【正文】 負(fù)載敏感技術(shù)原理 1） 關(guān)于 負(fù)載敏感 控制，從基本類型來(lái)講可以區(qū)分為兩大類：閥控系統(tǒng)與泵控系統(tǒng)。樓主的示例是泵控系統(tǒng)。 2）在閥控系統(tǒng)中，如果只考慮用途比較廣泛的傳統(tǒng)方式，區(qū)分為比例方向閥前串聯(lián)定差減壓閥的負(fù)載補(bǔ)償型，和比例方向閥并聯(lián)定差溢流閥的負(fù)載敏感型。在一般工業(yè)系統(tǒng)中，或者使用前者，或者使用后者，兩者不可兼得。 3）第二點(diǎn)中，串聯(lián)定差減壓閥的負(fù)載敏感系統(tǒng)，其基本優(yōu)點(diǎn)是所控制負(fù)載速度只與輸入信號(hào)有關(guān)，不受 負(fù)載壓力變化的影響。其缺點(diǎn)在于這是個(gè)定壓系統(tǒng)，還存在較大的能量損失。 4）第二點(diǎn)中，并聯(lián)定差溢流閥的負(fù)載敏感系統(tǒng)，除了所控制負(fù)載速度只與輸入信號(hào)有關(guān)，不受負(fù)載壓力變化的影響之外，其基本優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，即不是定壓系統(tǒng)，泵的出口壓力僅僅比負(fù)載高一個(gè)固定的數(shù)值，例如 5－ 10bar。同時(shí)，閥內(nèi)可配置先導(dǎo)壓力閥，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到其調(diào)定值時(shí)，就與主閥構(gòu)成系統(tǒng)安全閥，限于系統(tǒng)的最高壓力，省去另設(shè)系統(tǒng)安全閥。在第 第 4 中，有些產(chǎn)品還通過(guò)設(shè)置附加 液壓 半橋，獲得比例方向閥閥口壓差的小范圍可調(diào)，以適應(yīng)用戶的要求。 5）如前所述，上述第 第 4 所講的定差減壓型，與定差溢流型在一般的比例方向閥系統(tǒng)中，兩者只能選一。這種負(fù)載補(bǔ)償情況，在多路閥控制的多負(fù)載系統(tǒng)中，得到了新的發(fā)展（在多路閥中能夠構(gòu)成負(fù)載敏感系統(tǒng)的只有 4 通型多路閥，一般的 6 通型多路閥是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的）。這就是：多路閥中每一聯(lián)配置定差減壓閥，同時(shí)通過(guò)梭閥網(wǎng)絡(luò)將同時(shí)動(dòng)作各聯(lián)的最高負(fù)載壓力（ LS 信號(hào)）引到泵出口的定差溢流閥，總體上構(gòu)成負(fù)載敏感適應(yīng)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，這種配置的負(fù)載敏感系統(tǒng)中各聯(lián)之間互 不干擾，速度只與各聯(lián)輸入信號(hào)相關(guān)；而且泵的出口壓力不是一個(gè)定值，它隨時(shí)隨刻都只是比當(dāng)時(shí)的最高負(fù)載壓力高出一個(gè)固定的數(shù)值。 6）就以多路閥為例，介紹泵控負(fù)載敏感系統(tǒng)。實(shí)際上就是上面第 5 點(diǎn)的 LS 信號(hào)不是引到定差溢流閥，而是引到負(fù)載敏感泵就成了（即以負(fù)載敏感泵代替第 5 點(diǎn)的定量泵和定差溢流閥）。 7）對(duì)于多路閥系統(tǒng)，第 5 點(diǎn)的系統(tǒng)一般稱為開(kāi)中心負(fù)載敏感系統(tǒng)，它還是有一定的能量損失。而第 6 點(diǎn)的系統(tǒng)一般稱為閉中心系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)壓力與流量與負(fù)載的需求相適應(yīng)。這是所有形式中最為節(jié)能的型式。 LS 系統(tǒng)和 LUDV 系統(tǒng) 單泵 多負(fù)載系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償及方案比較 對(duì)于單泵負(fù)載情況，負(fù)載系統(tǒng)的良好特性是不難保證的。但對(duì)于實(shí)際上應(yīng)用較多的單泵負(fù)載復(fù)合動(dòng)作工況，情況則因負(fù)載間的相互干擾而變得復(fù)雜了。常見(jiàn)的單泵雙負(fù)載復(fù)合動(dòng)作，為使供油壓力足以驅(qū)動(dòng)兩負(fù)載中較大者，需要利用梭閥使負(fù)載傳感油路始終與兩回路中較高的負(fù)載壓力相通。其結(jié)果是只有在兩回路的負(fù)載壓力相同條件才能保證兩執(zhí)行元件均具有流量匹配特性。若兩回路的負(fù)載壓力不等，則系統(tǒng)只能使負(fù)載壓力較高的回路保持流量和壓力補(bǔ)償?shù)奶卣?，而另一回路則失去這種特征。實(shí)際上，同時(shí)動(dòng)作的兩負(fù)載大小不等是常有的。