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成都小松檢測技術(shù)研究所   田少民

摘要：在液壓挖掘機(jī)的負(fù)載適應(yīng)控制策略中，負(fù)流量（Negative Flow Control）、正流量控制（Positive Flow Control）及負(fù)荷傳感器控制（Load Sensing Control）三種流量控制方式的流行稱謂，是按其泵控特性來分類的。本文通過對多種廠牌型號挖掘機(jī)的比較分析，提出了旁通流量控制（By-pass Flow Control）、先導(dǎo)傳感控制（Pilot Sensing Control）及負(fù)荷傳感控制的分類。這一分類方法，對于設(shè)計時比較不同控制系統(tǒng)的性能和維修時理解不同控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的特點，都有所裨益。

1.流量控制

在挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)內(nèi)，流量Q、壓力P及能耗（流量損失ΔQ、壓力損失ΔP）等參數(shù)的變化，反映了液壓傳動過程的控制特性。液壓系統(tǒng)工作時，壓力P不是系統(tǒng)的固有參數(shù)，而是由外負(fù)荷決定的。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n_e一定時，要對液壓系統(tǒng)的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，其實是對液壓缸、液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件的進(jìn)油量Q_a進(jìn)行調(diào)節(jié)（參看圖1）。

圖1.流量調(diào)節(jié)

如圖2所示，有兩種方法調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。第一種方法是泵控方式，通過改變主泵的每轉(zhuǎn)排量q來調(diào)節(jié)主泵的輸出流量Q_p，稱為容積調(diào)速。常見的容積調(diào)速方式包括：①利用主泵出口壓力P_P與主泵排量q的乘積保持不變的恒扭矩控制；②利用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感（ESS）使主泵吸收的扭矩p_Pq與主泵轉(zhuǎn)速n的乘積保持不變的恒功率控制；③在臨近系統(tǒng)溢流壓力時，減小主泵排量的壓力切斷控制；④配用破碎頭等作業(yè)附件時，由外部指令限定主泵最大排量的最大流量二段控制；⑤雙泵系統(tǒng)中，利用兩泵出口壓力的平均值與主泵流量乘積保持不變的交叉功率控制（相加控制或總功率控制）；⑥多泵系統(tǒng)中，因主泵組的液壓總功率大于發(fā)動機(jī)的輸出功率，為防止發(fā)動機(jī)出現(xiàn)失速，采用了極限負(fù)荷控制。

除了容積調(diào)速，還有一種泵控方式是通過動力模式下的變功率控制，利用外部指令設(shè)定不同工況下不同的發(fā)動機(jī)輸出功率來改變主泵轉(zhuǎn)速n_e，從而調(diào)節(jié)主泵輸出流量Q=nq。

調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量的第二種方法是閥控方式，可對主泵輸出的流量進(jìn)行二次調(diào)節(jié)。這種通過改變主控閥開度來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的進(jìn)油量，稱為節(jié)流調(diào)速。常見的節(jié)流調(diào)速采用操作手柄（踏板）先導(dǎo)閥輸出的二次先導(dǎo)壓力來調(diào)節(jié)主控閥的開度。

除了節(jié)流調(diào)速，還有其他多種閥控方式來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的進(jìn)油量，例如：在不同作業(yè)模式下，利用外部指令對雙泵合流與分流的控制；動臂再生控制與斗桿再生控制；直線行走控制；復(fù)合作業(yè)時的動臂優(yōu)先控制或回轉(zhuǎn)優(yōu)先控制等等。

容積調(diào)速的傳動效率高，但是動特性差。節(jié)流調(diào)速動特性好，但是傳動效率低。因此，在液壓挖掘機(jī)上同時采用了容積調(diào)速與節(jié)流調(diào)節(jié)，以適應(yīng)作業(yè)中執(zhí)行元件對流量的需求。不唯如此，為實現(xiàn)節(jié)能，還要使容積調(diào)速時對主泵的控制與節(jié)流調(diào)速時對主控閥的控制協(xié)調(diào)起來，泵控對閥控實時響應(yīng)。就是說，當(dāng)主控閥的節(jié)流開度關(guān)小時，主泵的排量也要立即關(guān)小，反之亦然。這種按需供油的泵閥聯(lián)合控制被稱為流量控制。

在液壓挖掘機(jī)上，采用了三種流量控制方式：旁通流量控制、先導(dǎo)傳感控制及負(fù)荷傳感控制。表1列出了部分廠牌機(jī)型采用的流量控制方式。

圖2 液壓挖掘機(jī)的流量調(diào)節(jié)

表1 液壓挖掘機(jī)的流量控制方式舉例

注：BF—旁通流量控制     PS—先導(dǎo)傳感控制           LS—負(fù)荷傳感控制

N—負(fù)流量控制    E/N—電子負(fù)流量控制   P—正流量控制          E/P—電子正流量控制

2．旁通流量控制

典型的旁通流量控制如圖3所示。要實現(xiàn)旁通流量控制，液壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)同時具備以下三個條件：①主控閥為中位開路的三位六通閥，主控閥的各疊加閥的進(jìn)油路為串并聯(lián)；②在主控閥中位旁通回油路的底端設(shè)置有節(jié)流元件，同時并聯(lián)有低壓溢流閥。在節(jié)流元件進(jìn)油口設(shè)置取壓口，提取該點壓力，作為流量控制的信號壓力Pi。用于旁通流量控制的主控閥有如川崎的KMX系列控制閥、東芝的DX22/28型和UDX36型控制閥；③主泵的控制特性一般應(yīng)為負(fù)流量控制（日立EX—5系列除外），即主泵的流量變化ΔQP與信號壓力的變化ΔPi成反比，而且主泵的負(fù)流量控制閥（NC閥）在主泵調(diào)節(jié)器上的位置，應(yīng)確保恒扭矩控制（TVC）優(yōu)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。

圖3 川崎的負(fù)流量控制

2.1 旁通流量控制的原理

如圖3所示，旁路節(jié)流閥的節(jié)流口前后壓差

ΔP=Pi=QR2/KA

式中

Pi—回油節(jié)流口前的壓力。略去回油的背壓時，ΔP=Pi。

QR—主控閥中位回油流量（m3/s）。

A—回油節(jié)流口通流面積（m2）.

