德國(guó)力士樂(lè)LDUV控制系統(tǒng)工作原理液壓控制技術(shù)

在液壓控制技術(shù)起初，加工機(jī)械廠的加工運(yùn)動(dòng)的速度取決于控制閥的橫截面及液壓流體的粘度。

對(duì)于速度的靈敏控制只能通過(guò)嚴(yán)格操縱才能實(shí)現(xiàn)。

接著，根據(jù)3位6通換向閥的原理對(duì)第一個(gè)控制閥塊做一個(gè)重大改進(jìn)，就使得一個(gè)機(jī)床工人同時(shí)相應(yīng)地控制幾個(gè)加工運(yùn)動(dòng)成為可能。

三位六通換向控制閥塊

下面用M1控制閥塊的例子來(lái)圖解這個(gè)工作原理

M1單閥塊截面圖

在閥桿中位，油液通過(guò)鑄造的通道無(wú)壓的從P口流到T口（中位循環(huán)），泵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作油路的接口A和B連接切斷?？衫脵C(jī)械式的手柄或依靠液壓方式在a1或b1口引入先導(dǎo)壓力，使閥桿離開(kāi)中位而移動(dòng)。

依靠閥桿的換向和對(duì)閥桿的控制，減少P口到T口連接的通道，隨著其進(jìn)一步位移，進(jìn)一步減少流通面積，使流阻增大（流通面積的縮減導(dǎo)致流阻的增加），以至于壓力因此增加。隨著從P口到T口的流通面積減少，P口到A口或P口到B口的連接通道將打開(kāi)，液體將流到執(zhí)行器接口。當(dāng)由于壓力和液壓缸面積產(chǎn)生的力超過(guò)作用在液壓缸上的負(fù)載外力時(shí)，油缸開(kāi)始移動(dòng)。P→A（或P→B）的流通面積直接決定了流量，從而也決定了液壓缸或液壓馬達(dá)的速度。安全閥限制系統(tǒng)最高壓力，活塞上單向閥能防止閥桿在中位時(shí)油缸下降。

以上所述的工作原理同樣適用于幾個(gè)閥桿，根據(jù)液壓泵提供有效流量，所有操作能從停止到最大速度相應(yīng)并行地受到控制。

三位六通換向閥的控制原理，也稱(chēng)作“節(jié)流控制”，它在元件布置方面是簡(jiǎn)單的，操作可靠，經(jīng)濟(jì)劃算，系統(tǒng)可使用定量或變量泵。缺點(diǎn)是節(jié)流調(diào)速時(shí)，有部分多余的壓力油直接回油箱，造成功率損失。

而且，其控制特點(diǎn)是與壓力相關(guān)的，在并聯(lián)油路幾個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作時(shí)，可能彼此互相影響。

這就是開(kāi)發(fā)與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)的負(fù)載傳感系統(tǒng)的決定性原因。

負(fù)載傳感系統(tǒng)

同樣就負(fù)載傳感系統(tǒng)而言，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度是由控制塊內(nèi)主閥芯的位置決定的。打開(kāi)的通流面積較大也就意味著速度較高。最基本的差異是用負(fù)載傳感， 流量是可控的。

泵只需要提供當(dāng)前所需的流量，其功能是通過(guò)把從液壓控制系統(tǒng)的壓力反饋到泵上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

該泵設(shè)計(jì)成控制器在系統(tǒng)內(nèi)能以恒定的標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)保持一定的壓力差，以輸出所需的流量。

負(fù)載傳感控制閥0塊設(shè)計(jì)為每個(gè)閥桿上都帶有一個(gè)額外的流量控制部件。壓力補(bǔ)償閥使流量控制閥在負(fù)載壓力不同的情況下，也能給執(zhí)行機(jī)構(gòu)以恒定的流量。

壓力補(bǔ)償閥用一個(gè)給定的壓力差作為檢測(cè)變量，主閥芯的壓力上下波動(dòng)被檢測(cè)，并且控制壓力補(bǔ)償閥的閥桿。

LS control block M4-15

所述的這種形式的負(fù)載傳感控制操作非?？煽亢途_，操作人員可以獲得一致的控制特性。

給機(jī)器的指令控制信號(hào)由液壓或電子的控制裝置動(dòng)作產(chǎn)生，并立即響應(yīng)。

由于壓力不同或粘度造成的影響能很大程度上得到補(bǔ)償。

然而，如果幾個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)需求的流量比泵能輸出的最大流量高時(shí)，系統(tǒng)的性能可能就會(huì)受到限制。因壓力控制所需的壓力差不能再被建立起來(lái)，即使用最高壓力供給單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，這就可能導(dǎo)致這些功能的停止。

