负载敏感系统阀前和阀后补偿
压力补偿与负载敏感技术在高空作业车液压系统中的运用
压力补偿与负载敏感技术在高空作业车液压系统中的运用摘要随着我国科技的不断发展进步，高空作业车的使用越来越普遍。
在高空作业车的使用过程中，外界的负荷量会不断发生变化，且多收并符合操作过程中的流量分配也不会始终保持平稳，因此高空作业车使用过程中液压系统负载量会发生变化。
本文通过对高空作业者液压系统和压力补偿技术、负载敏感技术的分析，针对压力补偿与负载敏感技术在高空作业车液压系统中的应用进行研究。
关键词压力补偿；负载敏感技术；高空作业车；液压系统中图分类号TH 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)052-0176-021 高空作业车的液压系统高空作业车具有四种基本形式，即伸缩臂式、垂直升降式、折叠臂式以及混合式，高空作业车中的液压系统主要由上车液压系统与下车液压系统构成。
两个系统之间靠中心回转接头进行连接。
上车液压系统包括变幅系统、回转系统以及伸缩系统，下车液压系统即为支腿液压系统。
总体来讲，高空作业车的液压系统采用的是三泵双回路的液压系统，此种液压系统能够和柴油的功率相匹配，降低高空作业车的整机能耗量。
在液压系统中使用的液压源的内部构成主要包括一台轴向柱塞泵、一台齿轮泵、一台应急齿轮泵组成。
由于高空作业车在行走过程中的行走液压马达的排量较大，因此要将其从整体系统中独立并分离出来，和轴向柱塞泵共同组成负载敏感系统。
而原系统中的一些其他功能，例如伸缩、回转、变幅等，和齿轮泵共同组成压力补偿系统。
压力补偿系统与负载敏感系统是完全独立并分开的。
应急泵的主要用途为当主泵系统无法正常运行并工作时，应急泵可以作为收臂等一些应急功能的补偿系统。
2 压力补偿技术在高空作业车液压系统中的运用压力补偿技术的产生主要由于公式（1）、（2）。
公式（1）：Q=K公式（2）：Q=Lf ρ/K由公式（1）和公式（2）可知：在△P或者是IF不变时，那么流体的密度和流量之间为正开方关系或者是正比关系，但是大多数的流体密度会根据工况的变化而发生变化，因此流体密度需要温度和压力的补偿，让其能够处于相对稳定的状态中。
力士乐挖机LUVD液压系统
液压挖掘机有两种油路: 开中心直通回油六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统, 我国国产液压挖掘机大多采用”开中心”系统, 而国外著名的挖掘机厂家基本上都采用”闭中心”系统。
闭中心具有明显的优点, 但价格较贵。
国内厂家对开中心系统比较熟悉, 而对闭中心系统不太了解,因此有必要来介绍一下闭中心系统, 本文重点分析力士乐闭中心负载敏感压力补偿(LUDV> 挖掘机油路。
LUDV 意为与负载无关的分配阀。
LUDV系统力士乐挖掘机液压系统可以看作由以下4 部分组成:①多路阀液压系统(主油路> 。
②液压泵控制液压系统(包括与发动机综合控制> 。
③各液压作用元件液压子系统, 包括动臂、斗杆、铲斗、回转和行走液压系统, 还包括附属装置液压系统。
④多路阀操纵和控制液压系统。
LUDV系统是力士乐等公司在改进负荷传感技术的基础上发展起来的，它是不受负载影响的流量分配系统，它将常开式压力补偿改为常闭式，泵所提供的流量与负载所需相匹配，避免了不必要的空流和节流损失。
即使泵的流量小于系统复合动作所需的流量，各动作的相对速度也不会发生变化，从而保证动作的协调性，避免动作冲击。
1 多路阀液压系统多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路, 它确定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式, 决定了液压挖掘机的工作特性。