K—常數(shù)，與節(jié)流口的收縮系數(shù)、速度系數(shù)、油液重度等有關(guān)，K由實驗決定。

對于具體的回油節(jié)流閥結(jié)構(gòu)，A、K為一定數(shù)，旁通流量QR與Pi的關(guān)系如圖4第四象限所示：QR越大，Pi越大，QR與Pi呈拋物線的函數(shù)關(guān)系。

圖4 負(fù)流量控制的流量特性

當(dāng)主控閥各閥芯均處于中位時，QR最大，控制壓力Pi也最大，其值由旁路溢流閥調(diào)定（參看圖3），此時主泵流量QP最小為Qpo，如圖4第一象限所示。以裝用川崎精機(jī)KMX15R主閥的系統(tǒng)為例，旁通流量QR最大為30L/min,此時旁通溢流閥開啟，控制壓力Pi達(dá)到最大值3.5MPa。

當(dāng)主控閥的閥芯開度達(dá)到執(zhí)行元件進(jìn)油量QA與主泵供油量QP相等時，中位旁通回油流量QR接近于0，控制壓力Pi變得很小，主泵流量QP已調(diào)到最大，如圖4第二象限所示。主控閥芯行程改變時，控制壓力Pi隨動變化，執(zhí)行元件的進(jìn)油量QA為主泵供油量QP與旁通流量QR之差，參看圖4第二象限。

表2列出了采用旁通流量控制的部分廠牌與機(jī)型。

表2   典型的旁通流量控制

斗山DH-5系列挖掘機(jī)的旁通流量控制閥如圖5所示。節(jié)流孔C前端壓力fp傳送到主泵調(diào)節(jié)器上。當(dāng)fp超過彈簧B設(shè)定的壓力時，旁通油路溢流，這樣可防止在主控閥所有滑閥都位于中位時，負(fù)控壓力fp的急劇升高。

2.2 旁通流量控制閥

圖5    東芝的負(fù)流量控制閥

卡特320C型挖掘機(jī)的旁通流量控制閥如圖6所示。旁通回路的壓力油通過8個小孔a節(jié)流后流回油箱。節(jié)流孔a前端壓力PN被引入主泵調(diào)節(jié)器。當(dāng)PN壓力超過彈簧C設(shè)定的壓力后，提動閥b打開溢流。

圖6  卡特的流量控制閥

現(xiàn)代R—7系列的旁通流量控制閥如圖7所示。旁通油路21的壓力油經(jīng)過錐閥15中心的小孔節(jié)流，形成負(fù)控壓力FL。當(dāng)FL高于彈簧16設(shè)定的壓力時，錐閥15將開啟溢流，旁通油全部流入回油通道13.

圖7    現(xiàn)代的負(fù)控閥

2.3 小松的OLSS系統(tǒng)

1981年以后，小松公司在PC400—1，PC650—1及40t級以下的PC—3、PC—5系列挖掘機(jī)上，采用了OLSS系統(tǒng)（Opened Center Load Sensing System中位開式負(fù)荷傳感系統(tǒng)），如圖8所示。OLSS系統(tǒng)并非本文所述的負(fù)荷傳感系統(tǒng)，而是早期的旁通流量控制系統(tǒng)。

圖8   小松的OLSS系統(tǒng)

射流傳感器如圖9所示。主控閥中位旁通油流Qc從元件1的小孔do以射流形態(tài)噴出，大部分射流碰到螺套2的端面，其壓力Pd（背壓）接近油箱壓力；小部分射流經(jīng)小孔d1，流入螺套2的B腔，由于d1＜d0，這部分射流的動壓力被節(jié)流減壓后成為射流壓力Pt與Pd。

圖9    射流傳感器

射流傳感器輸出的壓差（Pt-Pd）與旁通流量Qc的關(guān)系如圖10曲線a段所示。當(dāng)操作手柄處于中位，旁通流量超過40L/min時，溢流閥3開啟（圖9），壓差穩(wěn)定在1.5MPa左右，如圖10直線b段所示，此時主泵排量最小。

壓力Pt與Pd由軟管傳到主泵的NC閥二端（參看圖8），通過NC閥對主泵排量進(jìn)行控制。壓差（Pt-Pd）與主泵排量Q呈反比關(guān)系（參看表2）。

圖10   射流傳感器的輸出特性

2.4 神鋼SK-6的電子負(fù)流量控制系統(tǒng)

前述旁通流量控制的節(jié)流元件，是直接用機(jī)械—液壓的結(jié)構(gòu)提取壓力（壓差）信號來實現(xiàn)控制壓力（壓差）與主泵流量的比例控制，不可避免的存在靜態(tài)誤差，影響系統(tǒng)的調(diào)速性能。2000年，神鋼公司在SK—6系列挖掘機(jī)上，采用電液比例技術(shù)將控制壓差（Pn—Tn）的電信號傳送到機(jī)電控制器，經(jīng)過控制算法處理后，再通過比例閥控制主泵排量，如圖11所示。

圖11  神鋼SK—6的電子負(fù)流量控制系統(tǒng)

兩個主泵供油壓力P1和P2由高壓壓力傳感器變送為信號電壓，經(jīng)過機(jī)電控制器對泵壓信號處理后，平均壓力（P1+P2）/2（電壓U）與主泵流量Q的關(guān)系如圖12所示。設(shè)恒功率控制下某一工況P1（P2）泵輸出的流量為Q′。當(dāng)主控閥開度變化后，旁通流量隨之改變，負(fù)控節(jié)流閥輸出的壓差（Pn-Tn）也就變化。

通過機(jī)電控制器對負(fù)控信號處理后，壓差（Pn-Tn）（電壓U）對主泵流量Q′進(jìn)行調(diào)制，如圖13所示。

通過電子負(fù)流量控制，只要執(zhí)行元件的進(jìn)油量減小，主泵的排量Q′就會立即減小，反之亦然。

圖12   交叉功率控制特性       圖13   負(fù)流量控制特性

2.5 斗山的電子負(fù)流量控制系統(tǒng)

斗山（大宇）DH—3/5系列挖掘機(jī)采用川崎的K3V主泵和東芝的DX22/28或UDX36型主控閥。當(dāng)主控閥的滑閥從中立位置移到工作位置時，旁通流量與負(fù)流量控制壓力PN會突然減小，使主泵流量急劇增加，液壓缸等執(zhí)行元件的速度突增，引起挖掘機(jī)抖動。

圖14 DH—3系列挖掘機(jī)的電子負(fù)流量控制

為改善執(zhí)行元件動作起點時泵流量的突變，在EPPR比例閥組上（參看圖14）可選裝一個稱為“負(fù)流量控制優(yōu)先閥”的電液比例閥A3。在單獨操作行走、動臂提升、斗桿等任一動作時，EPOS控制器在1秒內(nèi)向A3輸出700~150mA遞減的斜坡信號電流，優(yōu)先閥A3會對應(yīng)輸出3.2—0MPa遞減的斜坡控制油壓Pa。通過梭閥VS，對動作起點的負(fù)流量控制閥NR輸出的壓力PN和優(yōu)先閥A3輸出的壓力Pa比較后，選擇PN與Pa的較高者作為旁通流量控制壓力Pi，去調(diào)節(jié)主泵排量，從而降低了泵流量變化的梯度，如圖15所示。

