负载敏感系统抗流量饱和控制仿真研究

　　近年来,负载敏感系统因其节能、效率高、控制精确等显著优点在工程机械中得到了广泛的应用。在多执行器的负载敏感系统中,主阀前的压力补偿阀可以保证通过各支路的流量只与主阀的开度有关,而不受负载压力影响[1]。但当操纵多个执行器进行复合动作,且所需的流量大于泵能够提供的最大流量时,压力补偿阀的压力调节作用将失效,结果是油液流向最低负载压力的执行器[2],而较高负载压力的执行器降低其速度直至停止运行。这种系统所需的流量大于泵所能提供的最大流量的现象叫做“流量饱和”。

　　国内外许多学者从不同角度对抗流量饱和的分流技术进行了研究。T·J·Malott与J·C·Paul在1974年提出了分流调节式压力补偿的最初方案[3],基于这一原理, Linde公司提出了LSC同步控制系统, Rexroth公司提出了LUDV负载独立流量分配系统。Bucher公司提出了一种用于负载敏感系统的AVR控制模块,可以在流量饱和出现时将主阀的先导压力减小以减小主阀开度,但这不能保证各支路减小的比例相同,会破坏复合动作的协调性。基于此,本文作者提出了一种用于负载敏感系统的抗流量饱和控制方法。

　　1　负载敏感系统的基本构成

　　如图1所示为负载敏感系统的液压原理图,其基本原理为滑阀阀口流量方程[4]:

　　式中:C为流量常数; A为主阀开口面积;Δp为泵出口的压力与LS反馈压力的压差;ρ为油液密度。

　　通过控制Δp为常值,则流量Q只与主阀的开口面积成正比,Δp的值通过变量泵中的负载敏感控制阀来设定[5]。负载敏感泵根据来自LS口的负载压力自动地对泵的斜盘摆角进行调节,从而控制泵的流量始终等于执行器所需的流量,系统的压力仅比最高负载压力高Δp。

　　如图1所示,当加上压力补偿阀4后,能够控制主阀芯前后的压差恒定,并且各支路相等,即Δp1=Δp2=Δp=C。所以当流量供应充足时,其流量的分配与负载的大小无关,有很好的复合控制协调性[6]。

　　2　流量饱和分析及控制对策

　　当泵输出的流量不足以提供所有执行器所需要的流量时,就不可能使所有节流口两端的压差都达到设定值。在高负载联,由于所需要的流量大于实际流量,节流口两端压差低于设定值,该联的压力补偿器将处于全开状态[3]。其结果是:流量不足的状态首先影响到高负载联,从而导致高负载联的速度降低,严重影响了系统的正常工作。

　　系统流量饱和时最明显的特征是泵出口的压力与LS反馈压力的压差Δp会小于设定压力Δpset,其根本原因是: