如何變化，閥3閥芯開(kāi)口是不變化的（理論上如此，實(shí)際上閥芯是在孔內(nèi)一個(gè)點(diǎn)做高頻振動(dòng)），由圖3可知在轉(zhuǎn)速不變的情況下進(jìn)入活塞Ⅱ的流量不變；斜盤(pán)擺角不會(huì)變化，泵輸出的流量通過(guò)閥2保持不變，而且只輸出比負(fù)載壓力高出△P的油壓，避免了系統(tǒng)的流量損失和過(guò)大的壓力損失。

為了驗(yàn)證以上分析是否正確，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)做試驗(yàn)在輸入泵轉(zhuǎn)速不變的情況下將負(fù)載壓力從5MPa增加到25MPa，在閥2的P1端接流量計(jì)后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表1：

表1

（2）假如閥2的a端輸入的控制油壓力增大，我們來(lái)分析此時(shí)各閥的受力運(yùn)動(dòng)情況，閥2的開(kāi)口增大，根據(jù)伯努利流量方程面積增大，通過(guò)孔口的流量會(huì)增大，需要泵輸出的流量增加，斜盤(pán)的擺角會(huì)增大；當(dāng)閥2孔口增大的同時(shí)，通過(guò)閥2孔口的阻力減小，由圖3可知，P1增加，P減小，閥3 左端的壓力增加推動(dòng)閥芯向右移動(dòng)，孔口減小，通過(guò)閥3的流量減小，進(jìn)入活塞Ⅱ的流量減小，所以斜盤(pán)要向大角度方向擺動(dòng)，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，輸出的流量增大。閥3的閥芯又在不同的地方處于動(dòng)態(tài)平衡（以上情況是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，由于閥3的彈簧剛度很大，當(dāng)A變化引起的壓力變化△P基本維持不變）。同理假如閥2的a端輸入的控制油壓力減小，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，輸出的流量也會(huì)減小。因此對(duì)于閥3調(diào)定一個(gè)數(shù)值后，通過(guò)閥2的流量只與面積大小有關(guān)系，所以通過(guò)改變閥2的兩端控制油的輸入壓力，完全可以控制負(fù)載的移動(dòng)速度。

3.2.3 當(dāng)油缸活塞繼續(xù)向右移動(dòng)到達(dá)油缸的最右端后

油缸不動(dòng)后，油液很快在系統(tǒng)中停止流動(dòng)，液壓泵的出口油液處于封閉狀態(tài)，壓力升高；P1=P，根據(jù)以上對(duì)閥3的受力分析可知，閥芯3只在彈簧力的作用下恢復(fù)到初始狀態(tài)對(duì)閥芯4的受力分析如下：

P×S4=Kx′

當(dāng)P升高到P×S4>Kx′后閥芯4向左移動(dòng)，接通泵輸出的油液到活塞Ⅱ的底部，使斜盤(pán)擺向近乎為零排量的位置，液壓泵停止供油，僅僅提供保持泵高壓狀態(tài)下的泄露。我們稱(chēng)泵處于高壓待機(jī)狀態(tài)；整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)負(fù)載敏感系統(tǒng)的以上分析計(jì)算可以知道，負(fù)載敏感系統(tǒng)在主油泵三種工作狀態(tài)下，泵輸出的流量沒(méi)有過(guò)多的浪費(fèi)，使泵的供油壓力始終高出負(fù)載壓力一個(gè)較小壓差△P。操作換向閥改變閥口開(kāi)度，泵能自動(dòng)調(diào)節(jié)并輸出與負(fù)載速度要求想適應(yīng)的流量，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)泵輸出功率與負(fù)載需要的匹配，極大提高了系統(tǒng)效率，達(dá)到了節(jié)能目的。輸出的流量?jī)H僅是提供給負(fù)載做功以及維持整個(gè)系統(tǒng)的泄漏；相對(duì)于以前的系統(tǒng)而言，避免了在高壓下系統(tǒng)的溢流損失和過(guò)多的發(fā)熱損失。

參考文獻(xiàn)