圖15   斗山DH220—3的負(fù)流量控制特性

2.6 日立EX—5的正流量控制系統(tǒng)

日立建機(jī)在EX—5系列上采用了正流量控制系統(tǒng)，泵流量控制閥在油路上的位置如圖16所示。2000年，日立推出的ZX系列也采用了正流量控制系統(tǒng)，但泵流量控制閥的結(jié)構(gòu)和安裝位置有很大的差異（參看圖20），雖然都稱之為正流量控制，但二者流量控制的機(jī)理卻全然不同：EX—5采用的是旁通流量控制，而ZX采用的是先導(dǎo)傳感控制，詳見后述。

圖16 日立EX—5的旁通流量控制

EX—5的泵流量控制閥包括泵控制閥A和減壓閥B，如圖17所示。當(dāng)控制閥開度變小，旁通流量Qd增大時，泵控制閥的滑閥A向右移動，調(diào)節(jié)閥B的設(shè)定壓力降低，來自先導(dǎo)泵的初級先導(dǎo)壓力被調(diào)壓閥B分流而輸出較低的控制壓力Pi?？刂茐毫i被傳到主泵調(diào)節(jié)器，使泵排量按Pi壓力成正比減小，因此稱為正流量控制（參看表2）。

在這里，閥A用于檢測旁通流量，閥B的作用則相當(dāng)于邏輯電路的“非門”。先導(dǎo)泵提供控制壓力源，初級先導(dǎo)壓力經(jīng)過閥B的調(diào)制而成為旁通流量控制的信號壓力。

EX—5采用的是正流量控制。這一實例表明旁通流量控制多為負(fù)流量控制也有正流量控制。但是，先導(dǎo)傳感控制卻都是正流量控制（參看表3）。

圖17   日立EX—5泵流量控制閥的工作原理

3．先導(dǎo)傳感控制

典型的先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)如圖18所示。要實現(xiàn)先導(dǎo)傳感控制，液壓系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)同時具備以下三個條件：①主控閥為中位開路的三位六通閥，主控閥的各疊加閥的進(jìn)油路為串并聯(lián)。不過，為減小液動力的影響，增大調(diào)速范圍，改善滑閥的靜特性，提高微調(diào)性能，對主控閥閥芯臺肩切口的形狀尺寸、封油長度與開口量的比例，都進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計；②用梭閥鏈對各操作閥輸出的二次先導(dǎo)壓力進(jìn)行比較，選擇其中最高的先導(dǎo)壓力Pi作為先導(dǎo)傳感控制的信號壓力；③主泵的控制特性為正流量控制，即主泵的流量變化ΔQp應(yīng)與先導(dǎo)傳感的控制壓力的變化ΔPi成正比，而且主泵的調(diào)節(jié)器應(yīng)使恒扭矩控制優(yōu)先于流量控制。

力士樂公司的A8VSO系列主泵和M8、M9系列主控閥，川崎的K3VDIP系列主泵和KMxRA系列主控閥，都適于構(gòu)建先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)。

表3列出了采用先導(dǎo)傳感控制的部分廠牌機(jī)型。

圖18 先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)

表3 典型的先導(dǎo)傳感控制

先導(dǎo)傳感控制的流量特性如圖19所示。Qp為主泵供油流量，Qpo是主泵的最小流量（備用流量），Qp′是由泵出口壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速決定的主泵最大流量。Qa為執(zhí)行元件的進(jìn)油流量。Pis是主泵的起調(diào)控制壓力，Pie為主泵的終調(diào)控制壓力。

圖19   先導(dǎo)傳感控制的流量特性曲線

3.2 日立ZX的正流量控制系統(tǒng)

如圖20所示，在先導(dǎo)操作閥的集油板（信號控制閥）內(nèi)，通過梭閥1～17組成的梭閥鏈，對各個二次先導(dǎo)壓力Ps比較后，選取復(fù)合操作時的最高先導(dǎo)壓力Psmax。

圖20   信號控制閥

Psmax傳到泵流量控制閥（參看圖21）的彈簧室內(nèi)，推動閥柱。來自先導(dǎo)泵的初級先導(dǎo)壓力Pc，經(jīng)過閥柱打開的閥口節(jié)流后，流向油口SA。二次先導(dǎo)壓力Psmax越大，Pi越大。最后，由軟管將流量控制壓力Pi傳到主泵調(diào)節(jié)器上。

圖21   ZX的泵流量控制閥

當(dāng)流量控制壓力Pi傳到調(diào)節(jié)器右端時（參看圖22），推動控制活塞4向左移動。于是，伺服活塞10大腔的油被閥芯3節(jié)流后，再從Dr油口流回油箱，而活塞10在右端的先導(dǎo)壓力作用下將向左移動，將主泵的排量調(diào)大。Pi越大，伺服活塞向左的行程越大，主泵排量越大，這種正流量控制的特性如圖23所示。

圖22  ZX的主泵調(diào)節(jié)器

圖23上泵流量Q′是在某一工況下，由左右主泵輸出的平均壓力（Pd1+Pd2）/2和由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速決定的功率變換比例閥輸出壓力Pps決定的最大泵油量。先導(dǎo)傳感壓力Pi則通過正流量控制滑閥3（參看圖22），對流量Q′再次進(jìn)行調(diào)制。

圖23  ZX的泵流量控制特性

3.3  神鋼SK—5的電子正流量控制

一般的先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)，是依靠梭閥鏈從采集的復(fù)合操作時的幾個二次先導(dǎo)壓力中選出最高的二次先導(dǎo)壓力Pimax來控制主泵排量，存在忽略未選中Pi的缺陷。在神鋼的SK—5系列上采用了電液比例技術(shù)，如圖24所示。將二次先導(dǎo)壓力Pi的諸多傳感器1—10的電信號，傳遞到控制器11內(nèi)，經(jīng)過控制算法處理后，通過電液比例閥12和13調(diào)節(jié)主泵14和15的排量。圖中19為發(fā)動機(jī)油門的步進(jìn)馬達(dá)，18為轉(zhuǎn)速傳感器。

圖24   神鋼SK—5的電子正流量控制

在SK200—5挖掘機(jī)上配裝的川崎泵是一種電子正流量控制的斜盤式柱塞泵，發(fā)動機(jī)無負(fù)荷空轉(zhuǎn)，操作手柄在中位時，主泵有約30L/min的備用流量，如圖25所示。

圖25  SK200—5的流量控制特性

4. 負(fù)荷傳感器控制

4.1 負(fù)荷傳感控制的原理

圖26所示負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，包括負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感泵。系統(tǒng)的最高負(fù)荷傳感壓力PLS由梭閥鏈選取，并傳送到主泵的LS調(diào)節(jié)閥和控制閥的壓力補償閥。各主控閥并聯(lián)，無中立回路。

