液压挖掘机的三种流量控制方式

----------------成都小松检测技术研究所   田少民

摘要：在液压挖掘机的负载适应控制策略中，负流量（Negative Flow Control）、正流量控制（Positive Flow Control）及负荷传感器控制（Load Sensing Control）三种流量控制方式的流行称谓，是按其泵控特性来分类的。本文通过对多种厂牌型号挖掘机的比较分析，提出了旁通流量控制（By-pass Flow Control）、先导传感控制（Pilot Sensing Control）及负荷传感控制的分类。这一分类方法，对于设计时比较不同控制系统的性能和维修时理解不同控制系统结构和功能的特点，都有所裨益。 阅读全文    下载

1、流量控制

在挖掘机的液压系统内，流量Q、压力P及能耗（流量损失ΔQ、压力损失ΔP）等参数的变化，反映了液压传动过程的控制特性。液压系统工作时，压力P不是系统的固有参数，而是由外负荷决定的。因此，当发动机转速ne一定时，要对液压系统的功率进行调节，其实是对液压缸、液压马达等执行元件的进油量Qa进行调节。

2、旁通流量控制

要实现旁通流量控制，液压系统在结构上应同时具备以下三个条件：①主控阀为中位开路的三位六通阀，主控阀的各叠加阀的进油路为串并联；②在主控阀中位旁通回油路的底端设置有节流元件，同时并联有低压溢流阀。在节流元件进油口设置取压口，提取该点压力，作为流量控制的信号压力Pi。用于旁通流量控制的主控阀有如川崎的KMX系列控制阀、东芝的DX22/28型和UDX36型控制阀；③主泵的控制特性一般应为负流量控制（日立EX—5系列除外），即主泵的流量变化ΔQP与信号压力的变化ΔPi成反比，而且主泵的负流量控制阀（NC阀）在主泵调节器上的位置，应确保恒扭矩控制（TVC）优先。用于旁通流量控制的主泵有如川崎的K3V和K5V系列柱塞泵。

2.1  旁通流量控制的原理

2.2 旁通流量控制阀

2.3 小松的OLSS系统

2.4 神钢SK-6的电子负流量控制系统

2.5 斗山的电子负流量控制系统

2.6 日立EX—5的正流量控制系统

3．先导传感控制

要实现先导传感控制，液压系统在结构上应同时具备以下三个条件：①主控阀为中位开路的三位六通阀，主控阀的各叠加阀的进油路为串并联。不过，为减小液动力的影响，增大调速范围，改善滑阀的静特性，提高微调性能，对主控阀阀芯台肩切口的形状尺寸、封油长度与开口量的比例，都进行了优化设计；②用梭阀链对各操作阀输出的二次先导压力进行比较，选择其中最高的先导压力Pi作为先导传感控制的信号压力；③主泵的控制特性为正流量控制，即主泵的流量变化ΔQp应与先导传感的控制压力的变化ΔPi成正比，而且主泵的调节器应使恒扭矩控制优先于流量控制。

力士乐公司的A8VSO系列主泵和M8、M9系列主控阀，川崎的K3VDIP系列主泵和KMxRA系列主控阀，都适于构建先导传感控制系统。

3.1 先导传感控制的流量特性

3.2 日立ZX的正流量控制系统

3.3 神钢SK—5的电子正流量控制

4. 负荷传感器控制

4.1 负荷传感控制的原理

4.2 小松CLSS系统

4.3 力士乐的LUDV系统

4.4 林德的LSC系统

5. 性能对比

5.1 节能

旁通流量控制系统节能性较好。在主控阀全部中位时，旁通溢流阀开启，存在空流压力损失约3.5MPa，此时有最大的旁通流量损失QP0。操作手柄扳倒一半行程时，主泵流量仍有一部分通过六通滑阀的中立回路流回油箱。

先导传感控制系统节能性好。由于主控阀为六通滑阀，仍然存在中位回油流量损失QP0，但其QP0比旁通流量控制系统小。在主控阀中位时，回油背压小，仅0.5MPa左右。当操作手柄行程加大，主泵流量QP和执行元件进油量Qa随先导控制压力Pi增加而增加。在流量控制压力从Pis到Pie的调速范围内，QP与Qa近似为等距曲线，流量损失（QP-Qa）变化不大。

负荷传感系统的节能性较好。主控阀无串联的中立油路回油箱，因此没有主控阀的中位空流损失。当操作手柄中位时，因为主泵没有备用流量QP0，主泵的空载流量损失在理论上为零。

但是，在负荷传感主控阀的节流口存在固定的压力损失ΔPLS（2～2.9MPa），约为系统最高压力的6～8.5%。当作业中流量增大时，功率损失（执行元件所需流量与压差ΔPLS的乘积）也不小。复合作业各执行元件负荷压力相差很大时，由于泵流量只受最高负荷压力控制，主泵供油流量会多于执行元件需求流量之和，也会造成功率损失。

负荷传感控制系统中，主泵吸收的扭矩是变动的。在额定功率点上，主泵按负荷压力的变化实时调整泵的排量，因此主泵能够完全吸收发动机输出的扭矩。旁通流量控制和先导传感控制则因负荷压力变化时，主泵流量调整有一个滞后过程，主泵吸收的扭矩不变，而且为防止发动机超负荷失速，主泵在匹配工作点吸收的扭矩，设计时低于发动机额定转速下输出的扭矩，将损失大约5～8%的功率。

5.2 系统稳定性与响应性

5.3 操作性能

5.4 可靠性与可维修性

5.5 定性比较

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