论负载敏感控制在掘进机液压系统中的应用

郭连丰 贾洋涛 王晓飞 李朝冉

摘要：隨着我国经济的快速发展，掘进机的行业应用趋势逐渐扩大，整体工作需求出现了大幅上涨。在这种情况下，掘进机的液压系统重要性开始凸显。原有的工作模式无法承担当前掘进机的应用需求，经常会出现各式各样的问题，导致整体工作活动受阻，不利于经济效益的提升。因此，需要采用负载敏感控制方式，改进掘进机的液压系统，使其能够达到良好的工作目标，降低出现问题的概率，为后续的施工应用打下坚实基础。本文首先分析液压系统经典负流量控制的基础原理，随后深入研究负载敏感控制系统的基础原理，最后阐明其改进重要性与取代方法，以供参考。

关键词：负载敏感控制;掘进机械;液压系统

中图分类号：TD421.5                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0111-02

0  引言

随着相关技术的不断发展，掘进机械的液压系统逐渐开始采用负载敏感控制方式进行操作。这种技术形式具有良好的环保效果，能够节约燃油使用，并降低所需人力干预的资源级别。同时，其还可以提高掘进机械的自动化程度，有利于增强整体系统的稳定性，具有重要的应用意义。因此，需要针对掘进机的液压系统经典模式进行分析，并结合负载敏感控制方式开展研究，明确其替代方法，以供相关行业参考。

1  几种基本的液压系统共有方式

1.1 恒压系统

恒压系统本身属于一种节流控制模式。该系统在应用过程中的供油方式通常采取定量泵，利用供油节流口来实现对液压系统执行元件的供油，同时还可以利用限压阀的旁通来将多余流量输送到回油箱中。

1.2 恒流量系统

恒流量系统的供油方式通常采取的也是定量泵，针对流过执行元件的流量可以用三通流量调节阀来进行调控。三通流量调节阀的阀性所在位置是有可调节流口实际控制的压差来决定。利用三通流量调节阀将多余流量输送到回油箱中。在整个运行过程中，泵的运行压力始终处在执行元件压力以及控制压差之和的范围内。

1.3 变量泵系统

变量泵系统在应用过程中主要使用的是一台变量泵来进行供油，系统中配置的组合式压力/流量控制器主要是通过可调节流口位置的控制压差来决定，组合式控制器对变量泵能够发挥出调节作用。在这种情况下，泵在运行过程中就能够通过其调节作用满足执行原件流量以及泄漏量的运行要求，而且泵在运行过程中始终处在执行原件控制压差范围内运行。

相较于恒压系统，恒流量系统在运营过程中实际产生的压力损失相对较小，在充分利用流量调节装置后执行装置中实际流过的流量与实际供油量非常接近，流量损失相对较小。在使用恒压系统的情况下，都会通过限压阀的作用将多余流量输送回油箱中，在此情况下泵在运行过程中长期处在全负荷运行状况。而相较于恒压以及恒流量系统，变量包系统在应用过程中能够体现出更高的运行效率，这主要是因为利用变量泵能够将整个系统在运行过程中多余流量控制在最小范围内。

2  掘进机液压系统经典负流量控制原理

掘进机液压系统负流量控制模式属于较为经典的应用方法之一，其属于恒流量操控类型的一种。通常情况下，负流量控制可以应用六通多路阀进行操作，整体结构较为简单，容易进行操控，可以大幅降低中位回油产生的损失级别。但是，负流量控制的基础调节范围较小，对速度的影响有限，容易受到负载的波动影响。同时，负流量控制的节能与操作存在调节问题，容易产生矛盾情况。在应用负流量控制系统的过程中，六通多路阀可以简化为A口、B口、O口[1]。这三个入口都属于可变动节流口位，具有可靠的操控性。通过在中位回油区域安装流量监测装置，能够采集对应的信号，并使液压泵体能够对排量进行自主操作。如果O口处于未关闭状态，负流量控制系统便会在相关功能的影响下，使中位回油流量处于较低的级别。若A口与B口处于打开状态，则O口需要开始执行关闭指令。在这种情况下，系统流量控制会发挥作用，使液压泵体必须执行排量提升的操作，确保中位油量处于稳定状态。负流量控制系统具有较为显著的降低能耗效果，但调速范围较小，对操作要求高，容易产生不良问题。