通過控制閥節(jié)流的流量特性方程

Q=KA

式中Q為流進(jìn)執(zhí)行元件的流量，K為常數(shù)，A為控制閥口的節(jié)流截面積，ΔP為節(jié)流前后的壓差

ΔP=PP-PLS

式中PP為主泵出口壓力，PLS為負(fù)荷傳感壓力。當(dāng)采用壓力補償閥后，各控制閥口的ΔP為常數(shù)。在液壓挖掘機(jī)上，一般ΔP=2～3MPa。

因此，通過負(fù)荷傳感控制閥的流量Q與控制閥的開度A成正比，而與負(fù)荷壓力無關(guān)。

圖 26 負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)

負(fù)荷傳感控制閥解決了兩個問題：①單個執(zhí)行元件動作時的速度控制問題。當(dāng)操作手柄行程給定時，無論負(fù)荷怎么變動，執(zhí)行元件的運動速度保持恒定，即使操作手柄行程小，工作裝置動作的速度慢時，也可產(chǎn)生強(qiáng)力，因而微操作性能好，尤其適合起重作業(yè)、反向掘削，以及帶破碎頭等附件的作業(yè)。②復(fù)合作業(yè)的同步問題。當(dāng)各操作手柄位置給定時，對應(yīng)執(zhí)行元件的流量分配保持恒定的比例，各動作互不干擾。在各執(zhí)行元件需求的流量之和超過主泵輸出的最大流量時，完全的負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)具有抗飽和的能力。在供油不足時，各執(zhí)行元件的速度按比例下降保持操作者預(yù)定的斗齒運動軌跡，而與負(fù)荷壓力和泵流量的大小無關(guān)。這樣，在挖掘時方便滿斗裝載，易于挖掘軟巖或孤石，在刷邊坡或平整作業(yè)時不會出現(xiàn)溝痕。

采用負(fù)荷傳感控制閥提高了液壓操作的微調(diào)性能和復(fù)合作業(yè)的同步性能，而要解決液壓系統(tǒng)的節(jié)能問題，還必須按主控閥開度的變化實時調(diào)節(jié)主泵的流量。

如圖26所示，調(diào)節(jié)主泵排量的LS閥右端引入主泵出口壓力PP，左端則受到負(fù)荷傳感壓力PLS和彈簧力PK作用。調(diào)節(jié)此彈簧的預(yù)壓力，即可調(diào)整負(fù)荷傳感壓差ΔPLS。當(dāng)PK=ΔPLS=PP-PLS時，LS閥芯受力平衡，主泵維持一個穩(wěn)定的排量。

如果控制閥開度變小，動態(tài)的ΔPLS將大于PK，主泵排量減?。▍⒖磮D27）；反之，如果控制閥開度變大，ΔPLS小于PK，主泵排量加大。在主控閥的整個行程中，主泵輸出的流量始終等于執(zhí)行元件所需油量，與負(fù)荷壓力的大小無關(guān)，如圖28所示。

圖27 負(fù)荷傳感的泵控特性

圖28 負(fù)荷傳感控制的流特性

表4列出了采用負(fù)荷傳感控制的部分廠牌機(jī)型：

表4  典型的負(fù)荷傳感控制

4.2 小松CLSS系統(tǒng)

在小松公司的PC-6、PC-7、PC-8系列挖掘機(jī)上，采用了圖29所示CLSS系統(tǒng)（Closed Center Load Sensing System閉式中心負(fù)荷傳感系統(tǒng)）。主泵溢流閥3設(shè)定主控閥之前的主油路安全壓力，而卸荷閥4設(shè)定主控閥全部關(guān)閉時的空載壓力。LS旁通閥13用于防止負(fù)荷傳感壓力PLS急劇升高，還可以增強(qiáng)主控閥的動態(tài)穩(wěn)定性。

執(zhí)行元件中最高的負(fù)荷傳感壓力PLS，經(jīng)LS梭閥鏈從油路9傳到主泵的LS閥14左端，LS閥右端受到主泵出油壓力PP的作用，負(fù)荷傳感的壓差ΔPLS=PP-PLS控制主泵排量變化。LS閥的設(shè)定壓力為2.2MPa。當(dāng)主控閥開度增大或負(fù)荷壓力增大到ΔPLS<2.0mpa時，主泵排量增加；當(dāng)主控閥開度減小或負(fù)荷壓力減小到δpls>2.5MPa時，主泵排量減小。

在主控閥6的出口，安裝有壓力補償閥16，用來平衡負(fù)荷。當(dāng)復(fù)合操作二個以上的執(zhí)行元件時，壓力補償閥使各主控閥節(jié)流的入口壓力PP和節(jié)流閥口出口的壓力PLS的壓差ΔPLS保持相同（參看圖30），因此各執(zhí)行元件7的進(jìn)油流量是按其主控閥滑閥的開度來分配的，與其負(fù)荷壓力的高低無關(guān)。

圖29  CLSS系統(tǒng)的原理圖

小松的壓力補償閥如圖30所示，由止回閥2和活塞4及其內(nèi)裝的往復(fù)球閥3等組成。主泵壓力PA經(jīng)量孔a節(jié)流后，頂開主滑閥內(nèi)裝的單向球閥7，使執(zhí)行元件進(jìn)油腔C的負(fù)荷壓力PC，經(jīng)過量孔b和油道d傳到梭閥6，成為負(fù)荷傳感壓力PLS，并且被引入壓力補償閥的D口。

在單獨操作一個執(zhí)行元件時，因為PC壓力經(jīng)過孔b、d節(jié)流減壓而成為PLS，PLS<pc，使球閥3向左移動。于是，pc壓力油通過油溝e進(jìn)入e腔，再加上彈簧5的作用力，就會將活塞4和止回閥2一起向右推移，關(guān)小壓力補償閥的節(jié)流口c。負(fù)荷壓力pc越大，閥口c的開度越小。當(dāng)動態(tài)的負(fù)荷壓力pc>PB時，閥口C關(guān)閉，起到高壓止回閥的作用。</pc，使球閥3向左移動。于是，pc壓力油通過油溝e進(jìn)入e腔，再加上彈簧5的作用力，就會將活塞4和止回閥2一起向右推移，關(guān)小壓力補償閥的節(jié)流口c。負(fù)荷壓力pc越大，閥口c的開度越小。當(dāng)動態(tài)的負(fù)荷壓力pc>

在復(fù)合操作時，若負(fù)荷壓力PC高于其它執(zhí)行元件的負(fù)荷壓力，C腔壓力PC將高于B腔壓力PB，閥口C關(guān)閉，防止高負(fù)荷壓力回傳到B腔。

