负载独立流量分配_LUDV_控制系统

液压与气动2003年第10期

负载独立流量分配(LUDV)控制系统

陈欠根,纪云锋,吴万荣

LoadIndependentFlowDistributionControlSystem

ChenQian2gen,JiYun2feng,WuWan2rong

(中南大学机电工程学院,湖南省长沙市　410083)

摘　要:介绍了负载独立流量分配(LUDV)控制系统的基础理论,着重论述了负载独立流量分配原理、系统的效率及流量调节原理。

关键词:LUDV系统;负载传感;流量调节中图分类号:TH137　文献标识码:B　文章编号:100024858(2003)1020010203

1　前言

则有:pm1=pm2

在多年来众所周知的负载传感系统(LoadSensing)中,与负载压力无关性是通过设在测量阻尼孔前的压

力补偿阀来实现的(图1a)。但当通过多个测量阻尼孔操纵多个执行器时所需的流量大于泵所能提供的流量时,压力补偿阀的压差调节将失效,结果是流量流向具有最低负载压力的执行器,而具有高负载压力的执行器降低其速度直至停止运行。

LUDV系统,即负载独立流量分配(LoadIndepen2dentFlowDistribution)系统,是以执行器最高负载压力

控制泵和压力补偿的负载独立流量分配系统,当执行器所需流量大于泵的流量时,系统会按比例将流量分配给各执行器,而不是流向轻负载的执行器。近几年在建筑机械领域中展示了LUDV系统的应用趋势。　　2　理论基础211　基本原理

11泵　21换向节流阀　31压力补偿阀

41梭阀　51缸　61LS阀调节器

图1　系统原理图

这意味着各补偿阀均受较高的负载压力控制,故

各回路的流量分配阀后的压力可保持相等。所以:Δp1=Δp2=Δp=常数,流经两阀的流量:

Qv1=C1A1Qv2=C2A2

2Δp/ρ2Δp/ρ

(1)(2)

如图1b所示,将压力补偿阀设计在测量阻尼孔之后,执行器的最高压力p1(设p1>p2)的信号传递给所有的压力补偿阀和液压泵,由压力流量调节器给定的约为2MPa的压差作为调节压差Δp作用于系统,加于阻尼孔的压差Δp由于压力pm1=pm2而相等,泵按阻尼孔截面积A1和A2成正比供油。212　数学原理

式中　C1、C2———流量常数

A1、A2———阀口开度ρ———油液的密度ps,pm1(pm2)———阀前、后的压力(1)和(2)式可写成:

Qv1=f(A1),Qv2=f(A2)

由图1b可得流量分配阀出口的压力与最高负载压力p1的关系为:

pm1-p1=pk1,　pm2-p1=pk2

　收稿日期:2003204214

),男,江西新干人,教授,硕士,主　作者简介:陈欠根(1956—

　　若调整两补偿阀的开启压力,使得pk1=pk2=pk,

要从事机电液一体化、智能检测技术的研究与应用。

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　　即两回路所得的流量只与换向阀的开度成比例。213　流量分配特性

当液压泵的供油量Qp在多个执行器同时操作不

Δp1和Δp2将相应减少,由于所有压力能满足需要时,

平衡阀上作用有最大的压力信号p1,所以流量继续以与负载压力无关的方式进行分配,即

Qv1A1=。Qv2A2

再分析两个缸同时动作时的系统的效率,泵的输

出流量Qp=Q1+Q2,输出压力为p=p1+Δp1=p2+Δp2,则系统效率为:

η=

Q1p1+Q2p2(p1+Δp1)Q1+(p2+Δp2)Q2

(3)

Δp2=(p1-p2)+Δp0,则　　令Δp1=Δp0,

n=

Q1p1+Q2p2(p1+Δp1)(Q1+Q2)

(4)

泵流量供给不足时的分配情况如图2所示,虚线表示泵的最大供给流量60L/min,当通过阀1流量为50L/min,阀2流量上升到30L/min时,流经两阀的总流量80L/min,超过当前泵的最大供给流量60L/min,就按比例i=60/80=0175向各阀分配流量,此时流过阀1的流量为Q1=3715L/min,流过阀2的流量为

Q2=2215L/min。Δp1=Δp2=Δp0,则　　当p1=p2,η=p1/(p1+Δp)　　此时与单缸动作时的效率相同。4　LS阀的作用和工作原理

LS阀检测负载并控制泵的流量,此阀根据压差ΔpLS=(pp-pLS)(主泵的压力pp-控制阀输出口压力

pLS)来控制泵的流量Q。

LS阀工作原理见图4,控制阀输出口压力pLS作用于LS阀的左腔(弹簧腔),泵出口油压pp作用LS阀的

图2　LUDV系统流量分配

右腔。(LS压力pLS+弹簧3压力F)和泵压力pp的

大小决定了滑阀2的位置。

3　系统效率分析

首先分析单个执行器动作时的效率,泵的最高输出压力由溢流阀调定,最大输出流量由换向阀调节,如图3所示,虚线为最大时的特性曲线,这时系统的输出功率为:

