基于負載敏感技術的SMW工法機應用

張鳳營 田明瑜

唐山職業技術學院機電工程系 063004

引言

樁機機械主要應用于各種樁基礎、地下連續墻、地基改良以及其他特殊地基工程的施工，是目前基礎設施建設不可或缺的機械設備。但樁機機械在工作過程中，由于多執行元件的特點，導致各液壓回路的執行元件負載差別很大，其所需的流量也不盡相同，使得機械液壓系統效率低，耗能高，損耗量大；而且樁機在行走過程中，回轉微動調節性差；緊急停車時，油口有漏油現象。為了解決這些問題，本項目研制了新型SMW工法機，在現有樁機的基礎上，采用進口P V092泵和L90LS多路閥，代替現有的力源或者華德的A8VO80恒功率泵以及長航的多路閥，即用負載敏感系統代替恒功率系統，提高操縱的微調性能以及可靠性，同時附加恒功率以及壓力切斷功能，對泵機系統整體起到保護作用，在空載運行情況下達到最小能耗，提高其節能。新型SMW工法機不僅能在工作過程中大幅提高工作效率，還可以提高發動機及液壓系統的效率和傳動元件的壽命和可靠性，減少機器故障率和維修成本，用戶操作時的舒適性也大大提高。

1 負載敏感系統概述

負載敏感系統是一種可實現壓差反饋，根據系統壓力—流量需求，可快速、準確提供所需的壓力和流量的液壓回路閉環系統，按照控制類型可分為兩種，即閥控負載敏感系統和泵控負載敏感系統。由于泵控負載敏感系統具有壽命長和高效節能的顯著優勢，新型SMW工法機采用泵控負載敏感系統對液壓系統實現負載敏感控制。

泵控負載敏感系統由負載敏感型變量柱塞泵和方向控制閥等元件組成。虛線框內為帶壓力切斷功能的負載敏感變量泵（圖1）。它由LS閥1（對系統流量進行調節）、恒壓閥2（具有壓力切斷功能）、變量缸敏感腔3、變量缸彈簧腔4和變量泵組成。從圖中可知，節流閥安裝在變量泵的出口與負載之間。節流閥兩端的壓差即為流量控制輸入信號，可通過改變節流閥口橫截面積的大小來控制該泵的輸出流量。泵控負載敏感系統的基本原理如圖1所示。

泵控負載敏感系統采用壓力補償（自動調整輸出與負載相匹配的流量）的方式，通過變量泵內部實施，其工作狀態可分為以下三階段：

（1）正常工作階段：節流閥閥口面積變化時，負載的壓力信號傳遞到變量泵LS閥的右面彈簧腔。此時，該負載力與L S閥中的彈簧預緊力組合起來共同推動LS閥的閥芯向左移動，使得斜盤角逐漸增大，變量泵的輸出排量增加。當節流閥兩側的壓差大小等于LS閥的彈簧預緊力時，達到負載匹配的效果。此時，負載壓力與LS閥的彈簧預緊力之和即為變量泵的輸出壓力，輸出流量也滿足負載的需求。

（2）低壓待機階段：系統運行的初始階段，由于系統內不存在壓力，在彈簧力的作用下，LS閥的閥芯逐漸向左移動，最終使得變量泵滿排量輸出。此時，若關閉節流閥，變量泵的全部流量將進入L S閥的左側。若變量泵的輸出壓力超過了彈簧力，LS閥閥芯右移，最終使得斜盤角逐漸減小，變量泵的輸出排量減少。處于平衡狀態時，泵出口的壓力為L S閥的彈簧預緊力，此時產生的流量僅供泵的內泄漏，沒有造成多余流量的浪費。

（3）高壓待機階段：負載中的壓力超過變量泵中恒壓閥的設定壓力時，恒壓閥右移，系統中的高壓油流入變量缸的敏感腔，斜盤傾斜角幾乎為零，此時僅有少許流量用于供給系統的內泄漏，泵的排量為最小值，幾乎也沒有造成過多的流量浪費。

可知采用泵控負載敏感技術的優點是:系統的輸出壓力與流量直接取決于負載，提高了系統的效率。

圖1 負載敏感變量泵原理圖

2 SMW工法機全液壓系統

SMW工法機的液壓系統（圖2）主要包括：行走系統、主卷揚系統、支腿系統、控制操作系統、工作臺回轉系統及斜撐等其他輔助系統。主要液壓元件有負載敏感泵、先導式組合電磁閥、液壓馬達、平衡閥、液壓缸等。本工法樁機的行走系統采用了負載敏感技術，液壓控制元件多采用先導組合式磁電閥，使系統的結構優化，各執行機構的液壓系統是由雙泵優化供油。下面以SMW工法樁機的行走系統為例進行分析。

圖2 工法樁機全液壓系統

3 SMW工法機的行走系統負載敏感工作原理

SMW功法樁機的行走系統（圖3）采用壓力切斷、恒功率、負載敏感雙泵控制系統，其控制閥為負載敏感比例多路換向閥。實現行走快速調動、回轉、卷揚機升降等動作時，液壓系統各回路的換向閥相當于系統的變節流口，例如泵的供油量為最大流量，而此時油缸回路的流量較小，將在換向閥兩側產生壓力差Δp，該壓力差Δp通過LS閥口輸出。通過L S閥閥芯的移動，控制泵的壓力-流量變化，即泵在流量指示條件下，輸出所需的流量。

在液壓系統中，壓力切斷優先于恒功率，恒功率優先于負載敏感閥，即低于設定功率曲線時，負載敏感閥工作；而低于切斷設定壓力時，恒功率控制工作；該系統都不工作時，若泵還在運行，則此時無工作流量輸出。恒功率控制曲線如圖4所示。

圖3 SMW工法機行走系統

圖4 恒功率控制圖

4 結語

隨著負載敏感泵的廣泛應用，負載敏感控制技術也廣泛應用于現代的液壓系統中，可消除系統的溢流損失，大幅度提高系統的使用率，達到理想的節能效果，使得液壓控制技術越來越精確。基于以上優點，負載敏感控制技術在機械領域得到了廣泛的應用。

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