圖30  小松的壓力補償閥

在復(fù)合操作時，若負(fù)荷壓力PC低于其它執(zhí)行元件的負(fù)荷壓力，從LS梭閥6引到D口的最高負(fù)荷傳感器壓力PLS，將大于PC，球閥3向右移動堵住C腔進(jìn)油（參看圖31），PLS壓力通過油溝e傳到E腔，將活塞4向右推移，關(guān)小閥口C。負(fù)荷傳感壓力PLS越大，閥口C的開度越小。

閥口e的開度減小，將使主閥芯節(jié)流的下游（B腔）壓力PB增大。在設(shè)計時，取活塞4直徑與止回閥2直徑之比（壓力補償面積比）為1時，壓力PB將變得與最高負(fù)荷傳感壓力PLS相同，即PB=PLS。另一方面，泵的出口壓力PA對所有執(zhí)行元件都是相同的，PA=PP。因此，主控閥節(jié)流口的壓差ΔP=PA-PB=PP- PLS對所有動作的主控閥都是相同的，主泵流量將按各滑閥的開口面積分配給復(fù)合作業(yè)的執(zhí)行元件。

圖31  壓力補償閥的原理

在鏟斗閥和附件（破碎頭）備用閥上，采用了集成壓力補償閥。如圖32所示，閥7是將活塞與止回閥制成一體。在閥口F關(guān)閉之前，當(dāng)鏟斗液壓缸（底端）和破碎頭作業(yè)產(chǎn)生高的峰值負(fù)荷壓力時，C腔的負(fù)荷壓力不能進(jìn)入彈簧腔E。這樣，就可防止閥7與閥座發(fā)生沖擊而損傷閥口f。

圖32  集成壓力補償閥

為了在爬陡坡時借助工作裝置作業(yè)，考慮到減小了行走馬達(dá)的進(jìn)油量，圖33中C腔壓力小于E腔內(nèi)的LS壓力（參看圖31），因此在行走馬達(dá)的主閥壓力補償閥中，取消了往復(fù)球閥3、活塞4及彈簧5，采用了如圖33中8所示的結(jié)構(gòu)。

圖33   行走壓力補償閥

在CLSS系統(tǒng)中，負(fù)荷傳感壓力PLS通過LS閥14（參看圖29）控制主泵變量。由于挖掘機(jī)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣性力矩很大，會產(chǎn)生很高的回轉(zhuǎn)負(fù)荷壓力。當(dāng)復(fù)合操作回轉(zhuǎn)與動臂舉升時，若回轉(zhuǎn)的PLS壓力經(jīng)LS梭閥鏈傳入動臂舉升的壓力補償閥（參看圖31），止回閥2將關(guān)小，動臂液壓缸進(jìn)油量減小，就要回轉(zhuǎn)180°才能舉升裝車的高度。

圖34   LS選擇閥的功能

為了改變裝車作業(yè)時動臂舉升慢而回轉(zhuǎn)快的問題，希望回轉(zhuǎn)   90°就能完成動臂舉升，在LS梭閥鏈上設(shè)計有一個LS選擇閥，如圖34所示。當(dāng)扳動動臂（舉升）操作閥（PPC）時，回轉(zhuǎn)先導(dǎo)壓力BP將推動活塞3和4，使逆止閥1關(guān)閉回轉(zhuǎn)PLS壓力進(jìn)入LS 梭閥鏈油道9的閥口，即使回轉(zhuǎn)PLS很高，動臂舉升液壓缸也只受動臂缸底端的PLS控制（如圖35所示）。同時，主泵的LS閥也不會因為引入過高的回轉(zhuǎn)PLS壓力而減小主泵流量，確?；剞D(zhuǎn)的同時有足夠的油流入動臂液壓缸。

圖35   動臂舉升回路

4.3 力士樂的LUDV系統(tǒng)

在利勃海爾R900-R904挖掘機(jī)上，采用了力士樂公司的LUDV系統(tǒng)（Last Unabhangige Durchfluss Verteilung負(fù)荷傳感分流器系統(tǒng)）。在山河智能的SWE85挖掘機(jī)上，由力士樂A11V09主泵和SX14主控閥構(gòu)成LUDV系統(tǒng)。

圖36所示LUDV系統(tǒng)是一個單泵系統(tǒng)。壓力補償閥A1、A2位于主控閥后端，各主控閥進(jìn)出油口的壓差相等，

ΔP₁=ΔP₂=P_P-P_LS

倘若斗桿液壓缸動作需求的流量Q1=200L/min，鏟斗液壓缸需求流量Q2=150L/min，而主泵供油的最大流量QP=300L/min，系統(tǒng)將按以下比例給兩個液壓缸分配流量

300/（200+150）=0.85

這時，斗桿缸的實際流量

Q_V1=200Χ0.85=172（L/min）

生產(chǎn)斗缸的實際流量

Q_V2=150Χ0.85=128（L/min）

圖36   LUDV系統(tǒng)原理圖

在LUDV系統(tǒng)上，執(zhí)行元件進(jìn)油流量的需求，是通過主控滑閥的開度和主泵調(diào)節(jié)器上的負(fù)荷傳感壓力P_LS控制的，與執(zhí)行元件的負(fù)荷壓力無關(guān)。

工作裝置的主控閥如圖37所示，圖中滑閥4處于空檔位置，P腔與P′腔不通。

當(dāng)滑閥向上移動時，閥芯的K棱邊進(jìn)入P腔后，主泵供油壓力P經(jīng)滑閥節(jié)流減壓后進(jìn)入P′腔，P′<P。壓力油P′經(jīng)量孔C和油道b，將頂開單向閥3，使得執(zhí)行元件進(jìn)油接口A處壓力，即負(fù)荷壓力PC，受量孔a、c節(jié)流后傳至P′腔，PC< P′。

若A口負(fù)荷壓力PC瞬間為高壓，PC> P′。P′腔的壓力向左頂開壓力補償閥1的閥芯，作用于負(fù)荷保持閥2的端面，但是閥2另一側(cè)受到PC壓力的作用，負(fù)荷保持閥關(guān)閉，成為高壓止回閥，阻止PC壓力逆流到P′腔。同時，P′壓力經(jīng)壓力補償閥1的閥芯內(nèi)的油孔節(jié)流后，進(jìn)入負(fù)荷傳感油道d，形成負(fù)荷傳感壓力PLS（參看圖38-a）。對所有動作的執(zhí)行元件的滑閥而言，其P′腔的壓力都是相同的，即ΔP=P- P′是相同的，各執(zhí)行元件進(jìn)口的流量按其滑閥的開度進(jìn)行分配。

若A口負(fù)荷壓力PC為低壓，PC< P′。負(fù)荷保持閥2開啟，經(jīng)過滑閥節(jié)流后的泵壓P′將進(jìn)入PC腔。同時，從LS油路d傳來的其他執(zhí)行元件的較高的PLS壓力，將進(jìn)入P′腔（參看圖38-b）進(jìn)行壓力補償，使各動作滑閥的P′腔壓力相同，因此ΔP=P- P′仍然不變，各執(zhí)行元件進(jìn)口的流量仍按其滑閥的開度進(jìn)行分配。

