【正文】 損失和液流沖擊會隨液流流速呈平方關(guān)系增加，系統(tǒng)傳動效率下降 。同時， 油溫升高，回油背壓加大，振動與噪聲加劇，液壓元 件的壽命下降。因此，不可盲目提高油管內(nèi)的油液流速。 2） 油管壁厚的計算 19 2[ ]pd? ?? 式中 ， δ—油管壁厚； p—管內(nèi)可能的最大油壓； []? —管材許用應力， MPa。 n/][ b??? ，b? —管材抗拉強度； n—安全系數(shù)， 當 p7MPa 時，取 n=8；當 p 時，取 n=6；當 p 時，取 n=4。 其他 液壓元件設(shè)計 和 選擇 1） 閥類元件的設(shè)計 與 選擇 閥類元 件 需 按其承受的最大工作壓力和流量進行設(shè) 計 或選擇 ， 同時 保證 它們的使用工況和安裝型式符合主機要求。 壓力控制閥根據(jù)工作壓力和通過的最大流量來選取，其調(diào)定壓力的上限一般是系統(tǒng)工作壓力的 倍。流量控制閥根據(jù)工作壓力、通過的最大流量和最小穩(wěn)定流量來選取。方向控制閥根據(jù)工作壓力、最大流量和所需的滑閥機能來選取。背壓閥或補油閥的開啟壓力應達 左右。對平衡閥的選擇，應滿足其性能要求和安裝條件，尤其是流量，因為在液壓缸驅(qū)動的工作機構(gòu)中，當使用同一系統(tǒng)流量，有桿腔進油而無桿腔回油時，回油量比進油量大得多。平衡閥的先 導壓力應大于制動器的開啟壓力。選擇閥類元件時，應注意以下幾個問題： 盡量選擇標準定型產(chǎn)品；閥類元件的額定流量一般大于或等于通過該閥的最大流量，必要時，也允許實際流量大于額定流量，但不 應 超過 20%； 流量閥按系統(tǒng)所需的流量調(diào)節(jié)范圍來選取，其最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行元件最低速度要求。 2） 濾油器的選擇 濾油器是液壓系統(tǒng)中對油液進行過濾凈化的重要元件。 通常根據(jù)系統(tǒng)中液壓元件情況選取相應的濾油器及其安裝位置。在液壓泵的進油口常用網(wǎng)式濾油器，以減少進油阻力，并起一定的濾油保護作用。在系統(tǒng)的回油 油管 中多裝有較高濾油精度、大流 量規(guī)格、帶臟堵報警和保護的可換濾芯式濾油器。對濾油精度有特別要求的液壓元件，可按該液壓元件所處 油管 最大工作壓力和流量及相應的濾油要求，選取高壓管式紙質(zhì)濾油器、燒結(jié)式濾油器或金屬濾芯濾油器。在濾油器的選擇中，還應注意液壓油必須與濾油器材料相容 ， 流量規(guī)格的匹配，不選用明顯小于相應 油管 流量的濾油器。雖然選擇高過濾精度的濾油器可顯著提高液壓系統(tǒng)工作可靠性和液壓元件的壽命，但是過濾精度越高，濾油器的濾芯往往堵塞的就越快，清洗或更換濾芯就越頻繁，加上高精度濾油器價格貴成本高，因此，應根據(jù)具體情況選擇適當過濾精度 的濾油器 ，達到所需的油液清潔度。此外，還要考慮濾油器的壓降特性、納垢容量、工作溫度和安裝條件等。 3） 蓄能器的選擇 蓄能器在液壓系統(tǒng)中能儲存能量，吸收脈動壓力和沖擊，補充泄漏液體，保持恒壓和用作輔助或緊急動力源。因此，在選取蓄能器時，應按系統(tǒng)允作的最低、最高工作壓力和蓄能器的有效工作容積與用途，確定它的結(jié)構(gòu)型式，規(guī)格和安裝條件等。 4） 冷卻器 和 加熱器的選擇 20 冷卻器的選擇主要依據(jù)液壓油進入冷卻器的溫度、冷卻器應帶走的熱量、通過冷卻器的液壓油流量與壓力，工作壓力與安裝條件等。加熱器主要用于嚴寒地區(qū)工作的起重機 液壓系統(tǒng)。 選擇加熱器時，主要根據(jù)加熱液壓油品質(zhì)和容積，以及溫升速率，確定加熱器功率，再選取加熱器的安裝方式和結(jié)構(gòu)型式。也可采用在較小溫升速率時的泵油加熱方式。 