负载敏感(ls)控制系统工作原理与操作.pdf
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Eaton® 等 负 载 柱 塞 泵 （ 斜 盘 -轴 向 ） 中负载敏感（负载敏感（LS）控制系统）控制系统 工作原理与操作工作原理与操作 ————Load Sensing Sytem-Principle and Operation 王清岩王清岩 [译译] CCE（（JLU,CHINA））15-09-2005 Load Sensing Principle of Operation Page 序言序言 .....................................................................3 何谓负载敏感何谓负载敏感? .................................................4 负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的 ........................5 采用负载敏感控制的优点采用负载敏感控制的优点 ..........................14 开发与调试开发与调试 .....................................................25 系统比较系统比较 ..........................................................26 应用应用 ...................................................................27 负载敏感控制技术的前景负载敏感控制技术的前景 ..........................27 2 Load Sensing Principle of Operation 序序 言言早 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 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 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？ 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 3Load Sensing Principle of Operation 何谓负载敏感何谓负载敏感? 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颜色代码Return/Intake （回油、 吸油）（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）（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）（低压等待） – Any oil pressurized at the low pressure standby pressure. Working Pressure（工作压力）（工作压力） – Any oil in the circuit connected to pump flow under working pressure. High Pressure Standby（高压等待）（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）（低于低压等待压力） – Oil in the pump flow line moments after start-up. 4 Load Sensing Principle of Operation 负载敏感系统是如何工作的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5Load Sensing Principle of Operation 它由一个“高压”补偿器，滑阀与调定值为3000PSI 的调压弹簧相互作用；以及一个低压“压力-流量” 补偿器， 其滑阀与调定值为200PSI的调压弹簧相互作 用组成两个补偿器均直接安装在液压泵上，作为 液压泵的附属元件 最后两个主要的元件为方向控制滑阀和作动油缸 在这里我们仅选用了一个方向控制阀和一个油缸以 使系统简洁事实上，同一负载敏感系统中可以有 多个方向控制阀和多个执行元件 请注意方向控制阀采用了一种中位封闭的，油口正 遮盖的型式 这意味着一旦滑阀处于中位，液压泵 的为系统提供流量的入口将被阻塞；同时，接通油缸 的两个油口也被阻塞。
6 Load Sensing Principle of Operation 方向控制阀结构中装有一个提动式的单向阀， 它始终处于关闭状态，直至液压泵排油压力与油缸压力相 等若没有该单向阀则控制滑阀初始启动时，承载 的油缸有倒退的可能 方向控制阀还具有一个负载感应单向阀当系统具有 多个执行元件、多个方向控制阀时，每一联滑阀均有 这样一个负载感应单向阀负载感应单向阀的作用是 使补偿器根据系统中最高压力回路进行压力-流量调 节过程 假设系统目前处于空闲状态即将启动由于系统中 未建立起压力，调定压力为200 PSI的弹簧迫使压力- 流量补偿器滑阀推至左端这为斜盘控制活塞与油 箱之间提供了直通的油路，该卸油通道如蓝色油路 所示 7Load Sensing Principle of Operation 由于补偿器控制滑阀。