3  负载敏感控制系统的主要原理

负载敏感控制系统需要根据传感模块收集对应的信息，并研究负载的基础状态，判断变化趋势。通过这种方式，达到自动优化系统流量状态，确保补偿阀前后处于压强一致的情况。在这种情况下，系统流量能够达到与标准相同，有利于节约基础能耗。负载敏感控制系统的控制阶段主要分为三个部分，首先是低压力待机模式[2]。在这种条件下，负载敏感滑阀会处于左端，使整体倾角达到最高状态。若系统进入工作模式，则开始进入供油控制状态，使中位封闭区域的油体能够进入负载敏感阀。在压力超过一定数值的情况下，负载弹簧会出现压力调整效果，使滑阀产生右移。右移完成后油体将会进入伺服阀区域，有效降低倾角与排量。如果变量泵的出口压力与弹簧调定压力相同，则泵体会进入低压力待机状态，使内部的流量泄露得到有效补偿。其次是常规工作模式，在这一模式下，液压的缸体活塞出现左移时，内部压力会通过负载敏感单元进行转移，进入右侧的弹簧腔体内部，使系统进入工作状态。最后是高压力待机状态，这一状态下液压缸体的活塞会在终点区域受到阻碍，使两侧的压力处于相等条件下。负载敏感阀两端的压力会使阀芯转移至左方区域，导致出口液体流动进入封闭状态。由于液体封闭，内部压力会快速攀升，使压力补偿阀得到触发[3]。这时变量泵体的出口压力会逐渐高过弹簧压力，使阀芯向右转移，导致油体进入伺服阀内部。在这种条件下，变量泵会进入高压力状态，实现待机效果。

4  掘進机液压系统应用负载敏感控制的重要性及常见故障

4.1 掘进机液压系统用用负载敏感控制重要性

掘进机械的应用环境条件较为复杂，经常会受到各式各样地质条件的影响。部分情况下，截割部区域的阻力会出现大幅变化的趋势，导致整体负荷突然转变，严重损害液压系统的完整性，导致工作效率受到负面影响。因此，为了达到良好的应用效果，需要尽可能采取可靠的液压系统控制措施，使其能够适应多种情况条件，降低出现问题的概率。随着环境问题形势逐渐严峻，掘进机的环保性能也需要受到一定程度的重视，通过采用负载敏感控制系统，能够有效降低能耗级别，降低对燃油的需求，使机械的环保性能得到显著提升，具有重要的应用意义。同时，负载敏感控制系统的环境适应性较强，可以帮助掘进机械液压系统抵抗负荷突然转变的问题，有利于整体工作效率的提升。因此，需要为掘进机液压系统应用负载敏感控制技术，确保其能够达到最佳运行效果，为后续的应用打下坚实基础。

4.2 常见故障

液压油变质或者受到污染是液压系统产生故障的主要原因，液压油一旦出现污染问题很可能会对液压元件造成损伤，或者导致元件堵塞。

①如果掘进机在运行过程中出现了液压油浑浊不清或者变成乳白色的现象，表示油中进水，此时可以针对冷却器或者油箱蛇形管进行检查，查看其是否存在漏水的问题，及时找出原因并进行排除;②液压油呈现黑褐色的情况下，表示其已经产生氧化变质问题，因此，必须要及时进行更换;③通过查看过滤器滤芯污染程度对其污染物类型进行确定，并精确找出污染物来源。