5） 油箱的選擇或設(shè)計 油箱在液壓系統(tǒng)中的主要功能是：貯存供系統(tǒng)工作循環(huán)所需的液壓油；散發(fā)系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量；促進油液中的空氣分離及消除泡沫 。油箱的容積通常是指油箱液面高度為油箱總高度的 80%時油箱的貯油體積。 在 行走機械中，為了保證整機的機動性，減輕自重，便于行駛，油箱的容積一般為系統(tǒng)最大流量的 ～ 倍。履帶起重機常取 倍，油缸 機構(gòu) 較多的 機器取較大值。 負荷傳感與壓力補償原理及應用 負荷傳感控制系統(tǒng) 20 世紀 90 年代 初 ，履帶起重機 液壓系統(tǒng) 開始采用負荷傳感控制系統(tǒng) （ Load sensing，簡稱 LS） 。 負荷傳感控 制系統(tǒng) 具有感知負載工況流量、壓力，從而調(diào)整供油單元的運行狀態(tài)，向系統(tǒng)提供負載所需的壓力、流量等 特點 。 與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)比較，采用 負荷傳感控制 的液壓系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下 ： 1） 節(jié)能效果顯著。 傳統(tǒng) 的液壓系統(tǒng) ， 無論 采用定量泵還是變量泵，總要有一部分液壓油經(jīng)溢流閥溢 流 回油箱 ， 浪費 了 一定 能量。而使用負荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量幾乎全部用于負載上 ， 減少了 流量損失 。 2） 流量控制精度高，不受負荷壓力變化的影響。 3） 幾個執(zhí)行元件可以同步運動或以某種速比運動，且互不干擾。 負荷傳感 控制 系統(tǒng)有閥控制負荷傳感和泵控制負荷傳感兩種基本方式，但以微處理器為核心的泵閥聯(lián)合控制方式 是發(fā)展趨勢 。 圖 為典型的負荷傳感控制回路。 21 圖 負荷傳感控制閥 系統(tǒng) 1） LS 變量泵； 2） LS 調(diào)節(jié)閥； 3）壓力補償閥； 4）節(jié)流閥； 5）執(zhí)行機構(gòu) A； 6）執(zhí)行機構(gòu) B； 7）節(jié)流閥； 8）梭閥； 9）壓力補償閥 負荷傳感控制閥的基本原理可用流體流過節(jié)流口的伯努利流量方程表示 ： q KA p?? 式中 ， K—流量常數(shù)； A—閥開口面積； p? —閥口前后壓差。 只要控制 △ p 的值為常數(shù)，則流量 q 只與閥的開口面積有關(guān)，而與 外負荷 無關(guān)。在負荷傳感系統(tǒng)中， △ p 的值是通過壓力補償閥來實現(xiàn)的，其中壓力補償閥的彈簧 力 決定了節(jié)流口處壓降 △ p 的值。 復合動作時，執(zhí)行元件 A 和執(zhí)行元件 B 需要 不同的 驅(qū)動壓力， 如圖 所示，分別為 100bar 和 50bar。 對執(zhí)行機構(gòu) A 進行分析， 100bar 的壓力被引到壓力補償閥 3，壓力補償閥 3 的彈簧力為 7bar，由靜壓力平衡可知，壓力補償閥 3 的出口壓力為 107bar，忽略管道沿程阻力損失，節(jié)流閥 4 的進口壓力即為 107bar，從而節(jié)流 閥 4 的壓降 為 7bar，即 為 壓力補償閥的彈簧力。 同理分析可知，節(jié)流閥 7 的壓降為 7bar，與節(jié)流閥 4 的壓降相同，即意味著此時可進行復合動作。 閥 8 為梭閥，將回路 A 與回路 B 的最高壓力 引到 變量泵 的 LS 口 ， 變量機構(gòu)根據(jù)來自 LS 口的負荷壓力 可自動地對泵的斜盤擺角進行調(diào)節(jié)，從而控制泵的流量始終等于執(zhí) 22 行元件所需流量。