[1]張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]黃宗益，挖掘機(jī)力士樂(lè)液壓系統(tǒng)分析[J].上海：同濟(jì)大學(xué)，2009.endprint

摘 要：文章對(duì)國(guó)外油路“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”工作原理進(jìn)行了介紹，并分析了“閉中心”系統(tǒng)泵和閥的工作過(guò)程以及對(duì)各種工作狀態(tài)進(jìn)行了理論推導(dǎo)，依據(jù)理論分析在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試了數(shù)據(jù)，從而證明了“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”可按負(fù)載需要提供油液，功率損耗低，效率高。為國(guó)內(nèi)中小型挖掘機(jī)使用“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：負(fù)載敏感；流量；閥芯；負(fù)載敏感閥

1 引言

目前，液壓挖掘機(jī)有兩種油路：開(kāi)中心直通回油六通閥系統(tǒng)和閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)廠家多采用“開(kāi)中心”控制系統(tǒng)，而國(guó)外著名的挖掘機(jī)廠家基本上都采用“閉中心”系統(tǒng)。

本文重點(diǎn)研究及分析“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”，為國(guó)內(nèi)在中小型挖掘機(jī)上使用負(fù)載敏感控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

2 閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)原理

閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)講就是一種感受系統(tǒng)壓力-流量需求，在載荷需要的工作壓力下僅提供維持系統(tǒng)工作的必要流量，這樣就可以起到節(jié)能的目的?！伴]中心”系統(tǒng)原理如（圖1）所示：首先需要一個(gè)變量柱塞泵，其次要有一個(gè)壓力感應(yīng)閥和換向閥。對(duì)于具有負(fù)載敏感控制的液壓泵，它所輸出的流量根據(jù)負(fù)載工況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)后僅提供負(fù)載實(shí)際運(yùn)行所需流量，也就是液壓泵將根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)自身斜盤(pán)擺角來(lái)改變排量，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)不同壓力和流量的需求。系統(tǒng)負(fù)載所需的流量只與閥開(kāi)口面積有關(guān)系。

3 液控負(fù)載敏感系統(tǒng)在各種狀態(tài)下泵、閥工作方式的分析。

我們結(jié)合原理圖來(lái)分析系統(tǒng)的工作過(guò)程。

液控負(fù)載敏感系統(tǒng)工作原理如圖1。

3.1 當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)處于初始狀態(tài)時(shí)變量柱塞泵在自身彈簧力的作用下，斜盤(pán)處在最大角度；在此情況下，液壓泵準(zhǔn)備在最大排量下工作，因此可向系統(tǒng)提供最大的流量如圖1所示。

3.2 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)或柴油機(jī)后

3.2.1 閥2封閉了泵輸出的流量，流量?jī)H僅流向閥3的右端克服閥3左端的彈簧力，當(dāng)泵輸出的流量產(chǎn)生的壓力等于左端的彈簧力后，閥芯開(kāi)始向左移動(dòng)，閥3被接通流量通過(guò)閥3流向活塞Ⅱ當(dāng)油液產(chǎn)生的壓力加上活塞Ⅱ彈簧力等于活塞Ⅰ的彈簧力后，斜盤(pán)開(kāi)始向最小角度附近擺動(dòng)，泵輸出較小的流量來(lái)維持變量柱塞泵的內(nèi)部泄露，變量柱塞泵此狀態(tài)被稱(chēng)為低壓待機(jī)。工作狀態(tài)如圖2所示

由于閥2閥芯處于中位封閉，油液不能到達(dá)液壓缸所以液壓缸沒(méi)有動(dòng)作。

3.2.2 在此狀態(tài)下如果閥2的a端輸入控制油閥芯將會(huì)向右移動(dòng)，泵輸出的油液將會(huì)通過(guò)換向閥2的左端進(jìn)入壓力感應(yīng)閥1左端后，推動(dòng)壓力感應(yīng)閥閥芯向閥的右端移動(dòng)接通整個(gè)系統(tǒng)的回路。這樣泵輸出的油液就可以到達(dá)油缸的A端面控制油缸活塞按照負(fù)載要求自由移動(dòng)。在此狀態(tài)下分析系統(tǒng)工作過(guò)程。