圖37   R904Li的主控閥

（a）高壓位置                        （b）低壓位置

圖38  力士樂的壓力補償閥

4.4 林德的LSC系統(tǒng)

在利勃海爾R914～R924型挖掘機(jī)和阿拉斯的2006～2306型挖掘機(jī)上，都采用了林德公司的LSC系統(tǒng)（林德同步控制系統(tǒng)Linde Synchronous Control）。

LSC系統(tǒng)也是一種完全的負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，具有抗流量飽和的能力，即在執(zhí)行元件的需求超過主泵最大流量時，仍然可以自動實現(xiàn)各執(zhí)行元件之間的瞬時同步動作。

如圖39所示，調(diào)節(jié)主泵20上的LS閥23.5的彈簧可設(shè)定負(fù)荷傳感壓差ΔPLS，一般ΔPLS為2.25～2.45MPa。在主控閥220上，除用閥芯223的開口節(jié)流調(diào)節(jié)執(zhí)行元件235的進(jìn)油量之外，還利用壓力補償閥225和LS開關(guān)閥227，來保持各閥芯223可變節(jié)流口兩端的壓差ΔPLS相同。102為主油路的溢流閥，101為負(fù)荷傳感LS回路的卸荷閥。

圖39   LSC系統(tǒng)原理圖

主控閥如圖40所示，當(dāng)滑閥處于空檔位置時，油泵供油壓力P腔、執(zhí)行元件進(jìn)油通道A腔、回流至液壓油箱的T腔及負(fù)荷傳感壓力LS腔全部被223閥芯關(guān)閉。壓力補償閥225的輸出（A腔）壓力Pa與開關(guān)閥227的輸出（LS腔）壓力PLS為零（略去油箱壓力）。

圖40  林德的VW系列主控閥

當(dāng)主控閥223剛剛開啟， LS腔與開關(guān)閥227接通（參看圖41）。如果其他主控閥在動作，LS腔的負(fù)荷傳感壓力PLS將通過開關(guān)閥227的節(jié)流孔e傳到室。閥芯223繼續(xù)右移，直到控制棱邊SA將A腔與壓力補償閥225內(nèi)的室接通。執(zhí)行元件A腔的壓力從室，經(jīng)過閥225的節(jié)流孔h和孔f，傳到閥225左端的室，壓力補償閥225右端仍然頂住主控閥223，閥225的控制棱邊SK依舊閉合，隔斷A腔與控制閥223內(nèi)的室，維持A腔壓力不變，起到負(fù)荷保持的作用。

圖41  負(fù)荷保持時的壓力補償閥

當(dāng)主控閥行程加大直至控制棱邊SP接通P腔與室（參看圖42），泵壓P經(jīng)閥口節(jié)流后，在室形成壓力P′。P′壓力通過壓力補償閥內(nèi)m孔傳到負(fù)荷傳感LS腔，因此P′=PLS。

由于A腔壓力經(jīng)量孔9和h節(jié)流后才進(jìn)入腔，只要P′>P，壓力補償閥225便會經(jīng)左移動，其控制棱邊SK打開室到A腔的通道，這樣主泵就可向執(zhí)行元件進(jìn)油腔A供油。因為各個動作的主控閥的室壓力P′=PLS是相同的，這樣閥口SP的節(jié)流壓差ΔP=P- PLS也就相同，通往A腔的流量僅與SP的節(jié)流截面積成正比。

圖42  執(zhí)行元件進(jìn)油時的壓力補償閥

在復(fù)合操作時，兩個主控閥同時動作，如圖43所示。假如滑閥223向執(zhí)行元件Ⅱ供油，進(jìn)油腔A1的負(fù)荷壓力P1=20MPa；滑閥243向執(zhí)行元件供油，進(jìn)油腔A2的負(fù)荷壓力P2=15MPa.

主泵壓力

P= P1+ΔPLS=20 MPa+2.3 MPa=22.3 MPa

高壓位置的主閥芯223內(nèi)室的壓力P′，經(jīng)過m孔和開關(guān)閥227開啟的活塞邊緣，在LS腔建立負(fù)荷傳感壓力PLS

PLS=P′=P1=20MPa

圖43   復(fù)合作業(yè)時的主控閥

在低壓位置的主閥243的LS腔壓力PLS（=20MPa），經(jīng)量孔e節(jié)流后在開關(guān)閥247左端室建立的壓力P，要大于A2腔的壓力P2（=15MPa）經(jīng)量孔g節(jié)流后在開關(guān)閥247右端室建立的壓力P，因此開關(guān)閥247向右移動，關(guān)閉由A2通往室的油道。負(fù)荷傳感壓力PLS經(jīng)量孔h和f孔傳到室，建立壓力P。

在林德的LSC系統(tǒng)中，LS梭閥鏈?zhǔn)峭ㄟ^開關(guān)閥來選取最高的負(fù)荷傳感壓力。此時PLS壓力經(jīng)由圖43中所示路徑，經(jīng)由量孔h和m孔，傳到室。主閥243的室壓力與主閥223的室壓力相同，均為P′=PLS。也就是說，閥口SP的節(jié)流壓差ΔP1=ΔPLS都是相同的，主泵流量在執(zhí)行元件I和Ⅱ之間是按其各自閥口開度SP來分配的。

當(dāng)負(fù)荷壓力P2發(fā)生波動時，壓力補償閥245處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。

P₂=P-ΔP₁-ΔP₂=22.3MPa-2.3MPa-5MPa=15MPa

上式中ΔP2=5MPa是壓力補償閥節(jié)流口的壓差，由245閥的控制棱邊SK調(diào)節(jié)。當(dāng)P2下降時，室壓力P′瞬間下降，而室壓力由PLS建立并未發(fā)生變化，壓力補償閥245向右移動，SK閥口關(guān)小，ΔP2加大，即可保持ΔP1=ΔPLS不變。事實上，SK閥口關(guān)小后，泵壓P就可對室進(jìn)行壓力補償，保持P′壓力不變。當(dāng)P2上升時，補償閥245向左移動，SK閥口開大，ΔP2減小，仍可保持ΔP1=ΔPLS不變。

5. 性能對比

5.1 節(jié)能

旁通流量控制系統(tǒng)節(jié)能性較好。在主控閥全部中位時，旁通溢流閥開啟（參看圖3），存在空流壓力損失約3.5MPa，此時有最大的旁通流量損失QP0（參看圖4）。操作手柄扳倒一半行程時，主泵流量仍有一部分通過六通滑閥的中立回路流回油箱。