力士乐采用的闭中位负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理见图1 (因换向阀不影响原理分析, 故未画出> 。
图1 挖掘机力士乐主油路简图挖掘机力士乐主油路由工装油路和回转油路二个负载敏感压力补偿系统组成。
1.1 工装油路工作装置和行走油路(除回转外> 简称工装油路,用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿(LUDV>系统, 具有抗饱和功能。
在每个操纵阀阀杆节流口后, 设压力补偿阀, 然后通过方向阀向各液压作用元件供油。
LUDV 多路阀原理符号见图2 。
图2 力士乐多路阀原理符号图LUDV 每个阀块主要由操纵阀和压力补偿阀组成, 其原理符号如图2a 所示。
补偿阀原理
补偿阀原理
补偿阀是一种用于液压系统中的重要元件，它能够在系统中起到补偿压力、稳
定系统压力和保护系统安全的作用。
补偿阀的工作原理十分关键，下面将对补偿阀的原理进行详细介绍。
首先，补偿阀的原理基于流体力学的基本原理。
在液压系统中，流体在管道中
流动时会产生流体阻力，而流体的流动速度和管道的截面积会影响流体阻力的大小。
补偿阀通过调节流体的截面积，来改变流体的流动速度，从而实现对系统压力的补偿和稳定。
其次，补偿阀的工作原理与液压系统的负载压力有关。
在液压系统中，负载压
力会随着工作负载的变化而变化，而补偿阀能够根据负载压力的变化来调节流体的截面积，以保持系统压力的稳定。
当负载压力增大时，补偿阀会减小流体的截面积，从而增加流体的流速，以抵消负载压力的增加；当负载压力减小时，补偿阀会增大流体的截面积，从而减小流体的流速，以抵消负载压力的减小。
补偿阀的原理还与系统的安全保护有关。
在液压系统中，如果系统压力过高，
会对系统造成损坏甚至危险。
补偿阀能够通过调节流体的截面积，来限制系统压力的上限，保护系统的安全运行。
当系统压力超过设定的上限时，补偿阀会立即调节流体的截面积，以减小流体的流速，从而降低系统压力，保护系统的安全。
综上所述，补偿阀的原理是基于流体力学的基本原理，通过调节流体的截面积
来实现对系统压力的补偿和稳定，根据负载压力的变化来调节流体的截面积，以保持系统压力的稳定，并通过限制系统压力的上限来保护系统的安全运行。
补偿阀在液压系统中起着至关重要的作用，深入理解其原理对于液压系统的设计和维护具有重要意义。
负载敏感泵
实际使用中，负载敏感泵通常不是与节流阀，而是与负载敏感阀或比例换向阀配合使用。
为介绍其原理，此处先假设负载有流量需求，即P口有通路。
当节流阀通径足够大且全开时，节流阀前后压力基本相等。
由于流量阀左右腔压力分别是节流前和节流后的压力，所以此时流量阀左右腔压力也基本相等。
流量阀在弹簧力的作用下处于初始位置，泵变量活塞腔与回油相通，泵工作在最大排量。
当节流阀开度逐渐减小，如果泵输出流量不变，则节流阀前后压差逐渐增大，即流量阀两端压差越来越大。
当节流阀开度减小到一定程度以下，如果泵输出流量还是不变，必然会造成节流阀的前后压差超过流量阀的设定压差（A10V产品中流量阀的标准设定压差Δp=1.4MPa），于是流量阀右移，泵出口油进入变量活塞腔，将斜盘向小角度方向推动。
斜盘角度稍有减小，泵输出流量随即减小，于是节流阀因过流量减小而压差降低。
当油液流经节流阀产生的压差正好与流量阀设定压差相等时，流量阀达到平衡状态，泵斜盘稳定在某个位置，使泵的输出流量与节流阀开度相匹配，即所谓的要多少流量给多少流量。
待机时，对于中位闭芯式负载敏感阀或比例换向阀而言，节流口处于关闭状态。
此时节流阀的前后压差即为泵的待机压力,待机压力一般比Δp高0.2MPa左右，一般与系统管阻、泵结构等有关。
