挖掘机液压系统的流量控制方式可以分为简单节流控制、负流量控制、正流量控制和负载敏感控制等。1.简单节流控制,简单节流控制方式采用了开中心结构的三位六通阀,其特点是有两条供油路,一条是直通油道1,另一条是旁通油道2,通过改变阀口的开口量调节执行元件的供给流量。例如:当控制阀操纵杆不在右端极限位置时,进入液压缸的油道被节流,旁通油道2也没有完全关闭,液压缸无杆腔的供油量由阀的开口量大小决定,多余的压力油通过旁通油路2回油箱。简单节流控制方式调速特性受负载压力和液压泵流量的影响,因此系统操纵性能、调速性能和微调性能差。同时这种油路的液压执行元件复合动作时相互间有干扰,使得复合动作操纵非常困难。但由于此系统的结构简单,当系统设计完成后,能够满足挖掘机的基本要求,生产成本低,因此简单节流控制方式在小型液压挖掘机上仍有较为广泛的应用。
2.负流量控制负流量控制模式的特点是主泵输出流量与控制压力成反比,其原理各联换向阀均采用开中心结构,在中位油路经过换向阀后、回油箱前增加一个节流阀,把节流阀入口的压力作为控制压力作用于主泵的变量调节器,根据它的大小来调节主泵的排量。当所有换向阀阀芯都处于中位时,泵输出的液压油直接通油箱,通过节流阀口的流量Q,最大,则控制压力p。升至最高,该压力使主泵的排量达到最小,即泵输出流量Q最小。
当先导压力使一个或多个换向阀阀芯移动时,通向液压缸或马达的阀芯开口逐渐增大,即通向负载的流量Q逐渐增大,通向油箱的阀芯开口逐渐减小至最终关闭在这一过程中控制压力逐渐下降,主泵输出流量逐渐增大。执行元件的速度由操作人员操纵先导手柄来控制。先导手柄输出的先导控制压力油决定换向阀阀芯各节流口的开度,进而决定旁路回油量的大小,最后决定控制油路的压力p,由该压力的大小来调节泵的流量输出,控制压力越大,泵的输出流量越小;反之亦然。负流量控制方式是早期乃至当前液压挖掘机普遍采用的一种液压系统流量控制方式。
正流量控制,正流量控制方式实际上与负流量控制方式类似,只是控制压力取自换向阀阀芯两端先导压力的较大值,当先导手柄在中位时,执行元件不工作,控制压力为零,主泵的斜盘角度很小,排量很低;当操作手柄动作时,换向阀阀芯一端的先导压力p由小变大,p作用于主泵的变量调节器,使主泵排量增大,同时换向阀的阀芯向一端移动,进油口的开口面积增大,执行元件的供油量Q.增加。
4.负载敏感(传感)控制,负载敏感控制方式可通过检测负载压力、流量和功率变化的信号,向液压系统进行反馈,实现泵的输出流量调节,并通过压力补偿阀保证流向执行元件的流量与其负载无关,只跟控制阀阀芯开口量有关。根据压力补偿阀的位置,负载敏感控制系统可分为阀前补偿负载敏感系统、阀后补偿负载敏感系统、回油路补偿负载敏感系统三种形式。图9-3-10(a)所示的力士乐公司的LS系统为阀前补偿负载敏感系统。
阀前补偿负载敏感系统,所谓阀前补偿是指压力补偿阀位于控制阀之前,力士乐的LS系统为典型的阀前补偿系统,系统由变量泵1、LS阀调节器6、压力补偿阀3、梭阀4、闭中心负载敏感控制阀2组成。通过梭阀4将执行元件中的最高负载作用于LS阀调节器6,根据负载的变化调节变量泵的流量输出。(2)阀后补偿负载敏感系统,阀后补偿负载敏感系统的压力补偿阀位于控制阀之后,力士乐的LUDV系统,即负载独立流量分配系统为典型的阀后补偿系统,梭阀将执行元件中的最高负载压力作用于LS调节器和压力补偿阀。
对压力补偿阀取力平衡,这时压力补偿阀的进口压力都相等,所以控制阀节流口前后的压差总为△P1=△p2=pp- PLmax,对于这种压力补偿方式,压力补偿阀与系统压力无关,所以,即使当执行元件所需流量大于泵的流量时,系统也会按比例将流量分配给各执行元件,而不是流向负载小的执行元件。(3)回油路补偿负载敏感系统,压力补偿阀位于回油路上,这被称为回油路补偿负载敏感系统。东芝的IB负载敏感压力补偿系统就是属于回油路压力补偿负载敏感系统。
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