先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)節(jié)能性好。由于主控閥為六通滑閥，仍然存在中位回油流量損失QP0（參看圖19），但其QP0比旁通流量控制系統(tǒng)小。在主控閥中位時，回油背壓小，僅0.5MPa左右。當(dāng)操作手柄行程加大，主泵流量QP和執(zhí)行元件進(jìn)油量Qa隨先導(dǎo)控制壓力Pi增加而增加。在流量控制壓力從Pis到Pie的調(diào)速范圍內(nèi)，QP與Qa近似為等距曲線，流量損失（QP-Qa）變化不大。

負(fù)荷傳感系統(tǒng)的節(jié)能性較好。主控閥無串聯(lián)的中立油路回油箱，因此沒有主控閥的中位空流損失。當(dāng)操作手柄中位時，因為主泵沒有備用流量QP0（參看圖28），主泵的空載流量損失在理論上為零。

但是，在負(fù)荷傳感主控閥的節(jié)流口存在固定的壓力損失ΔPLS（2～2.9MPa），約為系統(tǒng)最高壓力的6～8.5%。當(dāng)作業(yè)中流量增大時，功率損失（執(zhí)行元件所需流量與壓差ΔPLS的乘積）也不小。復(fù)合作業(yè)各執(zhí)行元件負(fù)荷壓力相差很大時，由于泵流量只受最高負(fù)荷壓力控制，主泵供油流量會多于執(zhí)行元件需求流量之和，也會造成功率損失。

不同流量控制系統(tǒng)的扭矩特性比較如圖44所示。負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)中，主泵吸收的扭矩是變動的。在額定功率點上，主泵按負(fù)荷壓力的變化實時調(diào)整泵的排量（參看圖44-a），因此主泵能夠完全吸收發(fā)動機(jī)輸出的扭矩。旁通流量控制和先導(dǎo)傳感控制則因負(fù)荷壓力變化時，主泵流量調(diào)整有一個滯后過程，主泵吸收的扭矩不變，而且為防止發(fā)動機(jī)超負(fù)荷失速，主泵在匹配工作點吸收的扭矩，設(shè)計時低于發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速下輸出的扭矩，將損失大約5～8%的功率。

（a）負(fù)荷傳感系統(tǒng) 

（b）其他流量控制系統(tǒng)

圖44  發(fā)動機(jī)與主泵的功率匹配

需要說明的是，上述有關(guān)節(jié)能性的對比分析，僅針對流量控制而言。某一機(jī)型是否節(jié)能，還要考慮是否采用混合動力技術(shù)、發(fā)動機(jī)本身的燃油消耗特性、發(fā)動機(jī)的調(diào)速特性及其動力適應(yīng)控制（發(fā)動機(jī)-主泵功率的動態(tài)匹配）、液壓主泵的負(fù)載適應(yīng)控制、以及主控閥的負(fù)載適應(yīng)控制等。

在液壓挖掘機(jī)上，發(fā)動機(jī)一泵一閥的聯(lián)合控制是機(jī)電液一體化的系統(tǒng)。除了流量控制，還有其他的控制方法來實現(xiàn)節(jié)能，例如自動怠速、短時超載、溢流（切斷）控制（參看圖2）、恒功率控制、分工況的變功率控制、以及動臂再生控制、斗桿再生控制等等。

因此，對于具體廠牌系列或機(jī)型的節(jié)能性判斷，不能簡單說因為采用了先導(dǎo)傳感控制（正流量控制）這種流量控制方式，節(jié)能性就一定好。目前對三種流量控制的節(jié)能效果的優(yōu)劣，還不能作出對比的定論。

5.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性與響應(yīng)性

對于液壓系統(tǒng)的流量控制，可用圖45來分析系統(tǒng)控制過程的特性?？刂屏浚髁浚┻_(dá)到目標(biāo)值的時間（響應(yīng)時間）越短，動態(tài)響應(yīng)就快；控制過程中超調(diào)量（控制偏差）越小，穩(wěn)定時間就短。響應(yīng)快、穩(wěn)定時間短，就表明控制的動態(tài)特性好。

系統(tǒng)穩(wěn)定之后，流量的實際值與目標(biāo)值之差就是穩(wěn)態(tài)偏差。穩(wěn)態(tài)偏差小，表明靜態(tài)特性好，即系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

圖45  系統(tǒng)的控制過程

從流量特性來看（圖46），在旁通流量控制（圖46a）和先導(dǎo)傳感控制（圖46b）系統(tǒng)中，當(dāng)操作手柄中位時，主泵有備用流量QPo，因此都比無QPo的負(fù)荷傳感控制（圖46c）的動態(tài)響應(yīng)快。由于旁通流量控制的信號采集點位于主控閥的旁通油路末端，泵控滯后于閥控的延時較先導(dǎo)傳感控制長一些，所以動態(tài)響應(yīng)較慢。

（a）                  （b）             （c）

圖46  流量特性的比較

從泵控特性來看（圖47），無論旁通流量控制（圖47a），還是先導(dǎo)傳感控制（圖47b），控制壓力Pi與與流量Q的關(guān)系曲線都是有坡度的，不像負(fù)荷傳感控制中壓差ΔPLS與流量Q的關(guān)系曲線那樣陡變（圖47c）。因此，旁通流量控制和先導(dǎo)傳感控制的超調(diào)量比負(fù)荷傳感控制?。▍⒖磮D46），動態(tài)特性比負(fù)荷傳感控制好。

圖47  泵控特性的比較

一般的旁通流量控制和先導(dǎo)傳感控制都是采用機(jī)-液結(jié)構(gòu)實現(xiàn)比例控制，由于存在機(jī)械慣性，不可避免地存在靜態(tài)誤差，最終也會影響系統(tǒng)的控制性能。在神鋼的挖掘機(jī)上采用了電液比例技術(shù)加以改進(jìn)（參看圖11、圖24），但是，這兩種控制系統(tǒng)的主要問題都是一種開環(huán)控制，無法對執(zhí)行元件負(fù)荷壓力對流量的影響作出實時響應(yīng)。

負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性，是因為對流量采用了閉環(huán)控制，如圖48所示。當(dāng)負(fù)荷PLS增大，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n下降時，主泵流量Q會減小，主控閥節(jié)流前的壓力Pp隨之減小。于是，壓差ΔPLS（=Pp-PLS）將減小。主泵的LS閥調(diào)大主泵排量q，反之亦然。即使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降或上升，泵流量Q（=n*q）都相對穩(wěn)定在目標(biāo)值左右，流量Q的調(diào)節(jié)過程與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，也就是說，對于外界干擾（負(fù)荷變動），因負(fù)荷傳感反饋信號ΔPLS的作用，負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，增大了系統(tǒng)的剛度。

