一种高效液压功率匹配回路的设计分析

史文龙

摘 要：文章针对发动机极限载荷保护问题，在分析其实现机理的基础上，利用以单神经元PID自适应控制为基础的功率匹配方法，建立了基于转差率的控制模型，当外负载变化时，控制器根据转速感应信号较好地调整液压泵的排量，使发动机与液压泵基本实现功率匹配，从几方面分析了发动机无须功率储备即可稳定可靠运行。

关键词：极限载荷保护；单神经元；极限载荷控制；功率匹配

在高效液压功率匹配回路的研究中，可以发现大中型工程机械液压系统多采用不同形式、不同型号的变量泵代替定量泵进行循环工作，变量泵的好处是可变性和灵活性高，根据机械液压系统的任何微小的改变进行自身的改变，无论是系数的大小和循环的快慢，以辅助提高大中型工程机械液压系统效率和改善系统内部的运作性能为主要内容。另外，因为机械液压系统需要更稳定和更安全的内部环境进行功率匹配的电路回流，所以需要电压更稳定，功率更稳定和匹配更稳定的系数指数和循环效果。

随着液压功率匹配控制技术的不断发展，液压内部系统的电路高质量和功率高效率已经得到业界的认可和肯定。目前高效液压功率匹配回路适应控制技术，一般是由功率系统和匹配系统进行同步运作，主要是由负载功率匹配传感控制与流量适应控制两部分组成。负载功率匹配传感控制因为由于液压泵输出的压力、流量与负荷所需要的压力、流量不匹配（至少不能总是匹配），从而在系统的非执行元件上造成较大的压力、流量损失。因此，设法实现液压泵与负载的功率匹配控制，以提高系统效率，是液压系统节能的一种有效方法。流量适应控制是由于用液压比例方向节流阀、减压阀、直流直线测速传感器等元件设计了液压比例闭环速度控制系统，对发动机纵向进给装置的速度进行控制。高效液压功率匹配回路适应控制技术融合了发动机的高性能和高效率的节能优点，不但可以提高机械液压动力驱动系统效率，还可以降低机械系统能耗损失，促使发动机加快技术的进一步研究开发，不断提高自身的系数指数和循环作用。

驱动系统发动机在液压系统节能中的一个有效应用是将高效液压功率匹配回路的动能和位能，以压力能和动力能的形式进行有效的回收和利用，根据系统的系数变化而形成连续不断的循环效果，从而减少液压系统能量损失和发热作用。因为进行有效的回收和利用，可以帮助液压系统在日后的节能工作中更好地节约成本和资源，不但可以减少浪费，还可以增加能量的转换。而在高效液压功率匹配回路工作时，由于各类液压元件（变量泵、安全阀及执行元件等）和电压管路中存在压力损失、容积损失和机械损失等，这些损失不但构成了高效液压功率匹配回路的能量损失，还会导致高效液压功率匹配回路工作效率的降低。高效液压功率匹配回路工作效率的好坏，循环的快慢，对液压设备的性能发挥产生着重要的影响。

在发动机整个功率工作过程中，系统所负载所需的压力大小、流量多少是变化的。而系统的系数改变则直接影响着发动机的功率改变，要提高系统的工作效率就要提高发动机的功率匹配效率，必须尽可能使每个元件部分在正常的工况下进行变量泵的输出压力、流量输出、负载压力和流量输入相匹配，较好的办法就是采用压力补偿控制、负载传感控制及两者综合作用的压力负载传感控制和能量转换补偿控制。显然，消除高效液压功率匹配回路中专用节流传感元件的能量损失，会使液压系统效率进一步提高。数控变量泵功率匹配节能系统，着眼于消除液压系统中的溢流阀和节流阀的能量损失。

通过高效液压功率匹配回路的研究、分析，提出发动机-变量泵-负载三者之间功率相互协调匹配的节能控制方案。将发动机、变量泵和负载作为一个动态系统全面研究，利用机械液压系统压力和发动机动力两个方面来有效实现发动机与液压泵之间的功率匹配控制和发动机的油门定位控制。另外，还可以利用改变发动机的变量数量和液压系统的排量数量来进行调节系统内部元件运动速度的回路，称为机械液压系统容积调速回路。这种液压系统容积调速回路因为具备效率高、发热少和循环快的特点，一般适用于电压大、功率大和匹配大设备的液压系统。

大中型工程机械液压系统在采用高效液压功率匹配回路进行联合调速中，必须对于初进速度要求的快慢进行后进速度进程的快慢，再采用限压式变量泵节流调速回路进行分隔；针对在后进速度进程的快慢变化的情况下，配合调节初进速度要求的快慢，再采用稳流式变量泵节流调速高效液压功率匹配回路进行节流；对于初进速度要求的快慢和后进速度进程的快慢同步进行的情况下，机械液压系统的供油压力要求恒定情况下，一般采用恒压变量泵节流调速高效液压功率匹配回路进行循环。

为了有效解决大中型工程机械液压系统存在的动力不足、功率不够的不足，可以依据操作人员进行手柄位置信号的定位，而高效液压功率匹配回路中必须有序控制变量泵输出流量按一定的比例分配到各个负载区域，实现发动机-变量泵-负载的功率匹配。而液压系统内部的运作与发动机功率匹配系统性能不仅受发动机、液压元件自身性能的影响，外界的条件因素也起着影响作用，还取决于各部分元件参数之间是否达到合理的匹配程度。在阀控液压发动机的发展过程中，液压系统地经历了节流阀控系统、负荷传感（阀控）控制系统到泵控系统的过程。负荷传感的优点是按需要向系统提供流量，基本无溢流损失，降低能源消耗，减少系统发热，达到节能环保作用。阀控液压发动机系统与阀控液压系统相比较耗能更低，尤其是电子泵控系统与电控发动机的匹配，加入各种的参数设定，从而达到低耗能的目的。

阀控液压发动机工作部分液压系统是靠几组差动液压缸来驱动的，由于差动液压缸两腔面积不相等，在动作时，差动缸有杆腔与无杆腔所需要的油液流量也不相等，因此，要想实现用一台液压泵闭式直接控制差动缸回路，必须满足液压泵的两个工作油口的输出油液不相等，从而对差动缸两腔的流量进行补偿。将发动机、变量泵、多路阀和负载作为一个整体，采用协调控制策略，准确地对发动机-泵和泵-负载环节的功率进行协调，提高了系统功率利用率，减少了系统能量损失；设计了阀控液压发动机直线行走同步控制回路。阀控液压发动机功率匹配控制系统，是以变量泵的工作压力为依据，通过微机的计算可实现自动。但是由于阀控液压系统本身存在的不可避免的节流损失问题，在增大系统装机功率的同时，导致阀控液压发动机出现燃油使用量大、耗油高、排放差、液压系统发热量大、效率低等问题。

参考文献

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