基于负载敏感技术的SMW工法机应用

张凤营 田明瑜

唐山职业技术学院机电工程系 063004

引言

桩机机械主要应用于各种桩基础、地下连续墙、地基改良以及其他特殊地基工程的施工，是目前基础设施建设不可或缺的机械设备。但桩机机械在工作过程中，由于多执行元件的特点，导致各液压回路的执行元件负载差别很大，其所需的流量也不尽相同，使得机械液压系统效率低，耗能高，损耗量大；而且桩机在行走过程中，回转微动调节性差；紧急停车时，油口有漏油现象。为了解决这些问题，本项目研制了新型SMW工法机，在现有桩机的基础上，采用进口P V092泵和L90LS多路阀，代替现有的力源或者华德的A8VO80恒功率泵以及长航的多路阀，即用负载敏感系统代替恒功率系统，提高操纵的微调性能以及可靠性，同时附加恒功率以及压力切断功能，对泵机系统整体起到保护作用，在空载运行情况下达到最小能耗，提高其节能。新型SMW工法机不仅能在工作过程中大幅提高工作效率，还可以提高发动机及液压系统的效率和传动元件的寿命和可靠性，减少机器故障率和维修成本，用户操作时的舒适性也大大提高。

1 负载敏感系统概述

负载敏感系统是一种可实现压差反馈，根据系统压力—流量需求，可快速、准确提供所需的压力和流量的液压回路闭环系统，按照控制类型可分为两种，即阀控负载敏感系统和泵控负载敏感系统。由于泵控负载敏感系统具有寿命长和高效节能的显著优势，新型SMW工法机采用泵控负载敏感系统对液压系统实现负载敏感控制。

泵控负载敏感系统由负载敏感型变量柱塞泵和方向控制阀等元件组成。虚线框内为带压力切断功能的负载敏感变量泵（图1）。它由LS阀1（对系统流量进行调节）、恒压阀2（具有压力切断功能）、变量缸敏感腔3、变量缸弹簧腔4和变量泵组成。从图中可知，节流阀安装在变量泵的出口与负载之间。节流阀两端的压差即为流量控制输入信号，可通过改变节流阀口横截面积的大小来控制该泵的输出流量。泵控负载敏感系统的基本原理如图1所示。

泵控负载敏感系统采用压力补偿（自动调整输出与负载相匹配的流量）的方式，通过变量泵内部实施，其工作状态可分为以下三阶段：

（1）正常工作阶段：节流阀阀口面积变化时，负载的压力信号传递到变量泵LS阀的右面弹簧腔。此时，该负载力与L S阀中的弹簧预紧力组合起来共同推动LS阀的阀芯向左移动，使得斜盘角逐渐增大，变量泵的输出排量增加。当节流阀两侧的压差大小等于LS阀的弹簧预紧力时，达到负载匹配的效果。此时，负载压力与LS阀的弹簧预紧力之和即为变量泵的输出压力，输出流量也满足负载的需求。

（2）低压待机阶段：系统运行的初始阶段，由于系统内不存在压力，在弹簧力的作用下，LS阀的阀芯逐渐向左移动，最终使得变量泵满排量输出。此时，若关闭节流阀，变量泵的全部流量将进入L S阀的左侧。若变量泵的输出压力超过了弹簧力，LS阀阀芯右移，最终使得斜盘角逐渐减小，变量泵的输出排量减少。处于平衡状态时，泵出口的压力为L S阀的弹簧预紧力，此时产生的流量仅供泵的内泄漏，没有造成多余流量的浪费。

（3）高压待机阶段：负载中的压力超过变量泵中恒压阀的设定压力时，恒压阀右移，系统中的高压油流入变量缸的敏感腔，斜盘倾斜角几乎为零，此时仅有少许流量用于供给系统的内泄漏，泵的排量为最小值，几乎也没有造成过多的流量浪费。

可知采用泵控负载敏感技术的优点是:系统的输出压力与流量直接取决于负载，提高了系统的效率。

图1 负载敏感变量泵原理图

2 SMW工法机全液压系统

SMW工法机的液压系统（图2）主要包括：行走系统、主卷扬系统、支腿系统、控制操作系统、工作台回转系统及斜撑等其他辅助系统。主要液压元件有负载敏感泵、先导式组合电磁阀、液压马达、平衡阀、液压缸等。本工法桩机的行走系统采用了负载敏感技术，液压控制元件多采用先导组合式磁电阀，使系统的结构优化，各执行机构的液压系统是由双泵优化供油。下面以SMW工法桩机的行走系统为例进行分析。

图2 工法桩机全液压系统

3 SMW工法机的行走系统负载敏感工作原理

SMW功法桩机的行走系统（图3）采用压力切断、恒功率、负载敏感双泵控制系统，其控制阀为负载敏感比例多路换向阀。实现行走快速调动、回转、卷扬机升降等动作时，液压系统各回路的换向阀相当于系统的变节流口，例如泵的供油量为最大流量，而此时油缸回路的流量较小，将在换向阀两侧产生压力差Δp，该压力差Δp通过LS阀口输出。通过L S阀阀芯的移动，控制泵的压力-流量变化，即泵在流量指示条件下，输出所需的流量。

在液压系统中，压力切断优先于恒功率，恒功率优先于负载敏感阀，即低于设定功率曲线时，负载敏感阀工作；而低于切断设定压力时，恒功率控制工作；该系统都不工作时，若泵还在运行，则此时无工作流量输出。恒功率控制曲线如图4所示。

图3 SMW工法机行走系统

图4 恒功率控制图

4 结语

随着负载敏感泵的广泛应用，负载敏感控制技术也广泛应用于现代的液压系统中，可消除系统的溢流损失，大幅度提高系统的使用率，达到理想的节能效果，使得液压控制技术越来越精确。基于以上优点，负载敏感控制技术在机械领域得到了广泛的应用。

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