圖48  負(fù)荷傳感的閉環(huán)控制

5.3 操作性能

5.3.1 執(zhí)行啟動點

普通多路滑閥的靜態(tài)特性表明，通過節(jié)流閥口的流量Qa不僅與操作手柄先導(dǎo)閥的行程（二次先導(dǎo)油壓Pi）有關(guān)，還與節(jié)流口的壓差ΔPLS=Pp-PLS有關(guān)，而且負(fù)荷壓力越大，主控閥的調(diào)速范圍越小。

旁通流量控制和先導(dǎo)傳感控制的主控閥的閥芯，越過封油區(qū)進(jìn)入調(diào)速區(qū)時受到軸向液動力的作用，而液動力與節(jié)流閥口壓差有關(guān)，此壓差隨負(fù)荷壓力的變換而改變，因此執(zhí)行元件的啟動點不固定，而是隨負(fù)荷壓力變動，如圖49所示。

圖49  六通滑閥的流量特性

負(fù)荷傳感控制的主控閥因為有壓力補償閥，節(jié)流閥口前后的壓差ΔPLS是不變的，因此執(zhí)行元件的啟動點固定，不受負(fù)荷大小影響，操作性好。

5.3.2 操作者的手感

如圖50（a）所示，旁通流量控制系統(tǒng)與先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)中，主泵流量是在泵壓升高后逐漸增加的，操作比較柔和。挖掘中碰到硬石頭時，負(fù)荷壓力增大，主控閥滑閥移動的阻力增大，先導(dǎo)手柄的輸出壓力，操作者有手感。

在負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)中，主控閥打開后，ΔPLS才會變小，泵壓急劇升高（參看圖50b），操作性稍粗暴。由于主控閥節(jié)流口壓差ΔPLS恒定，負(fù)荷壓力的變化不會影響主閥芯的移動，操作者對土質(zhì)的軟硬沒有手感。

（a）（b）

圖50  操作性比較

5.3.3 直線行走能力

旁通流量控制系統(tǒng)與先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)，直線行走性能好。在復(fù)合操作時，通過直線行走閥串通左右行走馬達(dá)進(jìn)油路，來實現(xiàn)直線行走。即使在單獨操作行走時，雖然左右行走馬達(dá)分別由兩主泵供油，但通過微調(diào)兩個主泵的排量，可使左右行走馬達(dá)的進(jìn)油流量差控制在±2%內(nèi)。

對于雙泵固定合流的負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)（如小松PC-6），為改善直線行走性能，左右行走壓力補償閥用外部管路聯(lián)通，而且在行走壓力補償閥內(nèi)設(shè)置有節(jié)流元件a來確保行走轉(zhuǎn)向性能，直線行走的左右流量差約4%。

在PC-8系列的負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)上，采用了直行PPC信號閥，用左右行走先導(dǎo)壓力差來開關(guān)直行合流閥，確保直線性能和轉(zhuǎn)向性能俱佳。

因此，三種流量控制系統(tǒng)的直線行走能力應(yīng)當(dāng)是不分伯仲的。

5.3 復(fù)合操作的適應(yīng)性

對于旁通流量控制和先導(dǎo)傳感控制，在復(fù)合操作工作裝置例如斗桿和鏟斗挖掘作業(yè)時（參看圖51.a），主泵供油總是優(yōu)先流向負(fù)荷壓力較低的斗桿缸，不易保持操作的同步性，復(fù)合操作適應(yīng)性差。

負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)有壓力補償閥，主控閥各閥芯節(jié)流閥口的壓差ΔPLS保持恒定。當(dāng)兩個以上的工作裝置同時操作時，流量分配不受負(fù)荷壓力影響，操作自如，復(fù)合操作性能好。以同時操作鏟斗和斗桿為例，斗桿是否動作對鏟斗的速度沒有影響，如圖51（b）所示。

（a）（b）

圖51  復(fù)合操作性的比較

5.4 可靠性與可維修性

旁通流量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，維修也較方便。故障點在主閥中立回路的旁通節(jié)流元件、旁通溢流閥以及主泵上的流量控制伺服閥。

先導(dǎo)傳感控制系統(tǒng)的可維修性稍差，故障點在先導(dǎo)傳感的梭閥鏈上眾多的單向閥或往復(fù)閥、主泵上的流量控制伺服閥。

負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)除了LS梭閥鏈和主泵的LS閥，主控閥和壓力補償閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滑閥內(nèi)孔還有閥，量孔和油溝多，密封件多，增加了故障點，對液壓油的清潔度要求更高。

應(yīng)當(dāng)說，三種控制方式的可靠性、可維修性都經(jīng)過了多年的生產(chǎn)性驗證，也得到了市場的認(rèn)可。但是，負(fù)荷傳感控制的制造成本和維護(hù)成本還是要高一些。

5.5 定性比較

表5列出了三種流量控制方式的性能對比。

液壓挖掘機(jī)制造廠商，在擬定液壓系統(tǒng)的設(shè)計方案，確定流量控制方式時，會從整機(jī)的性價比出發(fā)，既有對三種控制方式性能指標(biāo)的綜合評價，也有對成本因素和銷售價格的競爭分析。

同一主機(jī)廠的挖掘機(jī)，先后選擇過不同的流量控制方式。例如，日立建機(jī)在1986年的UH系列上采用先導(dǎo)傳感（P）控制（參看表1），1991年的EX-2系列采用負(fù)荷傳感控制，1996年的EX-5系列采用旁通流量控制，2000年的ZX系列及以后的ZX-3系列又采用了先導(dǎo)傳感（E/P）控制。神鋼的SK系列則有先導(dǎo)傳感（E/P）控制到旁通流量（E/N）控制，再到先導(dǎo)傳感（E/P）控制的演變。小松從旁通流量控制轉(zhuǎn)為負(fù)荷傳感控制。利勃海爾的部分中型機(jī)則從負(fù)荷傳感控制轉(zhuǎn)為先導(dǎo)傳感控制。

國產(chǎn)挖掘機(jī)的流量控制方式與配套泵閥液壓件廠商的主流技術(shù)密切相關(guān)。同一液壓元件制造廠商也提供不同的選擇，例如川崎精機(jī)既有旁通流量控制的主泵與主閥，也有先導(dǎo)傳感控制的主泵與主閥。

在擁有國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)設(shè)計的獨立知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新過程中，除了主機(jī)廠的總體設(shè)計，液壓元件行業(yè)也擔(dān)負(fù)著重任。

表5  不同流量控制方式的性能比較

注：◎ 優(yōu)良        ○ 較好         △ 一般

【參考文獻(xiàn)】

張玉川主編，進(jìn)口液壓挖掘機(jī)國產(chǎn)化改造，西南交大出版社，1999

朱齊平主編，進(jìn)口挖掘機(jī)維修手冊，遼寧科技出版社，2004

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