当待机压力超过流量阀的设定压差（A10V产品中流量阀的标准设定压差Δp=1.4MPa），于是流量阀右移，泵出口油进入变量活塞腔，将斜盘向小角度方向推动，直到泵流量到最小约等于零（大于零的部分用于维持泵及系统泄漏）。
当油液流经节流阀产生的压差正好与流量阀设定压差相等时，流量阀达到平衡状态，泵斜盘稳定在某个位置，使泵的输出流量与节流阀开度相匹配，即所谓的要多少流量给多少流量”是否理解为为维持此时泵的输出流量，流量阀在平衡状态是在不断调整开度的？。
挖掘机开中心和闭中心液压系统(二)
负载敏感 压力补偿
掘削 )"*回转装载作业 !+", !+"$ !+"$ !+" !+" !+" !+!!+", !+")
单位油耗 作业量
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动态性能 挖掘机工作装置是大质量惯性系统，大容积的
执行器要考虑油的体积弹性系数，因此存在动态特 性问题。开中心采用旁通节流，响应快，起动平 稳，而且系统稳定不易振动，从这一点来说，其操 作感觉好，而闭中心系统靠压力补偿改变流量，使 执行器速度变化。当遇到大惯性负载时会产生压力 变化快流量跟不上现象，使压力补偿阀不能按正确 补偿压力调整，产生过度和不足调整。泵和多路操
图5 阀前压力补偿分流比负载敏感系统
6778 4 9
受负载、泵流量和多执行器同时动作等影
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综 合 篇
设计研究
响。当各阀杆都在中位时， !" !"# 通回油，压力为 零，油泵压力只需克服弹簧力，油泵调节阀就处于 左位，压力油进入伺服油缸，油泵排量很小，实现 中位卸载。在阀工作过程中，油泵压力和最高负载 压力之间差值由油泵调节阀决定，始终保持常数， 即略高于负载压力。当执行器需要流量小时，操作 阀杆节流使节流压差增加，造成 !! $ !" !"# 增大， 通过油泵调节阀作用，自动使泵流量减小，使节流 调速变为容积调速，使流量损失减少，使系统始终 保持在所需压力和所需流量下工作。 改变供油关系，采用节流孔和节流阀来改变各路的 供油量，但仍不能满足挖掘机各工况对执行器的流 量要求。 &）闭中心 对任一执行器均能通过阀杆行程 按需限制最大流量，设定适宜的最高速度，可以通 过操纵阀杆行程获得低于最高速度的任意速度。 图 ’ 为日立建机挖掘机闭中心各阀的流量设定 与开中心流量设定比较的示意图，从图中可看出闭 中心各闪 量设定的自由度比开中心要大得多。因 此闭中心能更好地符合挖掘机工况对各执行器的流 量要求，使液压系统供油更加合理。
负载敏感系统的流量适应、压力适应的原理
负载敏感系统的流量适应、压力适应的原理原图中的不在供货范围之内的节流阀应是用户选项的换向阀，把负载敏感多路换向阀带入图中就好理解了。
业余时间翻译的关于压力补偿负载敏感阀、泵的一篇文章，供参考。
“负载感应”通常是描述开式回路变量泵时常用的术语。
之所以称之“负载感应”，是变量泵可以感应节流环的出口负载感应压力，泵可以维持节流环两端的压差恒定，并实现流量的比例调节。
该节流环通常是比例换向阀，但是根据不同的应用，也可以是锥阀或固定节流环。
在液压工程机械中，流量、压力波动较大，采用负载感应回路可以实现节能，较少功耗。
详见图1. 系统中流量转为有用功，输入功率的发热损耗与容积效率的损耗相当。
在安装溢流阀的定量泵回路中，泵流量100%做功的工况十分有限，多数情况系统都是在部分工况或微动工况工作，大部分流量都通过溢流阀发热损耗了。
如果负载压力低于溢流阀设定压力，溢流发热加上换向阀进出口压降的发热损耗，能量损耗则更加严重。
