流量控制方式

流量控制方式

在挖掘机的液压系统内，流量Q、压力P及能耗（流量损失ΔQ、压力损失ΔP）等参数的变化，反映了液压传动过程的控制特性。液压系统工作时，压力P不是系统的固有参数，而是由外负荷决定的。

因此，当发动机转速ne一定时，要对液压系统的功率进行调节，其实是对液压缸、液压马达等执行元件的进油量Qa进行调节

有两种方法调节系统流量。第一种方法是泵控方式，通过改变主泵的每转排量q来调节主泵的输出流量Qp，称为容积调速。

除了容积调速，还有一种泵控方式是通过动力模式下的变功率控制，利用外部指令设定不同工况下不同的发动机输出功率来改变主泵转速ne，从而调节主泵输出流量Q=nq。

调节系统流量的第二种方法是阀控方式，可对主泵输出的流量进行二次调节。这种通过改变主控阀开度来调节执行元件的进油量，称为节流调速。常见的节流调速采用操作手柄（踏板）先导阀输出的二次先导压力来调节主控阀的开度。

一．旁通流量控制

典型的旁通流量控制如图3所示。要实现旁通流量控制，液压系统在结构上应同时具备以下三个条件：①主控阀为中位开路的三位六通阀，主控阀的各叠加阀的进油路为串并联；②在主控阀中位旁通回油路的底端设置有节流元件，同时并联有低压溢流阀。在节流元件进油口设置取压口，提取该点压力，作为流量控制的信号压力Pi。用于旁通流量控制的主控阀有如川崎的KMX系列控制阀、东芝的DX22/28型和UDX36

型控制阀；③主泵的控制特性一般应为负流量控制（日立EX—5系列除外），即主泵的流量变化ΔQP与信号压力的变化ΔPi成反比，而且主泵的负流量控制阀（NC阀）在主泵调节器上的位置，应确保恒扭矩控制（TVC）优先。用于旁通流量控制的主泵有如川崎的K3V和K5V系列柱塞泵。

2.1 旁通流量控制的原理如图3所示，旁路节流阀的节流口前后压差ΔP=Pi=QR2/KA 式中Pi—回油节流口前的压力。略去回油的背压时，ΔP=Pi。QR —主控阀中位回油流量（m3 /s）。A—回油节流口通流面积（m2 ）. K—常数，与节流口的收缩系数、速度系数、油液重度等有关，K由实验决定。对于具体的回油节流阀结构，A、K为一定数，旁通流量QR与Pi的关系如图4第四象限所示：QR越大，Pi越大，QR与Pi呈抛物线的函数关系。

当主控阀各阀芯均处于中位时，QR最大，控制压力Pi也最大，其值由旁路溢流阀调定（参看图3），此时主泵流量QP最小为Qpo，如图4第一象限所示。以装用川崎精机KMX15R主阀的系统为例，旁通流量QR 最大为30L/min,此时旁通溢流阀开启，控制压力Pi达到最大值3.5MPa。当主控阀的阀芯开度达到执行元件进油量QA与主泵供油量QP相等时，中位旁通回油流量QR接近于0，控制压力Pi变得很小，主泵流量QP已调到最大，如图4第二象限所示。主控阀芯行程改变时，控制压力Pi随动变化，执行元件的进油量

QA为主泵供油量QP与旁通流量QR之差，参看图4第二象限。表2列出了采用旁通流量控制的部分厂牌与机型。

2.3小松的OLSS系统（此系统并非本文所述的负荷传感系统，而是早期的旁通流量控制系统）

1981年以后，小松公司在PC400—1，PC650—1及40t级以下的PC—3、PC—5系列挖掘机上，采用了OLSS系统（Opened Center Load Sensing System中位开式负荷传感系统），如图8所示。

射流传感器如图9所示。主控阀中位旁通油流Qc从元件1的小孔do以射流形态喷出，大部分射流碰到螺套2的端面，其压力Pd（背压）接近油箱压力；小部分射流经小孔d1，流入螺套2的B腔，由于d1＜d0，这部分射流的动压力被节流减压后成为射流压力Pt与Pd。

