掘进机负载敏感系统中二通压力补偿阀分析

刘轶

(大同煤矿集团公司力泰公司，山西大同 037003）

掘进机负载敏感系统中二通压力补偿阀分析

刘轶

(大同煤矿集团公司力泰公司，山西大同 037003）

对掘进机负载敏感液压系统中的二通压力补偿阀的功能进行了详细分析，为设备的使用、维护及故障处理等提供了可靠的理论依据.

掘进机 负载敏感系统 二通压力补偿阀

液压系统的负载敏感技术是上个世纪90年代已成熟的技术，具有高效节能的特点，主要应用在工程机械的挖掘机上.在引进的采掘设备上也采用了负载敏感系统，例如，引进的四臂锚杆钻车、掘锚机、掘进机、采煤机.近2～3年来，国内各厂家生产的掘进机的液压系统，已采用了负载敏感系统，而在煤矿现场中对这项技术还不太熟悉.负载敏感比例多路阀是负载敏感系统的主要液压元件之一，该阀装有一个二通压力补偿阀.本文就二通压力补偿阀在负载敏感系统中的功能作一分析，以便为设备的使用、维护及故障处理等提供可靠的理论依据.

国产掘进机负载敏感液压系统的液压元件，目前均使用的是德国力士乐公司、哈威公司和美国派克公司的产品.下面以德国哈威公司的负载敏感比例多路阀为例进行分析.

哈威公司的负载敏感比例多路阀职能符号见图1.从图上看这个阀很复杂，但实质上负载敏感比例多路阀是一个手动 (或液动或电磁)比例方向节流阀，确认这一点非常重要.图中的二通压力补偿阀3也称作定差减压阀，因此，负载敏感比例多路阀就是一个由节流阀+定差减压阀构成的调速阀，且还具有拾取负载信号(LS)反馈给负载敏感泵的功能及其他附加功能.

掘进机的整个液压系统图较复杂且也比较大，为了分析问题的方便，将其简化为图2所示的原理示意图.简化的方法是：多个执行元件只取2个；双联负载敏感泵取1个；负载敏感比例多路阀简化为1个通路的节流阀；二通压力补偿阀一个画成结构简图，一个画成职能符号图.这样的简化不仅不影响问题的分析，而且更有利于问题的理解.

图1 负载敏感比例多路阀的职能符号图

图2 掘进机液压系统的原理示意图

首先结合图2介绍一下调速阀的工作原理.

在调速阀中，就节流阀2来说，通过它的流量公式为

式中AT是孔口的过流面积，即阀的开度；K是由孔的形状、尺寸和液体性质决定的系数，这里视为常数；△P为节流阀的前、后压力差，即△P＝P1－P2；m是由孔的长径比决定的指数，这里孔口为薄壁小孔，则m=0.5.公式表明通过节流阀的流量与节流阀的过流面积、前后压差有关，当开度(过流面积)一定时，若负载增大即P2增大，则△P减小，流量也相应的减小，则执行机构的运行速度慢下来，反之亦然.由此说明节流阀的流量受负载大小变化的影响.

在调速阀中，二通压力补偿阀的工作原理：参见图2，泵的供油压力PP经过定差减压阀的阀口h后压力降为P1，然后经节流阀流出其压力为P2.同时压力油P1又作用于二通压力补偿阀阀芯的左腔，P2反馈作用于阀芯的右腔，则阀芯在向右的液压力P1A(A为阀芯的面积，且左右面积相等)、向左的液压力P2A和弹簧力Fs的作用下，处于某一平衡位置时，力的平衡方程式为：

这样P2增加时，P1也增加，其压力差△P＝P1－P2基本保持不变.反之亦然.由此可见，二通压力补偿阀的作用是保持节流阀进、出口两端的压差△P恒定，使得节流阀的流量与负载大小变化无关，只与节流阀的开口度成线性关系，这是二通压力补偿阀在调速阀中的常规功能.

本文侧重要谈的是，在负载敏感系统中，二通压力补偿阀的另一个作用：它能使同时工作的多个执行元件的速度互不干涉，即某个执行元件的负载增大时，其他执行元件的速度保持不变.在图2中，假定负载1(P2)小于负载2(P′2)，当负载1不变，负载2增大时，负载1、负载2的负载压力信号经梭阀1比较后，负载2的压力信号(P′2)输出至泵上的负载敏感阀4的弹簧腔，它控制泵的输出压力达到负载2所需的压力 (这是负载敏感系统的压力适应功能，这里不做展开分析)，这里要注意的是，泵的在线供油压力为最大负载的压力.此时由于负载2的增大导致泵的供油压力PP增大，则负载1的调速阀进口压力也增大，即二通压力补偿阀3的进口压力，单从这一点看负载1的流量将增大.但是，当负载1的调速阀的进口压力PP增大时，由于一开始二通压力补偿阀的阀芯来不及移动，故P1在这一瞬间也增大，阀芯失去平衡而右移，使阀口h减小，则减压作用增强，使P1又减小，直至阀芯达到新的平衡位置，即

保持不变，由于△P不变，通过节流阀的流量恒定，所以负载1(执行机构)的速度不变.在这里值得一提的是，泵的供油压力因负载2的增大而增大，即负载1的供油压力也增大了，那么对于没有变化的负载1来说，多余的压力哪里去了呢？这部分能量在二通压力补偿阀的减压阀口处，因阀口h的减小造成压力损失变成了热能.因此，也可以说这部分压力被二通压力补偿阀“补偿”掉了.

综上所述，在负载敏感系统中二通压力补偿阀的作用有二：一是使流过调速阀的流量不受负载大小变化影响；二是使多个执行元件同时工作时速度互不干涉.因此，在掘进机工作过程中，若某个多路阀上的二通压力补偿阀出现故障 (如卡住)，那么这个多路阀所控制的执行机构，就会出现因其本身负载增大而速度降低的现象，或者在其他执行机构的负载增大时，就会出现速度也随之增大的现象.

[1]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京:机械工业出版社，2005.

[2]吴根茂，邱秀敏.新编实用电液比例技术[M].杭州:浙江大学出版社，2006.

[3]黄宗益，李兴华，陈明.挖掘机力士乐液压系统分析[J].建筑机械化，2004(12)：49-54.

[4]祖炳洁，潘存治，王海花.负荷传感与压力补偿技术的分析与探讨[J].工程机械，2006(2)：45-48.

[5]何润生，孟小梅，陈强.A4VSO变量泵与工程机械节能技术研究[J].液压与气动，2008(1)：68-70.

[6]陈忠强，芮丰.A10VSO变量泵节能技术及应用[J].液压传动与控制，2004(11)：10-13.

Analysis of the Second-pass Pressure Com pensating Valves in the Load Sensing System of Boring M achines

LIU Yi
(LitaiCompany,Datong CoalMines Group,Datong Shanxi,037003)

This article elaborates on the functions of the second-pass pressure compensating valves in the load sensing system of boringmachines,which provides a reliable theoretical basis for the use,maintenance,and trouble-shooting of the equipment.

boringmachine;load sensing system;second-pass pressure compensating valve

R711.7

A

〔编辑 石白云〕

1674-0874(2010)02-0081-02

2010-01-28

刘轶(1982-)，男，山西大同人，助理工程师，研究方向：煤矿设备.