LUDV 控制

LUDV 代表與負(fù)載壓力無(wú)關(guān)的流量分配器，系統(tǒng)是一個(gè)特殊形式的負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)。

為了消除供給不足這一缺點(diǎn)，根據(jù)LUDV原理，控制塊要有一個(gè)不同的設(shè)計(jì)形式。

當(dāng)用在LS控制塊情況下時(shí)，壓力補(bǔ)償閥不是安置在泵和主閥桿之間，而是安置在主閥桿和執(zhí)行端口之間。

LUDV 控制模塊 M7-22

所有相關(guān)的壓力補(bǔ)償閥都互相連接而且用相同的壓力差操縱，其中最高的負(fù)載壓力適用于所有壓力補(bǔ)償器。

當(dāng)LUDV系統(tǒng)部協(xié)調(diào)，即按要求的速度操作所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需流量大于泵的最大流量時(shí)，其通過(guò)所有壓力補(bǔ)償閥產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有動(dòng)作功能的速度均勻地減小。并能防止液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生停滯。

LUDV 功能中位

(1) 行程限制塊 (2)二次壓力釋放/防蝕閥 (3) 負(fù)載保持閥 (4) LUDV 壓力補(bǔ)償閥 (5) 先導(dǎo)梭閥 (6) 控制閥桿 (7) 輸入測(cè)流口 p ® A (8) 輸入測(cè)流口p ® B (9) 輸出測(cè)流口 B ® T (10) 輸出測(cè)流口 A ® T (11) 通道 p_c ® A (12) 通道 p_c ® B (13) 壓力補(bǔ)償控制閥桿 (14) 壓縮彈簧

在控制閥中位時(shí)（a、b口無(wú)先導(dǎo)壓力），從泵到P’通道的連接被閥芯封閉，負(fù)載保持單向閥和壓力補(bǔ)償閥關(guān)閉。在這個(gè)位置，P’通道內(nèi)和負(fù)載保持閥下游的壓力通過(guò)閥芯的間隙減少到回油箱壓力。

由于控制閥芯的重疊，密封長(zhǎng)度使執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口在殼體中封閉，執(zhí)行機(jī)構(gòu)因此保持在這個(gè)位置。

這個(gè)LUDV部件壓力補(bǔ)償閥安排在控制閥芯測(cè)流口的下游，它包含有一個(gè)控制閥芯（13）和一個(gè)能限定穩(wěn)固初始位置的微壓縮彈簧（14）。

獨(dú)立操縱或最高負(fù)載執(zhí)行機(jī)構(gòu)

先導(dǎo)控制裝置的先導(dǎo)壓力使得控制閥芯（6）克服彈簧力相應(yīng)按比例的移動(dòng)。這個(gè)圖中，A口的先導(dǎo)壓力推著閥芯克服B側(cè)控制蓋內(nèi)的彈簧力向右移動(dòng)?？刂崎y芯的測(cè)流輸入節(jié)流口（7）打開(kāi)了從泵來(lái)的P口與P‘通道的連接。該壓力使得壓力補(bǔ)償閥（13）打開(kāi)并且被施加到單向閥（3）上。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)A口壓力Pc通過(guò)控制閥芯的（11）通道使左邊的單向閥（3）關(guān)閉。當(dāng)P‘壓力升至高于Pc時(shí)，單向閥打開(kāi)，泵和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的通道打開(kāi)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)排出的油從B口通過(guò)輸出測(cè)流節(jié)流口（9）流回到油箱，只要執(zhí)行機(jī)構(gòu)口的壓力低于設(shè)定壓力，二次壓力安全閥（2）保持關(guān)閉。在外負(fù)荷作用力造成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣穴現(xiàn)象的情況下，與A口連接的過(guò)載閥（壓力釋放/防氣蝕閥）的補(bǔ)油錐閥芯打開(kāi)，進(jìn)行補(bǔ)油，防止吸空。

