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  基于液压小型挖掘机液压系统控制策略与方法的节能研究

  1 负荷传感控制

  传统液压小型挖掘机主控制阀处于中位时,液压泵输出的液压油通过回油路直接回油箱,即开中心控制。这种控制方式受外负载影响较大,且执行元件之间动作存在相互干扰,系统效率较低。 负荷传感控制源于20世纪80年代的欧洲,该系统的提出解决了多路换向阀的微调性能和复合操作性能。由于负荷传感调节器上弹簧的预紧力已经确定,使 得 液 压 泵 输 出 的 压 力 和 管 路 中 负 载 压 力 之 间 始 终 保 持 一 个 设 定 值 △P(1~3MPa)。在工作过程中,负荷传感系统根据 负载流量和压力信息对流量控制系统或液压泵变量机构进行调节,使液压泵输出流量始终等于执行元件的流量,无多余流量损失,提高了系统的能量利用效率。
基于液压小型挖掘机液压系统控制策略与方法的节能研究
  按照主控阀中位机能,液压负荷传感系统结构形式分为两类:开式中心负荷传感系统(OLSS)[和闭式中心负荷传感系统(CLSS)。前者液压泵在负荷传感系统的控制下,泵出口压力仅比各执行元件最高工作压力高出一个较小的恒定压力值,但由于流量一直保持不变,当系统工作在大负载小流量工况时,系统的能量损耗较大。后者压力和流量均能与系统需求相匹配,节能效果明显优于前者。负荷传感系统可以采用单泵供油方式驱动多个负载,同时可以与比例电磁阀协调配合,提高了系统的能量利用效率。但是由于负荷传感系统结构复杂,系统采用的负荷传感泵价格昂贵,使系统的成本有所提高。

  2 压力切断控制

  压力切断控制是对小型挖掘机液压系统压力限制的一种控制方式,其功能在本质上属于一种恒压控制。为了消除系统过载时的溢流损失,在液压泵高压出口下游设置了压力切断阀,当液压泵的出口压力高于压力切断阀设定压力时,压力切断阀向液压泵输出一个与压力增加成比例的控制信号,将液压泵排量降到接近于零,而输出压力仍保持在系统压力附近。当液压泵处于压力切断控制时,虽然系统压力很高,但由于此时液压泵的输出流量接近零,系统功率损耗很小。
基于液压小型挖掘机液压系统控制策略与方法的节能研究
  3 负流量与正流量控制技术

  为实现液压泵提供的流量能够随负载的需求而变化,液压小型挖掘机主泵通常采用液压变量泵,其泵的排量是通过检测到的流量信号自动调节。根据流量检测信号的来源不同,变量泵排量的控制方式可分为负流量和正流量控制。 20世纪80年代,日本小松公司首先推出了负流量控制技术,其目的是减少主控阀处于中位时液压泵的流量损失。负流量控制系统是在主控阀总旁通回油路上增设了节流元件,通过检测节流元件入口压力来实现流量的检测,进而控制液压变量泵的变量机构,使其按照系统需要流量进行自动调节。实际工作过程中,根据节流元件入口压力对液压泵排量进行反向调节,从而控制旁通回油流量始终保持在一个很小的恒定值,减小了系统中位回油功率损失。其系统不足之处在于六通径多路阀调速范围有限,受外负载影响较大。当负载较大时,会使多路阀阀芯越过调速区,负流量控制功能就会失去作用,系统的操纵性也将随之降低。 正流量控制在20世纪70年代开始用于液压小型挖掘机,其目的是采用容积调速代替定量系统中的节流调速,减少了系统的旁通损失和溢流损失。在正流量控制系统中,操纵手柄的先导压力信号不仅用来控制主控阀阀芯的位移,还用来控制变量泵的排量,其控制方式为变量泵的排量与先导压力信号成正比。主控制器根据先导压力变化趋势判断执行器的流量需求及变化趋势,并据此来实施调节主泵的排量,以使主泵的输出流量动态跟随执行器的需求流量,实现系统流量的实时匹配。但正流量控制系统的结构比较复杂,成本较高。


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