同样，装有压力补偿器的变量泵系统在部分工况或微动工况时，流量小且负载压力大大低于溢流阀设定压力时，由于这种泵是在最大压力下调节，泵流量为最大，换向阀进出口的压降导致发热损耗同样严重。
负载感应控制的变量泵基本消除了无效功的发热损耗。
系统的发热损耗仅限于换向阀进出口实际流量的压降发热损耗，而且随实际系统工作压力的变化保持恒定。
负载感应回路通常包括轴向柱塞变量泵，负载感应驱动机构和配置有负载感应梭阀网络的比例多路换向阀（见图2）。
负载感应网络的LS口与变量泵负载感应控制阀的X口相连。
多路换向阀中负载感应网路通过一系列梭阀与每个工作控制阀片的A口和B口相通，从而保证所感应到最高负载压力可以通过梭阀传至变量泵的控制阀。
为了说明负载感应泵和多路换向阀的配合作用。
我们用一个手动换向阀和液压绞车的例子来做对比。
操作员推动手动阀，滑阀行程为20%，绞车滚筒以5RPM速度旋转。
为了说明原理，我们把换向阀比做固定节流环。
基于AMESim的小型挖掘机执行机构液压系统建模与仿真解读
第２６卷第４期青岛大学学报（工程技术版）Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．４２０１１年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＱＩＮＧＤＡＯＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｅ＆Ｔ）Ｄｅｃ．２０１１文章编号：１００６９７９８（２０１１）０４００４３０５基于ＡＭＥＳｉｍ的小型挖掘机执行机构液压系统建模与仿真刘震，王玉林，张鲁邹，尹彦章，公丕权（青岛大学机电工程学院，山东青岛２６６０７１）摘要：为提高国内挖掘机液压技术水平，以某型号小型挖掘机为例，基于ＡＭＥＳｉｍ对包括动臂、斗杆、铲斗在内的小型挖掘机执行机构的液压系统进行了建模，修正了以往研究者在建造此类模型时主换向阀的阀芯反向移动时，弹簧反馈力加倍的错误。
仿真并分析了无负载情况下执行机构的单独动作与复合动作的特性。
仿真结果与理论分析吻合，为挖掘机液压系统的研究提供了重要参考。
关键词：液压挖掘机；ＡＭＥＳｉｍ；执行机构；模型；仿真中图分类号：ＴＰ３９１．９２；Ｓ２２２．５＋６文献标识码：Ａ收稿日期：２０１１－０９－２６作者简介：刘震（１９８６－），男，山东临沂人，硕士研究生，主要研究方向为现代设计方法与制造技术。
挖掘机是用来开挖土壤的施工机械，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。
在农田水利、建筑工程、能源交通建设以及现代化军事工程等领域得到了广泛的应用［］。
目前作为一种万能型工程机械，挖掘机已经成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上已据首位，并且仍在发展扩大［３］。
然而，国内挖掘机液压技术研发水平一直远远落后于国外。
虽然国内一些挖掘机生产厂通过采取与国外合资、积极引进国外先进的液压元件等措施，使国内生产的一些挖掘机技术水平得到迅速提高，但也存在购买国外液压部件成本高，产量受限，维修、匹配困难等问题。
而且在最新技术上与国外相比还存在较大差距。
近年来，由于计算机仿真技术在科学研究中的应用，它不仅缩短了研发周期，降低成本，也减少了很多人为因素。
力士乐挖掘机油路介绍
力士乐挖掘机油路介绍黄宗益李兴华目前液压挖掘机有两种油路：开中心直通回油六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统，我国国产液压挖掘机大多采用“开中心”系统，而国外著名的挖掘机厂家基本上都采用“闭中心”系统。
闭中心具有明显的优点，目前价格较贵。