根據(jù)伯努利流量方程：

式中Q為通過(guò)閥芯孔口流量，C為閥芯流量系數(shù)，ρ為流體密度，A為先導(dǎo)操縱桿控制的閥2開(kāi)口面積， △P為閥2進(jìn)、出口壓力差?？梢?jiàn)C、ρ是常數(shù)，流量Q的大小取決于閥2的開(kāi)度A與閥2的進(jìn)、出口壓差△P。

閥芯工作如圖3所示

（1）假如閥2的a端輸入的控制油壓力維持不變，根據(jù)伯努利流量方程則閥2的開(kāi)口面積A不變，根據(jù)以上公式可知，流過(guò)閥2的流量Q只與通過(guò)的壓差△P有關(guān)系，我們來(lái)分析壓差變化如何影響流量變化。

P端油液通過(guò)方向閥2和壓力感應(yīng)閥1 （壓力感應(yīng)閥的目的就是檢測(cè)出負(fù)載的壓力通過(guò)S端返回閥3，當(dāng)有多個(gè)方向閥來(lái)控制多個(gè)負(fù)載時(shí)，壓力感應(yīng)閥就只是檢測(cè)出最高壓力來(lái)返回閥3）流到活塞缸的左端推動(dòng)活塞向右移動(dòng)。這樣對(duì)于閥3來(lái)說(shuō)，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘左端調(diào)定一個(gè)Kx值后（通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘可以根據(jù)客戶(hù)系統(tǒng)需要設(shè)置不同的壓差值），由于S3是定值，當(dāng)負(fù)載T增加則P1增加，P1′增加，P3′增加，閥3閥芯向右移動(dòng)，閥芯孔口減小，流量減小，由以上公式△P= P-P1可知，P值也要增加，閥芯在極短的時(shí)間內(nèi)回到初始位置附近，同理P1減小，P值也要減小，也就是說(shuō)不管負(fù)載如何變化，閥3閥芯開(kāi)口是不變化的（理論上如此，實(shí)際上閥芯是在孔內(nèi)一個(gè)點(diǎn)做高頻振動(dòng)），由圖3可知在轉(zhuǎn)速不變的情況下進(jìn)入活塞Ⅱ的流量不變；斜盤(pán)擺角不會(huì)變化，泵輸出的流量通過(guò)閥2保持不變，而且只輸出比負(fù)載壓力高出△P的油壓，避免了系統(tǒng)的流量損失和過(guò)大的壓力損失。

為了驗(yàn)證以上分析是否正確，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)做試驗(yàn)在輸入泵轉(zhuǎn)速不變的情況下將負(fù)載壓力從5MPa增加到25MPa，在閥2的P1端接流量計(jì)后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表1：

表1

（2）假如閥2的a端輸入的控制油壓力增大，我們來(lái)分析此時(shí)各閥的受力運(yùn)動(dòng)情況，閥2的開(kāi)口增大，根據(jù)伯努利流量方程面積增大，通過(guò)孔口的流量會(huì)增大，需要泵輸出的流量增加，斜盤(pán)的擺角會(huì)增大；當(dāng)閥2孔口增大的同時(shí)，通過(guò)閥2孔口的阻力減小，由圖3可知，P1增加，P減小，閥3 左端的壓力增加推動(dòng)閥芯向右移動(dòng)，孔口減小，通過(guò)閥3的流量減小，進(jìn)入活塞Ⅱ的流量減小，所以斜盤(pán)要向大角度方向擺動(dòng)，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，輸出的流量增大。閥3的閥芯又在不同的地方處于動(dòng)態(tài)平衡（以上情況是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，由于閥3的彈簧剛度很大，當(dāng)A變化引起的壓力變化△P基本維持不變）。同理假如閥2的a端輸入的控制油壓力減小，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，輸出的流量也會(huì)減小。因此對(duì)于閥3調(diào)定一個(gè)數(shù)值后，通過(guò)閥2的流量只與面積大小有關(guān)系，所以通過(guò)改變閥2的兩端控制油的輸入壓力，完全可以控制負(fù)載的移動(dòng)速度。

