挖掘機:不同液壓系統的節能分析

　　1.中心開式負荷傳感系統原理
　　圖1表明中心開式負荷傳感液壓系統(OLSS)的原理。圖2是主泵工作的特性曲線，泵在一定轉速下，工作點無論在哪條曲線上，它的縱、橫坐標分別是壓力和流量，兩者的乘積就是功率。 　　圖1中所表示的操縱閥是大為簡化了的多路閥示意圖，它由先導或機械手柄、踏板控制其開度。閥芯在中位時，其中心油路是開放的，主泵回油從此通過，故稱之為“中心開式”。手柄、踏板開度增大時，閥芯A口、B口開度也按比例增大，工作油量增多，使閥中心開度減小、回油量減小;反之，回油量則增大。射流傳感器(以下稱射流閥)裝于多路閥回油路的末端，主閥開度越小，則回油量越大，射流閥的進、出油壓差就越大，其輸出壓差(Pd-Pb)也越大;反之，此壓差就越小。在主泵上還裝有負流量控制閥(NC閥)，當Pd-Pb壓差增大時，它的開度就減小，使控制泵油壓Pi減小、主泵輸出功率減小;反之，輸出功率增大。
　　該系統在發動機帶動主泵空運轉時，全部液壓油通過主閥中心及射流閥回油箱，此時射流閥進、出油壓差最大，輸出壓差Pd-Pb也最大，NC閥開度最小，控制泵的油壓受到最強的節流，輸出油壓Pi最小，主泵伺服缸驅使主泵輸出最小流量。當人為操作控制手柄、踏板滿負荷工作時，情況與以上相反，主閥回油量最小，主泵輸出最大功率(見圖2)。當中度負荷工作時，控制主閥開度不大，主泵輸出功率介于上述兩種情況之間，按與其開度相適應的特性曲線工作(主閥開度大小決定工作的那條曲線)，以節省能量。 　　圖3中的(a)、(b)、(c)分別是在空負荷、輕負荷和強阻力作業時該系統的節能效果圖。傳統的恒功率控制只在最外特性曲線上工作，所消耗的功率由0abc四邊形面積決定;中心開式負荷傳感系統也可在最外特性曲線上工作，但當在空負荷、輕負荷和強阻力作業時，消耗功率由0123四邊形面積決定，兩者的面積差(圖中影線部分)就是后者較前者所節省的能量。
　　2.負流量控制系統原理
　　圖4表示負流量控制系統原理。它的主閥也是中心開式的，主閥回油油路末端裝有節流閥，在節流閥之前引出一油路，以控制主泵的變量液壓缸。主閥也由先導或機械手柄、踏板等成正比例控制其開度，閥芯開度大時，工作油流量變大，回油量變小;反之，回油量就大。
　　該系統在發動機帶動主泵空運轉時，全部液壓油通過主閥中心回油箱。在節流閥前回油壓力最大，此最大的壓力驅使變量液壓缸使主泵輸出流量最小，故稱之為負流量控制系統。當人為操作控制手柄、踏板滿負荷工作時，情況與上述相反，主泵則輸出最大功率。在中等負荷工作時，控制主閥開度不大，主泵輸出功率介于上述兩種情況之間。總體來看，其效果與中心開式負荷傳感系統是相同的，它的主泵特性曲線也類似圖2，其節能效果也可用圖3描述。
　　3.幾種系統的比較
　　中心開式負荷傳感系統與負流量控制系統相比較，基本原理是一致的，都是利用主閥回油壓力的變化控制主泵輸出功率，都是回油量大時主泵輸出功率就小，但兩者的結構和配置有所不同。
　　中心開式負荷傳感系統采用正控主泵，即控制主泵變量的油壓越高，泵的輸出功率越大。該控制油壓由控制泵提供，油壓大小由NC閥按照射流閥壓差大小成反比例控制。負流量控制系統采用負控泵，其控制油壓直接由回油節流閥前的回油壓力提供。兩者相比，后者要簡單得多。正控泵之所以得到負流量控制總的效果，是因為NC閥對回油壓力做了反比例控制。理論上講，負流量控制系統以其簡單的結構配置完全可以代替中心開式負荷傳感系統。
　　正流量控制系統是與以上兩種系統相并列的另外一種控制系統。它采用正控泵，由各先導閥中開度最大的一個先導壓力正向控制主泵的輸出功率，而最大先導壓力由梭閥組實時地從各先導閥中檢測比較出來。它的節能效果也類似圖3，但它只根據開度最大的一路閥控制泵的輸出功率，其余各閥開度無論大小都不參與控制過程。這顯然不如前兩種系統，控制作用取決于總體負荷量的更為合理。 　　負荷傳感系統(或稱負載敏感系統)，由中心閉式閥和壓力補償器組成，其控制原理與以上幾種系統截然不同，功能更優越。 　　4.各種系統的應用
　　中心開式負荷傳感系統(OLSS)主要用在20世紀90年代大、中型挖掘機上，最常見的是用在日本小松“-5”系列挖掘機上。
　　負流量控制系統起源于日本，20世紀80年代出現在挖掘機上，90年代廣泛用于中型挖掘機。它結構簡單，有一定節能效果，日本大量的中型挖掘機采用此系統。
　　正流量控制系統主要見于德國力士樂公司，它需要較大的梭閥組予以支持，目前它的用量在減少。
　　負荷傳感系統發祥于20世紀80年代的歐洲，越來越廣泛地運用于中小型挖掘機上，節能效果顯著。它在各執行機構同時工作時，流量供給只取決于操縱手柄的開度，而與負荷大小無關，這克服了中心開式閥的這一缺點，使得作業可控性很強。德國力士樂公司的LUDV系統、林德公司的LSC系統、日本小松公司的CLSS系統以及日立建機公司的負荷傳感系統都屬于這一類。
　　以上挖掘機液壓控制系統共同特點是，中等負荷、空載和強阻力工作時節能效果明顯，與CPU電子控制系統以及發動機控制裝置聯合應用，可使其控制功能大為擴展，實現極限負荷控制、多擋功率控制、空負荷自動低速運轉等多種自動化功能。