负载敏感系统主要研究进展的探讨

负载敏感系统发展于20世纪80年代的欧洲，目前越来越广泛地运用于中小型挖掘机上，节能效果显著。它在各执行元件同时工作时，流量供给只取决于操纵手柄的开度，而与负载大小无关，这就克服了开中心阀的缺点，使得作业可控性很强。德国力士乐公司的LUDV系统、林德公司的LSC系统、日本小松公司的CLSS系统（见图3-22）以及日立建机公司的负载敏感系统都属于这一类。

图3-21 基于液控定差减压阀的负载补偿阀流量特性

图3-22 日本小松公司闭式中心负载敏感系统

负载敏感系统早在20世纪60、70年代就被提出，但直到1988年才在欧洲真正用于液压挖掘机。进入90年代后，日本也开始在这方面加以研究，并推出了一系列相应的挖掘机产品，如小松公司的PC200-6、日立建机公司的EX200-2等。目前，商业化的各类型的负载敏感系统如表3-1所示，典型的小吨位单泵负载敏感系统一般成套使用德国力士乐公司的A10V+LUDV阀，采用阀后补偿的多路阀，具有抗流量饱和的功能。该系统一般采用闭中心控制系统，避免了旁路节流损耗，但仍然不能解决负负载导致的出口节流损耗以及联动节流损耗问题。此外，该系统在多执行元件同时工作时，如果执行元件的负载差别较大，系统的能量损耗仍然很大。工程机械的复合动作较多，如何解决多执行元件同时运行时，低负载执行元件能量损耗的问题，是负载敏感系统研究的难点之一。(www.xing528.com)

表3-1 各类型的负载敏感系统

由于挖掘机工作中各个执行元件驱动的负载相差很大，而负载敏感和负流量控制只能和最高负载相匹配，所以仍然存在很大的能耗。研究表明，消耗在控制阀上的能耗超过30%，所以，降低液压系统的能耗一直是该领域的重点研究课题。代表性的工作有：在液压负载敏感控制的基础上，20世纪90年代初德国研究者提出电液负载敏感控制原理，用压力传感器取代复杂的压力检测管网，通过阀口流量计算公式控制阀的流量，省掉了压差补偿器，简化了系统的机械结构、降低了能耗；日本学者对应用高速开关阀控制压力电闭环比例泵组成的电液负载敏感系统做了研究，并提出用比例压力阀改变压差补偿器的补偿压差，实现抗流量饱和的流量分配控制。

传统负载敏感原理的控制量是压差，可称为压力匹配型的负载敏感技术。这种技术的缺陷存在较大的压差损耗，最低也在2MPa左右；系统的稳定性较差，容易引发振动。为此德国亚琛工业大学的Zaehe博士进一步提出无需压力传感器、按流量计算负载压差和按总流量控制多执行元件的原理，德国布伦瑞克工业大学的教授Harms提出根据比例阀的流量设定值或阀芯位置确定负载所需流量，对泵的流量进行控制的流量匹配控制原理，因为这几种方法需要检测液压泵的转速和斜盘倾角，不便在移动设备中应用，故当时并未引起足够重视。直到2001年，德累斯顿工业大学液压研究所的Helduser教授，进一步提出用位移传感器检测比例流量阀压差补偿器开口量、泵出口旁通压差补偿器开口量，不需要检测泵转速的流量匹配控制原理，这一技术才引起人们的关注，研究课题获得了德国国家基金DFG（德国德意志研究联合会）的连续资助，取得了降低能耗10%以上的效果，成为电液技术新的研究热点。德累斯顿工业大学液压研究所进一步开发出了双回路的流量匹配负载敏感技术，显著降低了节流损耗。浙江大学也对该项技术做了深入的研究。