3.2.3 當(dāng)油缸活塞繼續(xù)向右移動(dòng)到達(dá)油缸的最右端后

油缸不動(dòng)后，油液很快在系統(tǒng)中停止流動(dòng)，液壓泵的出口油液處于封閉狀態(tài)，壓力升高；P1=P，根據(jù)以上對(duì)閥3的受力分析可知，閥芯3只在彈簧力的作用下恢復(fù)到初始狀態(tài)對(duì)閥芯4的受力分析如下：

P×S4=Kx′

當(dāng)P升高到P×S4>Kx′后閥芯4向左移動(dòng)，接通泵輸出的油液到活塞Ⅱ的底部，使斜盤(pán)擺向近乎為零排量的位置，液壓泵停止供油，僅僅提供保持泵高壓狀態(tài)下的泄露。我們稱(chēng)泵處于高壓待機(jī)狀態(tài)；整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)負(fù)載敏感系統(tǒng)的以上分析計(jì)算可以知道，負(fù)載敏感系統(tǒng)在主油泵三種工作狀態(tài)下，泵輸出的流量沒(méi)有過(guò)多的浪費(fèi)，使泵的供油壓力始終高出負(fù)載壓力一個(gè)較小壓差△P。操作換向閥改變閥口開(kāi)度，泵能自動(dòng)調(diào)節(jié)并輸出與負(fù)載速度要求想適應(yīng)的流量，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)泵輸出功率與負(fù)載需要的匹配，極大提高了系統(tǒng)效率，達(dá)到了節(jié)能目的。輸出的流量?jī)H僅是提供給負(fù)載做功以及維持整個(gè)系統(tǒng)的泄漏；相對(duì)于以前的系統(tǒng)而言，避免了在高壓下系統(tǒng)的溢流損失和過(guò)多的發(fā)熱損失。

參考文獻(xiàn)

[1]張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]黃宗益，挖掘機(jī)力士樂(lè)液壓系統(tǒng)分析[J].上海：同濟(jì)大學(xué)，2009.endprint

摘 要：文章對(duì)國(guó)外油路“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”工作原理進(jìn)行了介紹，并分析了“閉中心”系統(tǒng)泵和閥的工作過(guò)程以及對(duì)各種工作狀態(tài)進(jìn)行了理論推導(dǎo)，依據(jù)理論分析在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試了數(shù)據(jù)，從而證明了“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”可按負(fù)載需要提供油液，功率損耗低，效率高。為國(guó)內(nèi)中小型挖掘機(jī)使用“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：負(fù)載敏感；流量；閥芯；負(fù)載敏感閥

1 引言

目前，液壓挖掘機(jī)有兩種油路：開(kāi)中心直通回油六通閥系統(tǒng)和閉中心負(fù)載敏感壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)廠家多采用“開(kāi)中心”控制系統(tǒng)，而國(guó)外著名的挖掘機(jī)廠家基本上都采用“閉中心”系統(tǒng)。

本文重點(diǎn)研究及分析“閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)”，為國(guó)內(nèi)在中小型挖掘機(jī)上使用負(fù)載敏感控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)。

2 閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)原理

閉中心負(fù)載敏感系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)講就是一種感受系統(tǒng)壓力-流量需求，在載荷需要的工作壓力下僅提供維持系統(tǒng)工作的必要流量，這樣就可以起到節(jié)能的目的。“閉中心”系統(tǒng)原理如（圖1）所示：首先需要一個(gè)變量柱塞泵，其次要有一個(gè)壓力感應(yīng)閥和換向閥。對(duì)于具有負(fù)載敏感控制的液壓泵，它所輸出的流量根據(jù)負(fù)載工況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)后僅提供負(fù)載實(shí)際運(yùn)行所需流量，也就是液壓泵將根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)節(jié)自身斜盤(pán)擺角來(lái)改變排量，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)不同壓力和流量的需求。系統(tǒng)負(fù)載所需的流量只與閥開(kāi)口面積有關(guān)系。