在單獨(dú)動(dòng)作情況下或當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載壓力Pc在系統(tǒng)中處于最高，通過(guò)來(lái)自P‘通道的壓力補(bǔ)償閥的內(nèi)孔產(chǎn)生負(fù)載傳感（LS）壓力，并且反饋到泵控制器和帶有較低負(fù)載壓力的壓力補(bǔ)償閥部件。

從負(fù)載保持閥上游，P‘通道提供的LS信號(hào)，確保達(dá)到需要的工作壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)端口才打開(kāi)，這可以防止由于LS供給從執(zhí)行機(jī)構(gòu)油路中分流油液而導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)短暫下降。

壓力補(bǔ)償閥完全打開(kāi)后， P‘通道與執(zhí)行機(jī)構(gòu)Pc接口連接而沒(méi)有壓降。

同步動(dòng)作飽和系統(tǒng)

在飽和系統(tǒng)的操作中，經(jīng)由測(cè)流節(jié)流口需求的流量小于或等于泵的流量

S Q _{執(zhí)行機(jī)構(gòu)} £ Maximum Q _泵 (功率控制范圍內(nèi))
        Dp_{節(jié)流口} 基本上與泵的流量控制器上設(shè)定的 Dp_LS控制器 相一致，兩個(gè)值得差異是由于從泵到測(cè)流口的補(bǔ)油路上的損失造成的。

帶有更高負(fù)載壓力執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同步動(dòng)作

典型的例子就是動(dòng)臂的提升和鏟斗的同步動(dòng)作，動(dòng)臂回路中更高的負(fù)載壓力使得鏟斗部分的壓力補(bǔ)償閥中的節(jié)流口通流面積減少，在這種控制狀態(tài)下，壓力補(bǔ)償閥的控制端產(chǎn)生一個(gè)從P‘通道到執(zhí)行機(jī)構(gòu)端口Pc的壓降，通過(guò)測(cè)流節(jié)流口 （7）的Dp是相同的。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度與負(fù)載壓力的差別無(wú)關(guān)。

非飽和狀態(tài)

當(dāng)系統(tǒng)是非飽和狀態(tài)時(shí)，由打開(kāi)著的測(cè)流節(jié)流孔通流面積總和決定的油量將超過(guò)泵的最大流量，壓力控制器不再能通過(guò)進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)泵的變量調(diào)節(jié)器來(lái)提供先前的系統(tǒng)壓力，當(dāng)泵已經(jīng)提供根據(jù)泵特性曲線(xiàn)設(shè)定的最大流量時(shí)，泵的壓力就減小。

在非飽和狀態(tài)下，泵的排量只由功率控制器決定。

S Q_{執(zhí)行機(jī)構(gòu)} > Maximum Q_泵
當(dāng)系統(tǒng)是非飽和狀態(tài)時(shí)，負(fù)載壓力最高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力補(bǔ)償閥完全打開(kāi)，并且LS壓力 = p’，因此系統(tǒng)/泵的壓力、  Dp_{測(cè)流節(jié)流口}和流量也隨著非飽和狀態(tài)程度的增加而下降。

在LUDV系統(tǒng)中，所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分的Dp_{測(cè)流節(jié)流口}總相同。但不是一個(gè)恒定值。根據(jù)非飽和狀態(tài)的程度，它可能在設(shè)定值Dp_LS控制器 和大約2 bar的壓力之間變化（見(jiàn)表：Dp依賴(lài)需求的流量），在這個(gè)范圍內(nèi)，LUDV系統(tǒng)按比例相應(yīng)地分配流量。

由于這個(gè)原因，即使在非飽和狀態(tài)下，LUDV系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載壓力最高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也將不會(huì)陷入停頓狀態(tài)，所有使用中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度根據(jù)開(kāi)啟的通流面積按比例減小。

說(shuō)明：不同負(fù)載壓力情況下的壓力補(bǔ)償閥的功能

如果在非飽和狀態(tài)范圍內(nèi)的同步動(dòng)作中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度減小，也就是測(cè)流節(jié)流口關(guān)閉，非飽和程度減少，如果其它的仍還起作用的部件的Dp_{測(cè)流節(jié)流口}增加，執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作速度的也就相應(yīng)增加。