射流传感器输出的压差（Pt-Pd）与旁通流量Qc的关系如图10曲线a段所示。当操作手柄处于中位，旁通流量超过40L/min时，溢流阀3开启（图9），压差稳定在1.5MPa左右，如图10直线b段所示，此时主泵排量最小。压力Pt与Pd由软管传到主泵的NC阀二端（参看图8），通过NC阀对主泵排量进行控制。压

差（Pt-Pd）与主泵排量Q呈反比关系（参看表2）。

2.6 日立EX—5的正流量控制系统（旁通控制）

日立建机在EX—5系列上采用了正流量控制系统，泵流量控制阀在油路上的位置如图16所示。2000年，日立推出的ZX系列也采用了正流量控制系统，但泵流量控制阀的结构和安装位置有很大的差异（参看图20），虽然都称之为正流量控制，，但二者流量控制的机理却全然不同：EX—5采用的是旁通流量控制，而ZX采用的是先导传感控制，详见后述。

EX—5的泵流量控制阀包括泵控制阀A和减压阀B，如图17所示。当控制阀开度变小，旁通流量Qd增大时，泵控制阀的滑阀A向右移动，调节阀B的设定压力降低，来自先导泵的初级先导压力被调压阀B分流而输出较低的控制压力Pi。控制压力Pi被传到主泵调节器，使泵排量按Pi压力成正比减小，因此称为正流量控制（参看表2）。在这里，阀A用于检测旁通流量，阀B的作用则相当于逻辑电路的“非门”。先导泵提供控制压力源，初级先导压力经过阀B的调制而成为旁通流量控制的信号压力。EX—5采用的是正流量控制。这一实例表明旁通流量控制多为负流量控制也有正流量控制。但是，先导传感控制却都是正流量控制（参看表3）。

二．先导传感控制

典型的先导传感控制系统如图18所示。要实现先导传感控制，液压系统在结构上应同时具备以下三个条件：①主控阀为中位开路的三位六通阀，主控阀的各叠加阀的进油路为串并联。不过，为减小液动力的影响，增大调速范围，改善滑阀的静特性，提高微调性能，对主控阀阀芯台肩切口的形状尺寸、封油长度与开口量的比例，都进行了优化设计；②用梭阀链对各操作阀输出的二次先导压力进行比较，选择其中最高的先导压力Pi作为先导传感控制的信号压力；③主泵的控制特性为正流量控制，即主泵的流量变化ΔQp应与

先导传感的控制压力的变化ΔPi成正比，而且主泵的调节器应使恒扭矩控制优先于流量控制。力士乐公司的A8VSO系列主泵和M8、M9系列主控阀，川崎的K3VDIP系列主泵和KMxRA系列主控阀，都适于构建先导传感控制系统。表3列出了采用先导传感控制的部分厂牌机型。

3.1 先导传感控制的流量特性先导传感控制的流量特性如图19所示。Qp为主泵供油流量，Qpo是主泵的最小流量（备用流量），Qp′是由泵出口压力与发动机转速决定的主泵最大流量。Qa为执行元件的进油流量。Pis是主泵的起调控制压力，Pie为主泵的终调控制压力。

3.2 日立ZX的正流量控制系统如图20所示，在先导操作阀的集油板（信号控制阀）内，通过梭阀1～17组成的梭阀链，对各个二次先导压力Ps比较后，选取复合操作时的最高先导压力Psmax。

Psmax传到泵流量控制阀（参看图21）的弹簧室内，推动阀柱。来自先导泵的初级先导压力Pc，经过阀柱打开的阀口节流后，流向油口SA。二次先导压力Psmax越大，Pi越大。最后，由软管将流量控制压力Pi 传到主泵调节器上。

当流量控制压力Pi传到调节器右端时（参看图22），推动控制活塞4向左移动。于是，伺服活塞10大腔的油被阀芯3节流后，再从Dr油口流回油箱，而活塞10在右端的先导压力作用下将向左移动，将主泵的排量调大。Pi越大，伺服活塞向左的行程越大，主泵排量越大，这种正流量控制的特性如图23所示。

图23上泵流量Q′是在某一工况下，由左右主泵输出的平均压力（Pd1+Pd2）/2和由发动机转速决定的功率变换比例阀输出压力Pps决定的最大泵油量。先导传感压力Pi则通过正流量控制滑阀3（参看图22），对流量Q′再次进行调制。