3 液控負(fù)載敏感系統(tǒng)在各種狀態(tài)下泵、閥工作方式的分析。

我們結(jié)合原理圖來(lái)分析系統(tǒng)的工作過(guò)程。

液控負(fù)載敏感系統(tǒng)工作原理如圖1。

3.1 當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)處于初始狀態(tài)時(shí)變量柱塞泵在自身彈簧力的作用下，斜盤(pán)處在最大角度；在此情況下，液壓泵準(zhǔn)備在最大排量下工作，因此可向系統(tǒng)提供最大的流量如圖1所示。

3.2 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)或柴油機(jī)后

3.2.1 閥2封閉了泵輸出的流量，流量?jī)H僅流向閥3的右端克服閥3左端的彈簧力，當(dāng)泵輸出的流量產(chǎn)生的壓力等于左端的彈簧力后，閥芯開(kāi)始向左移動(dòng)，閥3被接通流量通過(guò)閥3流向活塞Ⅱ當(dāng)油液產(chǎn)生的壓力加上活塞Ⅱ彈簧力等于活塞Ⅰ的彈簧力后，斜盤(pán)開(kāi)始向最小角度附近擺動(dòng)，泵輸出較小的流量來(lái)維持變量柱塞泵的內(nèi)部泄露，變量柱塞泵此狀態(tài)被稱(chēng)為低壓待機(jī)。工作狀態(tài)如圖2所示

由于閥2閥芯處于中位封閉，油液不能到達(dá)液壓缸所以液壓缸沒(méi)有動(dòng)作。

3.2.2 在此狀態(tài)下如果閥2的a端輸入控制油閥芯將會(huì)向右移動(dòng)，泵輸出的油液將會(huì)通過(guò)換向閥2的左端進(jìn)入壓力感應(yīng)閥1左端后，推動(dòng)壓力感應(yīng)閥閥芯向閥的右端移動(dòng)接通整個(gè)系統(tǒng)的回路。這樣泵輸出的油液就可以到達(dá)油缸的A端面控制油缸活塞按照負(fù)載要求自由移動(dòng)。在此狀態(tài)下分析系統(tǒng)工作過(guò)程。

根據(jù)伯努利流量方程：

式中Q為通過(guò)閥芯孔口流量，C為閥芯流量系數(shù)，ρ為流體密度，A為先導(dǎo)操縱桿控制的閥2開(kāi)口面積， △P為閥2進(jìn)、出口壓力差?？梢?jiàn)C、ρ是常數(shù)，流量Q的大小取決于閥2的開(kāi)度A與閥2的進(jìn)、出口壓差△P。

閥芯工作如圖3所示

（1）假如閥2的a端輸入的控制油壓力維持不變，根據(jù)伯努利流量方程則閥2的開(kāi)口面積A不變，根據(jù)以上公式可知，流過(guò)閥2的流量Q只與通過(guò)的壓差△P有關(guān)系，我們來(lái)分析壓差變化如何影響流量變化。

P端油液通過(guò)方向閥2和壓力感應(yīng)閥1 （壓力感應(yīng)閥的目的就是檢測(cè)出負(fù)載的壓力通過(guò)S端返回閥3，當(dāng)有多個(gè)方向閥來(lái)控制多個(gè)負(fù)載時(shí)，壓力感應(yīng)閥就只是檢測(cè)出最高壓力來(lái)返回閥3）流到活塞缸的左端推動(dòng)活塞向右移動(dòng)。這樣對(duì)于閥3來(lái)說(shuō)，當(dāng)調(diào)節(jié)螺釘左端調(diào)定一個(gè)Kx值后（通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘可以根據(jù)客戶(hù)系統(tǒng)需要設(shè)置不同的壓差值），由于S3是定值，當(dāng)負(fù)載T增加則P1增加，P1′增加，P3′增加，閥3閥芯向右移動(dòng)，閥芯孔口減小，流量減小，由以上公式△P= P-P1可知，P值也要增加，閥芯在極短的時(shí)間內(nèi)回到初始位置附近，同理P1減小，P值也要減小，也就是說(shuō)不管負(fù)載如何變化，閥3閥芯開(kāi)口是不變化的（理論上如此，實(shí)際上閥芯是在孔內(nèi)一個(gè)點(diǎn)做高頻振動(dòng)），由圖3可知在轉(zhuǎn)速不變的情況下進(jìn)入活塞Ⅱ的流量不變；斜盤(pán)擺角不會(huì)變化，泵輸出的流量通過(guò)閥2保持不變，而且只輸出比負(fù)載壓力高出△P的油壓，避免了系統(tǒng)的流量損失和過(guò)大的壓力損失。