因此，為避免這種不利的影響，對(duì)單泵多負(fù)載傳感系統(tǒng)，必須在各回路設(shè)置壓力被償閥，以便調(diào)節(jié)和執(zhí)行元件間的負(fù)載差。 據(jù)補(bǔ)償閥在系統(tǒng)中的位置不同，可以有閥前補(bǔ)償和閥后補(bǔ)償兩種設(shè)計(jì)方案，不同的補(bǔ)償方案決定了系統(tǒng)性能上的差異。下面分析兩種補(bǔ)償方案的控制性能。 為便于比較，分析中假設(shè)作用有正負(fù)載，負(fù)載壓力，并將方向閥簡(jiǎn)化成了二位閥。 單泵多負(fù)載系統(tǒng)的壓力補(bǔ)償及方案比較 閥前補(bǔ)償 閥前補(bǔ)償是單泵多負(fù)載傳感系統(tǒng)較為傳統(tǒng)的壓力補(bǔ)償方法（見(jiàn)圖，其特點(diǎn)是壓力補(bǔ)償閥位于方向閥進(jìn)油口之前，且補(bǔ)償閥彈簧腔引入的壓力是和回路本身的負(fù) 載壓力，工作時(shí)，靠補(bǔ)償閥的開(kāi)度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)和回路間的負(fù)載差。 工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)介紹 液壓 系統(tǒng)動(dòng)力匹配及控制技術(shù)在國(guó)外起步較早，發(fā)展較快，很多技術(shù)在國(guó)外使用后很快進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)主要停留在引進(jìn) 模仿階段，并沒(méi)有自己的專有技術(shù)。 定量泵設(shè)計(jì)方法 在早期的 工程機(jī)械 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用定量泵設(shè)計(jì)的 原則是：系統(tǒng)的最大工作流量 (Q)與最大工作壓力 (P)的乘積即系統(tǒng)的最大輸出功率 (N)不能超出柴油機(jī)額定功率 (Nj)。 但在一般工況下功率利用系數(shù)太低，且無(wú)法施展較強(qiáng)的控制功能，因而性能不佳。目前在小噸位 (5～ 50t)汽車起重機(jī) 和隨車起重機(jī)等產(chǎn)品中仍在使用。 單泵恒功率控制技術(shù) 在單泵控制系統(tǒng)中，一般通過(guò)變量控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)變量泵排量的控制，在最早的恒功率控制技術(shù)中，通過(guò)對(duì)變量機(jī)構(gòu)兩 根彈簧彈力的不同設(shè)定，能實(shí)現(xiàn)對(duì)變量泵輸出流量的控制，其工作曲線為折線，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到第一根彈簧設(shè)定力后，變量泵排量開(kāi)始減小。當(dāng)系統(tǒng)壓力克服第二根彈簧設(shè)定力后，變量泵變量曲線斜度發(fā)生變化。通過(guò)以上控制，使其變量曲線上 P、 Q 乘積的離散值趨近于常數(shù) C。通過(guò)以上控制大大提高了柴油機(jī)功率的利用系數(shù)，又能保證柴油機(jī)不會(huì)因過(guò)載熄火。力士樂(lè)公司開(kāi)發(fā)的恒功率控制技術(shù)中，通過(guò)杠桿原理對(duì)變量控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使其功率曲線近似為反比例曲線，功率利用系數(shù)更高。 雙泵恒功率控制技術(shù) 在雙泵或多泵系統(tǒng)中，由于存在多泵之間功 率分配的技術(shù)難題，如何使柴油機(jī)功率合理地分配到各泵，使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作，盡可能發(fā)揮其最大效能，最大程度發(fā)揮出 發(fā)動(dòng)機(jī)功率成為關(guān)鍵。目前，這方面的控制技術(shù)有不同的組合形式。 (1)分功率控制技術(shù) 分功率控制是根據(jù)各泵所負(fù)責(zé)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際需用功率，將柴油機(jī)功率按一定比例分配給各泵。在分功率控制中，每個(gè)泵均有獨(dú)立的變量控制機(jī)構(gòu)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)在預(yù)先設(shè)定的工作曲線上工作。但分功率控制的最大缺點(diǎn)是不能充分利用發(fā)動(dòng) 機(jī)功率，當(dāng)某個(gè)泵因某種情況不需要工作時(shí)，其功率不能給另一個(gè)泵使用而白白浪費(fèi)，因此極易出現(xiàn) ―大馬拉小車 ‖的現(xiàn)象，無(wú)法滿足大型工程 機(jī)械 的使用要求。 (2)總功率控制技術(shù) 總功率控制系統(tǒng)共用一個(gè)變量機(jī)構(gòu)，因此各泵流量相同，作用在彈簧上的壓力是多泵工作壓力之和，當(dāng)多泵壓力之和的 1/2 達(dá)到彈簧設(shè)定值后，主泵開(kāi)始變量，其變量原理與單泵恒功率的相同。 總功率控制可以實(shí)現(xiàn)多泵功率互補(bǔ)，當(dāng)其中一個(gè)泵不工作時(shí)，其功率可被 其他泵使用，柴油機(jī)功率利用系數(shù)大大提高。其最大缺點(diǎn)是能量損失大。因各泵工作流量相同，當(dāng)其中某泵負(fù)責(zé)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作時(shí)，主泵仍輸出大流量，多余流量必然會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。總功率控制另一個(gè)缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同速度的控制。 (3)交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù) 交叉?zhèn)鞲锌刂葡到y(tǒng)是上世紀(jì) 80年代日本在總功率控制和分功率控制基礎(chǔ)上研制出的一種新型功率控制技術(shù)。它是在分功率控制基礎(chǔ)上，將兩個(gè)泵工作壓力實(shí)現(xiàn)交叉控制，即每個(gè)泵各自有變量機(jī)構(gòu)，各自流量可以不同，當(dāng)其中一個(gè)泵的功率利用小于總功率的 50%時(shí)，多余功率可被另一個(gè)泵利 用，當(dāng)兩個(gè)泵的功率利用系數(shù)都達(dá)到 50%時(shí)，每個(gè)泵都利用總功率的 50%。交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù)集中了總功率控制和分功率控制的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了它們的缺點(diǎn)，較為理想。但仍不能全部利用柴油機(jī)功率，而且功率分配在多執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)工作，當(dāng)某泵所負(fù)責(zé)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作速度調(diào)至很低且負(fù)荷較大時(shí)，因交叉?zhèn)鞲幸褜毫Ψ答伣o另一個(gè)泵，此時(shí)另一個(gè)泵最多只能利用 50%的功率，而第一個(gè)泵卻沒(méi)有用完 50%的功率，顯然在這種工況柴油機(jī)功率利用系數(shù)仍然偏低。 (4)負(fù)反饋交叉?zhèn)鞲泄β士刂萍夹g(shù) 交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù)雖然在某種程度最大限度地利用了柴油機(jī)功率 ，但只限于兩個(gè)主泵之間。而對(duì)于多泵控制系統(tǒng)，由于各泵并不同時(shí)處于工作狀態(tài)，或者即使都處于工作狀態(tài)，但并不同時(shí)以最大排量或最大壓力工作，這樣還是無(wú)法準(zhǔn)確確定變量泵的實(shí)際輸出功率，易造成功率設(shè)定超載或過(guò)于保守。 力士樂(lè)公司上世紀(jì) 90年代開(kāi)發(fā)的負(fù)反饋交叉?zhèn)鞲泄β士刂萍夹g(shù)將其他泵的壓力反饋至主泵的功率控制口，當(dāng)其他泵不工作時(shí)，反饋壓力為 0，主泵在最大功率點(diǎn)工作，當(dāng)其他泵工作后，系統(tǒng)根據(jù)反饋壓力自動(dòng)將主泵設(shè)定功率降低。這種控制不僅可使各泵所利用的功率實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，還可以最大限度地提高主泵輸出功率。負(fù)反饋交叉?zhèn)鞲泄β士?制技術(shù)由于交叉?zhèn)鞲性诠β士刂粕献陨淼娜毕?，隨著被反饋液壓泵數(shù)量的增加，這種控制方法不僅效果越來(lái)越不理想，而且難度越來(lái)越大，系統(tǒng)也過(guò)于復(fù)雜。 計(jì)算機(jī)控制功率優(yōu)化控制技術(shù) 綜上所述，傳統(tǒng)動(dòng)力匹配及控制技術(shù)，雖取得了明顯的效果，但都未能從根本上解決問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，國(guó)外很多公司將計(jì)算機(jī)技術(shù)成功地應(yīng)用到動(dòng)力匹配及控制技術(shù)中，取得了良好的效果。傳統(tǒng)的恒功率控制中，控制系統(tǒng)與柴油機(jī)的匹配非常保守，液壓泵的輸出轉(zhuǎn)矩要遠(yuǎn)低于柴油機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當(dāng)柴油機(jī)性能下降時(shí)易使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下 降導(dǎo)致熄火。浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室新建的節(jié)能試驗(yàn)臺(tái)，采用計(jì)算機(jī)功率優(yōu)化控制系統(tǒng)。它設(shè)有多種工作選擇模式和怠速模式，用戶可按負(fù)載大小和實(shí)際工作需要進(jìn)行選擇，每一個(gè)工作模式對(duì)應(yīng)于一定的油門位置。當(dāng)設(shè)定好一定的工作模式后，計(jì)算機(jī)向步時(shí)電機(jī)發(fā)出輸出指令，給定一個(gè)油門開(kāi)度，同時(shí)控制系統(tǒng)可根據(jù)工作模式，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中查出該油門開(kāi)度下的柴油機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)還有一個(gè)輸出模式選擇，即最大功率模式和最節(jié)省燃油模式。在設(shè)定了功率模式和輸出模式后，通過(guò)檢測(cè)柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速的變化可對(duì)油門和主泵排量進(jìn)行按比例無(wú)級(jí)控制， 從而使柴油機(jī)始終在目標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。 目前該項(xiàng)研究?jī)H停留在試驗(yàn)階段，該控制系統(tǒng)中，工作模式在 CPU中進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，因此用戶必須在 CPU規(guī)定的模式下進(jìn)行選擇，可選模式受到限制，無(wú)法滿足用戶各項(xiàng)使用要求。在混凝土泵車行業(yè)，目前三一重工開(kāi)發(fā)出的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制裝置，利用 PLC 中的 PID 控制指令對(duì)柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，有效地減少了柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速在 液壓系統(tǒng) 輸出功率加大后造成的波動(dòng)，使控制系統(tǒng)在不同負(fù)荷下 都能維持同一工作轉(zhuǎn)速。該控制系統(tǒng)提高了整機(jī)輸出功率和工作效率，使柴油機(jī)在較低轉(zhuǎn)速工作時(shí)不會(huì)因過(guò)載產(chǎn)生怠速或熄火現(xiàn)象，因此液壓系統(tǒng)和柴油機(jī)之間的匹配得以優(yōu)化。但該控制系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了對(duì)柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，在系統(tǒng)超載產(chǎn)生柴油機(jī)失速后，只是通過(guò)加大油門開(kāi)度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的恒定，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓泵排量的控制，因此并沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)和柴油機(jī)之間的最佳匹配和控制，而且當(dāng)柴油機(jī)在較高轉(zhuǎn)速工作時(shí)，控制效果并不理想。計(jì)算機(jī)功率優(yōu)化控制技術(shù)的出現(xiàn)，不但使柴油機(jī)和匹配實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，還使液壓系統(tǒng)更趨于簡(jiǎn)單化。 存在的主要 問(wèn)題 目前國(guó)內(nèi)對(duì)液壓動(dòng)力匹配的核心技術(shù)多集中在國(guó)外專業(yè)公司手中，國(guó)內(nèi)缺乏自主創(chuàng)新能力，無(wú)法對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行必要的改進(jìn)和提高；系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立較為復(fù)雜，很多研究還集中在定性方面，缺乏理論計(jì)算基礎(chǔ)；對(duì)柴油機(jī)技術(shù)、液壓系統(tǒng)控制技術(shù)、電氣控制 (主要涉及PLC 控制領(lǐng)域 )3 者應(yīng)進(jìn)行有效接口，提出系統(tǒng)控制方案；對(duì)柴油機(jī)、液壓等系統(tǒng)缺乏必要的測(cè)試手段。 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和技巧 1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則 合理的設(shè)計(jì)應(yīng)該在保證產(chǎn)品必備功能的前提下，使制造成本最低，這也正是本文所要探索的課題。 （ l）必須滿足客戶對(duì)產(chǎn)品功 能和服務(wù)的要求。 工程機(jī)械 提供給客戶的不僅是產(chǎn)品的功能，還包括支持這些功能的售后服務(wù)。因此設(shè)計(jì)過(guò)程中既要針對(duì)產(chǎn)品的不同功能特點(diǎn)，又要使產(chǎn)品具有良好的維修方便性。 （ 2）符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和有關(guān)的法令、法規(guī)。 （ 3）堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的 ‖三化 ‖原則。 （ 4）符合社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。 （ 5）符合技術(shù)創(chuàng)新的規(guī)律，重視對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。 （ 6）從企業(yè)的實(shí)際工藝水平和生產(chǎn)能力出發(fā) ，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與工藝、生產(chǎn)相結(jié)合。產(chǎn)品設(shè)計(jì)不單單是圖樣設(shè)計(jì)，還包括工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究： ① 簡(jiǎn)化零件的功能或形狀； ② 最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化； ③ 盡可能使設(shè)計(jì)圖紙中所規(guī)定的材料牌號(hào)、品種、規(guī)格與現(xiàn)有材料的使用情況一致； ④ 將毛坯工藝與加工工藝更有效地結(jié)合起來(lái)考慮； ⑤ 根據(jù)企業(yè)當(dāng)前正常生產(chǎn)所采用的加工工藝、操作規(guī)則及相關(guān)信息來(lái)判斷工藝設(shè)計(jì)的合理性； ⑥ 選擇成熟加工工藝能保障的尺寸公差和表面粗糙度； ⑦ 綜合分析與生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的信息， 對(duì)主要零部件進(jìn)行必要的價(jià)值工程分析。 2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)技巧 2． 1 采用 ‖三化 ‖原則 （ l）零件盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件或用標(biāo)準(zhǔn)件改制或外購(gòu)件。 （ 2）設(shè)計(jì)花鍵、螺紋時(shí)，應(yīng)使之便于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具、量具進(jìn)行加工和檢測(cè)，特別應(yīng)優(yōu)先考慮企業(yè)現(xiàn)有的刀具、量具。 （ 3）大型結(jié)構(gòu)件、鑄鋼件的設(shè)計(jì)，盡量采用不必攻絲的緊固件，如用焊接螺母板代替螺孔。設(shè)計(jì)大型工件時(shí)，應(yīng)考慮利用已鎮(zhèn)成的孔作為基準(zhǔn)來(lái)焊接螺母板。 （ 4）盡量選用現(xiàn)有的成熟的零部件，或成熟的結(jié)構(gòu)和工藝方法，使產(chǎn)品系列化、通用化。用這種 ‖搭積木 ‖的方法，可以加快 設(shè)計(jì)速度、縮短新產(chǎn)品樣機(jī)試制周期，盡早占領(lǐng)市場(chǎng)。 （ 5）建立企業(yè)自己的 ‖標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù) ‖，加快設(shè)計(jì)試制進(jìn)度。筆者所在的企業(yè)現(xiàn)已建立并逐步完善了 ‖廠標(biāo)準(zhǔn)件 ‖制度和 ‖廠標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù) ‖，將凡是在三個(gè)以上主要產(chǎn)品中使用的相同或相似的零件選定為廠標(biāo)準(zhǔn)件。 （ 6）盡可能選擇統(tǒng)一的錐度、一致的板厚尺寸和牌號(hào)統(tǒng)一的鑄鋼件材料。 2． 2 從形狀和結(jié)構(gòu)上改進(jìn)設(shè)計(jì) （ 1）盡量減少零件。把幾個(gè)零件合并成一