国内厂家对开中心系统比较熟悉，而对闭中心系统不太了解，因此有必要来介绍一下闭中心系统，下面介绍力士乐闭中心负载敏感压力补偿（LUDV）挖掘机油路。
力士乐液压挖掘机液压系统如图1所示。
挖掘机液压系统可以看作由以下4部分组成：1.多路阀液压系统（主油路）。
2.液压泵控制液压系统（包括与发动机综合控制）。
3.各液压作用元件液压子系统：包括动臂、斗杆、铲斗。
回转和行走液压系统，还应该包括附属装置液压系统。
4.多路阀操纵和控制液压系统。
图1力士乐液压挖掘机液压系统一．多路阀液压系统多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路，它确定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式，决定了液压挖掘机的工作特性。
力士乐挖掘机采用的闭中位负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理如图2所示：图2 力士乐挖掘机主油路简图力士乐挖掘机主油路由二个负载敏感压力补偿系统组成：工装油路和回转油路（一）工作装置和行走油路（除回转外）：简称工装油路，采用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿系统（LUDV 系统），具有抗饱和功能。
（b ） （c ）图3 力士乐多路阀原理符号图LUDV 每个阀块主要由操纵阀和压力补偿阀组成，其原理符号如图3（a ）所示，为了看清理解阀的原理，把操纵阀进行分解后可知，它实际上是两部分组成：阀的节流部分和阀的换向部分。
阀块原理展开图如图3（b ）所示，压力油进入操纵阀先通过阀节流部分，后经压力补偿阀，最后通过阀换向部分去液压作用元件。
阀后补偿压力补偿阀布置在操纵阀可变节流口之后，由于液压作用元件一般都是双作用，有A 、B 两条油路，为了避免两条油路都设压力补偿阀，因此油路换向部分，必须设在压力补偿阀之后。
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负荷传感系统分阀前补偿和阀后补偿，当有两个或两个以上的负
载同时动作时，如果主泵提供的流量足够满足系统所需流量，阀前补
偿和阀后补偿的作用是完全一样的；如果主泵提供的流量无法满足系
统所需流量，那么阀前补偿的那种情况是：主泵流量首先往负荷小的
负载提供流量，当满足完了负荷小的负载的流量要求时，才往其他的
负载供流量；而阀后补偿的情况是：同比（阀开口量）减少各个负载
的流量供给，达到动作很协调的效果。即：主泵提供的流量无法满足
系统所需流量时，阀前补偿的流量分配与负载有关，而阀后补偿的流
量分配与负载无关，只与主阀的开口量有关。
阀前补偿和阀后补偿都是为了使负载运动速度与负载压力无关
而产生的。阀前补偿是为了能对补偿的控制，阀后补偿是对执行元件
的直接补偿，阀前补偿是控制P口到A口之间的压差恒定，阀后补偿
是控制B口到T口之间的压差恒定。但是阀前补偿不能对系统产生的
负负载进行补偿，而阀后补偿可以，如：rexroth的ludv系统采用
阀后补偿。
根据压力补偿阀布置在整个液压油路中的位置，负载敏感压力补
偿控制系统还可以分为阀前压力补偿负载敏感系统和阀后压力补偿
负载敏感系统。阀前补偿是指压力补偿阀布置在油泵与操纵阀之间，
阀后补偿是指压力补偿阀布置在操纵阀与执行机构之间。
阀后补偿比阀前补偿要先进，主要体现在泵供油不足的情况下。如果
泵供油不足的话，阀前补偿的主阀，导致的结果是向轻载去的流量多，
重载去的流量少，就是轻载动得快，复合动作时，各个执行元件不同
步。而阀后补偿没有这个问题，会比例分配泵所提供的流量，复合动
作时使各个执行元件同步。