负载敏感控制技术在装载机液压系统中的应用

目前国内装载机的液压系统普遍采用开芯系统，由定量泵提供恒定的流量，系统压力由装载机的负载决定，为了限制系统的最高工作压力，必须设置一个溢流阀，当系统工作压力达到设定值时，定量泵输出的多余流量通过溢流阀流回油箱，这将导致很高的功率损失，在液压系统中产生大量的热损耗，致使整个系统效率较低。如采用负载敏感(Load Sensing)控制技术可以大幅提高系统效率，达到节能降耗的目的。

1、开芯系统能耗分析

图1为开芯系统简图。通过改变换向阀的方向及阀芯开口的大小，来控制进入液压缸油液的方向及流量ql。定量泵输出的多余流量△q由溢流阀溢回油箱。为了完成调速功能，不仅换向阀的开口量要能够调节，而且溢流阀必须始终处于开启溢流状态。

图1 开芯系统简图

系统的功率损失为

式中：pp—定量泵工作压力；

pl—液压缸工作压力；

qp—定量泵输出流量；

ql—液压缸输入流量；

△q—通过溢流阀的溢流量；

△p—流经换向阀的压力损失。

由上式可知，该系统的功率损失由两部分组成，溢流损失pp△q和节流损失△pql，这两部分功率损失都变成热量使油温升高，因此系统效率较低。据有关资料介绍，当负载恒定或变化很小时，η=0.2～0.6。

2、负载敏感控制系统的原理及能耗分析

采用负载敏感控制技术的系统是一种能感受系统压力-流量需求，且仅提供所需求的流量和压力的液压回路。

负载敏感控制系统（见图2）主要由负载敏感变量泵、负载敏感阀、LS信号反馈通道（梭阀）和执行元件（液压缸）组成。

图2 负载敏感控制原理图

1.变量泵 2.负载敏感阀 3.梭阀 4.压力补偿器5.负载敏感控制器 6.变量伺服油缸 7.液压缸

当负载敏感阀2处于中位时，变量泵出口油路被封闭，X口油液通过梭阀及负载敏感阀内部油路返回油箱，变量泵出口压力油可通过变量泵上的负载敏感控制器5、压力补偿器4到达变量伺服油缸6，控制活塞克服复位弹簧力使变量泵斜盘处于接近零排量倾角的位置。此时泵出口压力为负载敏感控制器的设定值，一般为1 MPa～2 MPa，称之为泵的低压待命压力。变量泵输出流量接近零，仅为补偿内部泄漏的流量。

当负载敏感阀2处于左位或右位时，泵出口的压力油流经负载敏感阀内部的节流孔，产生一个压差信号通过反馈通道作用于负载敏感控制器5两端，与控制器内弹簧力共同控制阀芯的移动，这将导致斜盘倾角控制活塞内的部分压力油通过泄油路流回油箱。泵斜盘将到达一个新的角度，变量泵开始向系统提供较大的流量。根据负载敏感阀2内阀芯开口的大小，可实现变量泵输出流量的控制。

当液压缸活塞运行至行程终点时，变量泵出口压力升高至压力补偿器设定压力，压力补偿器阀芯克服弹簧力的作用，打开泵出口至斜盘伺服油缸的通路，高压油进入伺服油缸使斜盘处于零度倾角位置，变量泵输出流量接近于零。这种工况称为变量泵的高压待命状态。

变量泵待命状态时，由于只有极小的泄漏流量，因此功耗极低。

系统工作时的功率损失为

式中：pb--变量泵工作压力；

pL--液压缸工作压力；

q--变量泵输出流量；

△p--负载敏感控制器设定压力。

负载敏感控制系统不存在溢流损失，虽然节流损失仍存在，但节流孔两端压差恒定且较小（1MPa～2 MPa），故功率损耗很小。

系统效率为

可见泵的工作压力越高，系统效率也越高，节能效果越好。

3、负载敏感控制技术的应用

图3为采用负载敏感控制技术的轮式装载机转向与制动液压系统图。

转向系统采用了负载敏感转向器，转向器工作时，同时向优先阀和负载敏感变量泵提供LS信号，LS信号可控制优先阀按照转向油路的需求，优先向其分配流量，剩余流量通过EF口供给制动系统，当转向器处于中位时，全部流量均供给制动系统。

制动系统的蓄能器压力低于设定下限压力时，充液阀会发出LS信号给负载敏感变量泵，变量泵将提供蓄能器充液所需的压力和流量。当蓄能器压力达到设定上限压力时，变量泵X口压力油经梭阀、充液阀返回油箱，变量泵处于待命状态。

4、结语

采用负载敏感控制的液压系统基本消除了溢流损失，可大幅降低功率损耗，达到理想的节能效果。负载敏感变量泵可同时驱动多个负载，为多个系统提供不同的压力和流量需求，且各系统之间互不影响。基于这些特点，负载敏感控制技术在工程机械、农业机械等领域已得到广泛应用。