4.3 液压油污染控制措施

如果掘进机更换液压油没有达到污染等级要求，必然会对系统清洁度造成影响，对于新液压油要求其清洁度要达到NAS1638 11-13级以上，针对轴向变量泵要保证其介质清洁度达到NAS1638 9级以上。液压油清洁度越高越能够有效提升，鉴于此，再进行液压油补充的过程中必须要严格使用过滤装置，例如使用滤油小车等，为了保障液压油的清洁度可以使用微米过滤器;在没有过滤油车的情况下，新加液压油可以利用回油过滤器进行加注，以此来保障也液压油箱的清洁性。

4.4 常见液压泵故障诊断及排除

当前，在掘进机液压系统中负载敏感变量系统的应用非常广泛，其主要采取的是带负载敏感、压力切断以及恒功率控制的斜盘式轴向柱塞变量泵。

液压系统出现高压状态问题时，首先对进口位置是否存在压力异常进行检测，及时消除压力;查看泵头阀是否存在卡死等现象进行检查，如存在卡死要及时将阀芯拆卸后进行清洗。液压系统产生输出不足问题的情况下，要及时查看配液盘是否存在磨损，或者存在泄露超标的问题;通过查看恒功率阀是都存在流量调节不当问题，如存在及时进行重新调节。

5  掘进机液压系统应用负载敏感控制取代负流量控制的策略

在液压型掘进机械进行应用的过程中，需要针对诸多情况进行处理。为了达到良好的施工效果，需要首先明确掘进机的基础结构情况，尽可能降低出现不良问题的概率，为后续的进一步应用打下坚实基础。通常情况下，液压型掘进机分为工作模块、行走模块、回转模块。若采用负流量控制方式进行处理，则基于固定差异的减压补偿装置会在掘进机进行复核运动的过程中，产生液压油供应不足的问题。在这种情况下，液压用油会逐渐汇聚至压力相对较小的部件区域，导致高负载区域出现速度下降，甚至停止工作的问题。这一问题会严重削弱掘进机液压系统的运行效果，不利于相关工作的进一步开展。因此，为了达到良好的控制效果，应当采用负载敏感控制方式，取代原有负流量控制，使掘进机液压系统能够正常工作，提高基础效率与运行质量。在这一过程中，需要对阀门后方补偿的流量分配区域设置加压装置。通过这种方式，使液压油在出现缺乏的情况下，多路阀门口也能够保持固定压强。这一部分需要利用单泵进行全原件供油，整体电液比例的换向阀进入区域存在固定压力。如果采取有效措施进行负载控制，并通过引入负载敏感柱塞泵，便可以有效调节溢流阀的基础流量，使开启状态的压力能够达到相等的状态，确保压强与换向阀区域的压差一致。在这种条件下，电液比例换向阀的流量只会与阀口的开度存在关联，在流量大于泵体流量的情况下，也能够按照原定比例分配基础流量，有效达到负载敏感控制的目标。应用负载敏感控制能够达到较为优秀的能耗比，可以降低原有功率的损耗，具有重要的效率应用意义。同时，负载敏感控制系统可以节约燃油消耗，并避免出现过热问题，有利于增强系统的可靠性。合理应用这一形式，能够达到单泵体供油的效果，具有满足日常流量标准、多回路压力差、多元件工作的功能效果。随着相关技术的进一步发展，掘进机液压系统应当采用负载敏感控制方式，强化整体应用质量，为相关行业的发展打下坚实基础。

6  结束语

综上所述，在掘进机应用过程中，液压系统的工作方式具有重要的影响意义。因此，需要采取可靠的技术形式，如负载敏感控制系统，取代原有的经典操作方法，达到良好的运行效果，实现最佳操作与施工目标。

参考文献：

[1]房安军，周阳，宗俊杰.负载敏感控制在掘进机液压系统中的应用探析[J].中国科技投资，2017（001）：273.

[2]李晓豁，杨梓嘉，史尚伟，等.液压破碎锤负载敏感控制系统特性及改进研究[J].煤炭科学技术，2017，45（003）：105-110.

[3]张常青.浅析EBZ300型掘进机液压系统流量分配特性[J].机电产品开发与创新，2018，31（04）：86-89.