當負荷壓力升高時，泵擺角自動減小，從而減小泵的排量；當負荷壓力下降時，泵擺角自動增大 ，從而增大泵的排量。 負荷傳感系統(tǒng)應用于履帶起重機時，也有一定缺點。梭閥 8 將最高負荷壓力 100bar引到 LS 調(diào)節(jié)閥， LS 調(diào)節(jié)閥的彈簧力為 20bar，則泵的出口壓力為 120bar，即泵的輸 出壓力只與最高負荷壓力相適應，壓差為 20bar。但 B 回路的負荷壓力為 50bar， 與 泵的輸出 壓力 相差 70bar，且壓差主要作用在壓力補償閥兩端，既會造成系統(tǒng)能量的損耗，發(fā)熱量大，又易造成壓力補償閥的損壞。 負荷傳感分流器系統(tǒng) 應用 負荷傳感控制系統(tǒng) 的前提條件 是 ，泵的供油能力大于工作系統(tǒng)所需的流量 。 一旦工作系統(tǒng)要求的流量超過泵供油 能力的極限時，最高負荷回路上的執(zhí)行元件速度會迅速降低直至停止，從而使履帶起重機失去復合動作的協(xié)調(diào)能力。 圖 中 ，當泵的供油能力不足時，泵的出口壓力將 達不到 120bar， 一旦此值低于 107bar，壓力補償閥 3 將不起作用 ，從而導致節(jié)流閥 4 的壓降小于 節(jié)流閥 7 的壓降，系統(tǒng)的油液將 通過節(jié)流閥 7 流向低 負荷 執(zhí)行機構(gòu) B， 高負荷回路上的執(zhí)行元件 A 的速度會迅速降低直至停止 。 為解決 這一缺點 ， 力士樂公司 在液壓系統(tǒng)中 設(shè)置了負荷傳感分流器 （ LUDV） ，其主要作用是保證 在供油不足時所有執(zhí)行元件的工作速度按比例下降，以獲得與負荷壓力無關(guān)的控制。負荷傳感分流器 工作原理如 圖 所示。 LUDV 系統(tǒng)中壓力補償閥位于節(jié)流閥 A 和 B 之后，故稱為帶次級壓力補償閥的負荷傳感控制系統(tǒng)。最高負荷壓力不但傳感到變量泵中，也傳感到各個壓力補償閥。圖 中的壓力補償閥是基于定差減壓原理，而圖 中的流量分配型壓力補償閥是基于比例溢流原理，最高負荷壓力作為比例控制信號傳遞給所有的壓力補償閥，同時負荷傳感控制器也在最高負荷壓力的作用下，對液壓泵的排量進行控制，使泵的輸出壓力較最高負荷壓力高出一個固定值，這樣所有的多路閥閥口的壓降都被控制在同一值。即使泵 出現(xiàn)供油不足的現(xiàn)象，雖然執(zhí)行機構(gòu)的速度會下降，但由于所有閥口的壓降是一致的，各工作機構(gòu)的工作速度還會按閥的開口面積保持比例關(guān)系，從而保證履帶起重機動作的準確性。 在一般情況下， LS 系統(tǒng)、 LUDV 系統(tǒng)的工作性能基本相同，但當執(zhí)行元件所需流量超過泵輸出流量極限時， LUDV 系統(tǒng)中各節(jié)流孔壓差 △ p 始終保持相等，流量總是與節(jié)流孔面積成正比，所有執(zhí)行元件將以同一比例減速，并能獨立平穩(wěn)地工作，保持操作人員預定的工作運動軌跡，而與負荷和泵流量大小無關(guān)。 23 圖 負荷傳感分流器 系統(tǒng) 1） LS 變量泵； 2） LS 調(diào)節(jié)閥； 3）安全閥； 4）節(jié)流閥； 5）壓力補償閥； 6）執(zhí)行機構(gòu) B； 7）梭閥； 8）執(zhí)行機構(gòu) A； 9）壓力補償閥； 10）節(jié)流閥 思考題 1. 簡述履帶起重機液壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程。 2. 簡述開、閉式液壓系統(tǒng)的 優(yōu)缺點 及其在履帶起重機上的應用。 3. 簡述 LS 系統(tǒng)與 LUDV 系統(tǒng)的異同點。