為了驗(yàn)證以上分析是否正確，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)做試驗(yàn)在輸入泵轉(zhuǎn)速不變的情況下將負(fù)載壓力從5MPa增加到25MPa，在閥2的P1端接流量計(jì)后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表1：

表1

（2）假如閥2的a端輸入的控制油壓力增大，我們來(lái)分析此時(shí)各閥的受力運(yùn)動(dòng)情況，閥2的開(kāi)口增大，根據(jù)伯努利流量方程面積增大，通過(guò)孔口的流量會(huì)增大，需要泵輸出的流量增加，斜盤(pán)的擺角會(huì)增大；當(dāng)閥2孔口增大的同時(shí)，通過(guò)閥2孔口的阻力減小，由圖3可知，P1增加，P減小，閥3 左端的壓力增加推動(dòng)閥芯向右移動(dòng)，孔口減小，通過(guò)閥3的流量減小，進(jìn)入活塞Ⅱ的流量減小，所以斜盤(pán)要向大角度方向擺動(dòng)，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，輸出的流量增大。閥3的閥芯又在不同的地方處于動(dòng)態(tài)平衡（以上情況是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，由于閥3的彈簧剛度很大，當(dāng)A變化引起的壓力變化△P基本維持不變）。同理假如閥2的a端輸入的控制油壓力減小，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，輸出的流量也會(huì)減小。因此對(duì)于閥3調(diào)定一個(gè)數(shù)值后，通過(guò)閥2的流量只與面積大小有關(guān)系，所以通過(guò)改變閥2的兩端控制油的輸入壓力，完全可以控制負(fù)載的移動(dòng)速度。

3.2.3 當(dāng)油缸活塞繼續(xù)向右移動(dòng)到達(dá)油缸的最右端后

油缸不動(dòng)后，油液很快在系統(tǒng)中停止流動(dòng)，液壓泵的出口油液處于封閉狀態(tài)，壓力升高；P1=P，根據(jù)以上對(duì)閥3的受力分析可知，閥芯3只在彈簧力的作用下恢復(fù)到初始狀態(tài)對(duì)閥芯4的受力分析如下：

P×S4=Kx′

當(dāng)P升高到P×S4>Kx′后閥芯4向左移動(dòng)，接通泵輸出的油液到活塞Ⅱ的底部，使斜盤(pán)擺向近乎為零排量的位置，液壓泵停止供油，僅僅提供保持泵高壓狀態(tài)下的泄露。我們稱(chēng)泵處于高壓待機(jī)狀態(tài)；整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)負(fù)載敏感系統(tǒng)的以上分析計(jì)算可以知道，負(fù)載敏感系統(tǒng)在主油泵三種工作狀態(tài)下，泵輸出的流量沒(méi)有過(guò)多的浪費(fèi)，使泵的供油壓力始終高出負(fù)載壓力一個(gè)較小壓差△P。操作換向閥改變閥口開(kāi)度，泵能自動(dòng)調(diào)節(jié)并輸出與負(fù)載速度要求想適應(yīng)的流量，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)泵輸出功率與負(fù)載需要的匹配，極大提高了系統(tǒng)效率，達(dá)到了節(jié)能目的。輸出的流量?jī)H僅是提供給負(fù)載做功以及維持整個(gè)系統(tǒng)的泄漏；相對(duì)于以前的系統(tǒng)而言，避免了在高壓下系統(tǒng)的溢流損失和過(guò)多的發(fā)熱損失。

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