N=N有+N损

式中　N有———有效功率,N有=Qv1p1

N损———损失功率,N损=Qv1Δp

系统的效率η为:

η=(Qv1p1)/(Qv1p1+Qv1Δp)=p1/(p1+Δp)

11伺服活塞　21滑阀　31弹簧

图4　LS阀工作原理图

当控制阀在中位时,pLS为0MPa,此时,滑阀2被

推到左边,口d和c相通,泵的压力pp由口k进入活塞大端直径,并且同样的泵压力pp也进入活塞的小端直径。由于伺服活塞1的面积差,斜盘转到最小倾角。

当压差ΔpLS变小时(如,当控制阀口开度变大且泵的压力pp下降时),LS压力pLS和弹簧3压力F把滑阀2向右推,当滑阀2运动时,b口和c口相通,并连接到TVC阀,这样TVC阀就与排放口相连,因而回路

图3　系统效率特性图

c～k就变成了排放压力pT,而泵的压力pp进入小直

　　由于p1远大于Δp(Δp为系统最高压力的1%～

5%),故系统的效率一般在95%以上。

径端,故伺服活塞1被向右推,使斜盘向排量增加的方

(下转第9页)向转动。

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与操作人员之间的介面,视窗操作平台使操作者能够毫无问题地很快进入设备的控制程序之中。

了一个用于设备操作的现代化的分散式控制方案。5　驱动方案总结

1)液压驱动的优点　减少的安装功率。因为用于汽车加速的峰值是由一个液压蓄能器站供给的,在这种情况下,加速功率(530kW)远远大于电机的安装功率(30kW)。

2)二次调节其它优点　我们根据下面的其他优点决定了选用二次调节驱动:

(a)与配有定量马达和节流控制的传统液压驱动装置相比,二次调节驱动装置的蓄能器可以设计成很小。这是可以实现的,因为在汽车加速完毕之后的恒速运行阶段,在二次调节驱动情况下仅需很小的转矩,亦即仅需很小的排量就能保持速度的恒定。与此相反,在节流控制方式,因为液压马达的固定排量必须提供一个很大的蓄能容积,由于节流点前后的压力差将液压能转换成热能的损耗。

(b)另外,二次调节的真实撞车试验设备能以随意的速度曲线运行,还能够将制动过程中的能量回收利用。

(联系人:工业液压部门通用机械应用经理陈景明先生,电话:(00825)22625185;传真:(00852)27864019:电邮:km.chan@boschrexroth.com.hk)□

图3　菜单式操作屏幕提供了一个总览全局的设备操作和方便用户的数据管理。作为例子,在这个屏幕上人们可以看到速度给定值和实际值以及位置实际值。

一个Paradox数据库使操作员能够很容易地专业

性地处理试验数据,通过网络设于计算机房内的PC机能够进入设备的电器柜。在电器中所有实时任务,如给定值预给和测量数据收集等都通过一个实时计算机发动运行。

设备的自动化是通过一个SPS可编程控制系统来实现的,而二次调节驱动装置的控制则是由一个匹配的数字式控制组件DRB22来完成的,如此,为使用者提供

(上接第11页)

　　当压差ΔpLS变大时(如,当控制阀口开度变大且泵的压力pp升高时),泵压力pp把滑阀2向左排,当滑阀2运动时,泵压力pp由d口流到c口,并经k口进入活塞大端直径,同时泵压力pp也进入活塞的小端直径,但由于活塞1大小端的面积不同,伺服活塞1被向左推,因而使斜盘向排量减小的方向转动。

若泵压力pp与LS压力pLS的弹簧3压力F的合力平衡时,设活塞大、小端承压面积分别为A0、A1,进入大直径端的压力记为pen,那么关系式为A0×pp=A1×pen,伺服活塞1就会在此位置停住,斜盘就会保持在中间位置,润阀2会停在b口与c口之间和d口与c口之间的节流口开口接近相同的位置。

这里TVC阀的作用是当泵输出压力(自身压力)pp1和pp2(另一台泵的压力)高时,TVC阀控制主泵,使

得主泵即使在控制阀的行程变大时也不会有比恒定流量(按输出压力而定)更多的油输出。这样就实现了等功率控制,因而泵吸收的功率不会超出发动机功率。5　结束语

LUDV系统可以检测出负载的压力,使泵的供油

压力始终高出负载压力一个较小压差。当执行器所需流量大于泵的流量时,系统会按比例将流量分配给各执行器。操作换向阀改变阀口开度,泵能自动调节并输出与负载速度要求想适应的流量,而与负载大小无关,实现泵输出功率与负载需要的匹配,极大提高了系统效率,达到了节能目的。

参考文献:

[1]　米智楠,等1工程机械中的一种新型节能液压系统[J]1

中国能源,1997(4).