负载敏感控制技术.ppt

负载敏感（LS）控制系统工作原理邹炳燕 2011.6负载敏感（LS）控制系统工作原理n何谓负载敏感n负载敏感系统是如何工作的 n采用负载敏感控制的优点 n应用 n负载敏感控制技术的前景早期定量泵系统n早在二十世纪六十年代后期，工程师对液压传动技术 的优缺点进行了仔细的分析n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n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 早期定量泵系统限压式变量泵系统n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n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n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、但排量近乎为零限压式变量泵系统n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。

n中位闭式系统的缺点是液压泵试图在所有工况 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 n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限压式变量泵系统负载敏感（LS）控制系统工作原理n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n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n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 样的工作性能负载敏感（LS）控制系统工作原理n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n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？负载敏感（LS）控制系统工作原理n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n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n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负载敏感控制何谓负载敏感n实现负载敏感控制的完整装置由如下元件组成：n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n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n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n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何谓负载敏感n当液压系统未工作，处于待机状态时，控制阀必须切 断油缸（或马达）与液压泵之间的压力信号n这将在系统未工作时导致液压泵自动转入低压等待状 态n当控制阀工作时，先从油缸（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n系统所需的流量是由滑阀的开度控制的n系统的流量需求通过信号道、控制阀反馈给液压泵n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。

负载敏感系统是如何工作的n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n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负载敏感系统是如何工作的n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n这是台轴向柱塞、变量泵， 以及它的斜盘及斜 盘倾角控制活塞负载敏感系统是如何工作的n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n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负载敏感系统是如何工作的n液压泵监控系统并调控系统参数的补偿 器 负载敏感系统是如何工作的n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；n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n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负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n最后两个主要的元件为方向控制滑阀和 油缸n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。

n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负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n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 油口也被阻塞负载敏感系统是如何工作的n方向控制阀结构中装有一个提升单向阀 ，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n若没有该单向阀则控制滑阀初始启动时 ，因为系统压力过低，承载的油缸有倒 退的可能负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n方向控制阀还具有一个负载感应单向阀 n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n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 过程也可以是梭阀）负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n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负载敏感系统是如何工作的n由于补偿器控制滑阀上没有抵抗弹簧力的压力作用， 这使得斜盘移至最大倾角。

n在此位置，液压泵准备在最大排量下工作，可向系统 提供最大的流量负载敏感系统是如何工作的n当机器启动、油缸或马达即将运转时，液压泵的流量 提供给方向控制阀，但是由于控制阀为中位闭式的， 流量被阻滞于泵的出口与控制阀的进口之间负载敏感系统是如何工作的n液压泵的流量同样提供给补偿器n油液的压力作用于压力-流量补偿器滑阀的左端，以及 最高压力补偿器控制滑阀的左端n根据液体的压力传递特性，要牢记所有作用过程都是 在一瞬间完成的 负载敏感系统是如何工作的n当作用在压力-流量补偿器滑阀上的油液压力 达到200PSI时，所产生的压力克服弹簧的预紧 力使阀芯向右移动n在其右移过程中，滑阀打开了一个通道，于是 在液压泵封闭油腔中的压力油接通了斜盘倾角 控制活塞n油液压力的作用使控制活塞克服复位弹簧力使 液压泵内斜盘回程至一个零排量附近的倾角n系统的这一工作状态我们称之为低压待机工况 负载敏感系统是如何工作的n在这一工况下，压力-流量补偿器的滑阀将左右振颤以维持作用于 斜盘倾角控制活塞上的需求压力，作为控制作用的又一结果，也 将对液压泵的供油流量产生影响n在低压待机状态，液压泵只需提供足以补偿内部泄漏的流量以维 持作用于压力-流量补偿器控制滑阀左端近似200PSI的等待压力。

负载敏感系统是如何工作的n请注意压力-流量补偿控制滑阀右侧弹簧腔为泄油状态 这部分液压油从弹簧腔流向方向控制阀负载敏感系统是如何工作的n在那里（方向控制阀内）油液通过一个很小的节流口 流回油箱，从而使得压力-流量控制阀芯在运动过程中 具有相应的阻尼，以确保调节系统乃至过程的稳定性 负载敏感系统是如何工作的n现在，来观察一下方向控制滑阀移至左端时，系统的 状态将会发生什么样的变化n首先要注意的是液压缸内的压力将通过方向控制阀内 的油路，流过负载感应单向阀，进入压力-流量补偿器 滑阀右端的弹簧腔n由于这部分油液压力与初始设定为200PSI（此时应为 略高于200PSI的压力，由于弹簧压量有所增加但弹 簧刚度及位移很小，压力增量可忽略的弹簧力一 同作用使压力-流量补偿器控制滑阀移至左端n导致斜盘倾角控制活塞内的部分压力油通过泄油路接 通油箱弹簧力迫使斜盘倾角控制活塞到达一个新的 位置， 液压泵开始向系统提供较大的流量负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n因为方向控制阀内的阀芯已经动作，液压泵的流量此 时能够绕过提升单向阀，经过方向控制的滑阀，进入 液压缸承载腔n尽管压力油也作用于阀内节流口的入口处，但由于该 节流口很小，未在接通压力-流量补偿器控制滑阀弹簧 腔（泄油）的油路上导致可观的功率损失。

负载敏感系统是如何工作的n通过接入测量仪表，可以查看液压油流经方向控制滑阀所产生的 压力降如何用于液压泵的流量控制n压力表“A” 和 “B” 显示有相同的压力并且压力表“C” 和 “D” 显示有相同的压力n注意两组压力表间刚好存在着200PSI的压力差n液压油通过滑阀控制台肩所引起的压力降与压力-流量控制滑阀以 及预调为200PSI的压力-流量补偿器弹簧一同工作，使阀口前后压 力差得以保持，对应不同的滑阀开度，均可实现液压泵的流量控 制n注意，作用在滑阀左端的800PSI压力抵抗着作用于右端的600PSI 压力和200PSAI弹簧力，600PSI加上200PSI刚好等于800PSI这 不是一个等式，却是一种作用机理负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n在这个原理图中，方向控制阀中的滑阀将沿着与前述 过程相同的方向移动更远的距离n正是由于较远的阀芯位移，围绕阀芯的阀口开度得以 增大；这意味着阀口对液流的节流作用将有所减弱n流动阻力的减弱被压力-流量补偿器滑阀所感受n压力-流量补偿器内的滑阀也要相应地移动，因而斜盘 倾角控制活塞泄出更多油液，从而使液压泵斜盘在能 够获得更高流量的倾角位置上工作。

n此时液压泵开始向系统提供更多的流量负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n如果再度接入四块压力表，尽管方向控制滑阀 开度增大引起了液流阻力的减小，但液压泵的 供油流量有所增加，两组压力表间依然保持了 刚好200PSI的压力差n在方向控制阀滑阀移动，液压泵通过该阀口向 执行元件供油时，无论阀的开度如何变化，压 力-流量补偿器滑阀均努力通过自身的调节功 能，维持200PSI的恒定压差负载敏感系统是如何工作的n 负载敏感系统是如何工作的n基于这样一种原理，可以得到获得了一 个效率很高的液压系统这种液压系统 仅提供必要的流量保持系统泵的输出压 力高于系统工作压力200PSIn液压泵将自动调节排量及工作压力以满 足系统对不同压力和流量的需求负载敏感系统是如何工作的n渐渐地，液压缸的活塞运动至行程终了位置n此时，通过方向控制滑阀环槽的液流被阻止n控制滑阀两侧的压力趋于相等，作用于压力-流量补偿器控制滑阀 两端的压力也相等n预调定的200 PSI 弹簧力将压力-流量补偿器控制阀芯推至左端n此时液压泵的出口液流再次处于封闭状态，而泵的流量将导致出 口迅速升至3000 PSI，致使高压补偿器滑阀克服预调定的3000PSI 弹簧力移至右端，高压油通过该阀通路作用于斜盘倾角控制活塞 。

n活塞的运动使斜盘倾角转至排量近乎为零的位置液压泵停止供 油，仅提供保持高压的泄漏量n这种工作情况称液压泵的高压待机状态负载敏感系统是如何工作的负载敏感系统是如何工作的n伊顿负载敏感柱塞泵将保持高压待机状 态，直至下述两种情况之。