力士乐LUDV系统――全新液压挖掘机解决方案（二）

　　2009-09-01 16:41

　　2.1.2 换向联　　

　　换向联是多路阀的主体部分，对除了回转回路之外的所有执行元件提供方向和速度控制。

　　　　换向联由一个5联（如履带挖掘机的动臂斗杆铲斗和左右行走）或3联(如步履式挖掘机的作业部分）整体式LUDV阀为主体，并且可以按需要安装一个至数个片式换向阀。

　　LUDV 换向联的主要特点:

　　　　(1）采用阀后压力补偿器，具有抗饱和功能。

　　　　(2）采用并联回路,具有良好的多执行元件扩展性,包括集成不同通径的阀，如M7-22多路阀可以安装较小通径的　　　M720（最大流量220升）或SX14（最大流量140升）阀片。

　　　　(3）每联阀可以通过油泵最大流量，即单个执行元件可以支配最大液压功率。在LUDV系统中没有传统系统的“合流“概念。需“合流”的执行元件在系统设计时就可支配最大流量，无需额外元件和管路。

　　　　(4）行程限制，通过改变阀芯的进口节流（meter-in）面积和对阀芯行程限位，可以设定任意执行元件所需最大流量，控制性能好，作业装置回路无须单向节流阀限速。

　　　　(5）再生：通过更换斗杆腔的多路阀芯，可以实现斗杆回路“再生”；动臂腔则为标准阀芯，动臂下降时，带背压的T通道回油通过多路阀次级溢流补油阀再进入动臂油缸的低压腔，自动实现“再生”。

　　　　(6）中位冲洗：阀中位时，T通道部分油通过阀芯的冲洗槽经阀盖和先导手柄回到油箱，使先导回路保持一定的油温，有利于系统的快速响应。

　　　　(7）LS信号的传递直接在压力补偿器之间进行，不用梭阀，可靠性高。

　　2.1.3 回转联

　　　　如前所述，LUDV系统在系统饱和时，各执行元件将按比例降低流量，这意味着回转速度会受作业装置的影响而降低，对于司机来说，是不可接受的。

　　为确保回转优先，博世力士乐LUDV系统的回转联采用标准的LS阀，即采用阀前压力补偿器，其ΔP值（一般为14bar）比LUDV的ΔP值（20bar）低很多。

　　　　如果作业装置的压力高于回转回路，单向阀阻隔了作业回路负载压力对回转的影响，液压油优先流入压力最低的回转马达；若回转压力为最高，则其压力通过单向阀反馈到LUDV的压力补偿器和油泵的LS阀上,在正常情况下，回转回路按司机的愿望得到足够的流量，如果系统发生饱和导致LUDV的ΔP值下降，作业装置的速度下降，但由于LS的ΔP较低，仍可保持原设定值，回转的速度不变，从而实现回转优先。

　　　　在回转部分，LS回路中限压阀的压力值由先导压力加载，可以实现回转扭矩控制。如果司机操纵的先导手柄偏转角度大，先导压力高，则决定回转压力的限压阀压力上升，回转扭矩大，反之亦然，从而实现由司机对回转的扭矩控制，即决定回转加速度。回转限压阀的最高设定值低于马达中二级溢流阀的开启压力约30bar，所以在回转过程中马达溢流阀不会打开。同时由于回转扭矩控制阀在LS回路，其压力值也反馈到LS压力补偿器，因此回转机构只提供马达建立压力所需要的流量，从而实现完全无损失的加速过程。目前一种新的回转扭矩控制系统是由压力阀和比例减压阀组合而成的，压力阀确定最高回转压力，比例减压阀则由先导压力决定所需要的压力（扭矩），效果更为理想。

　　　　如果在动臂阀芯中建立旁通，则可实现“动臂优先”，油泵的变量机构由动臂回路的压力调定，在回转和动臂复合动作的启动阶段，动臂优先得到充分的油，回转只得到建立压力所需要的少量流量。动臂快速提升后，挖掘机再快速回转。这对于某些工况，如挖深作业，是特别有利的。

　　2.2 A11VO油泵

　　　　博世力士乐A11VO油泵是一种结构紧凑、功率密度大，用于开式回路的斜盘式变量泵。用于LUDV系统的典型型号为A11VO…LE2S2 其控制装置由变功率变量机构和负荷传感阀两部分组成。

　　A11VOLE2S2油泵的系统原理图

　　　　(1)带恒功率变量的泵体

　　　　(2)油泵控制调节装置

　　　　(3)恒功率调节阀

　　　　(4)恒功率调节弹簧

　　　　(5)比例电磁铁

　　　　(6)调节响应时间的单向节流阀

　　　　(7)负荷传感阀

　　　　(8)ΔP值调节弹簧

　　　　(9)比例电磁铁

　　　　变功率调节装置LE2可以产生一系列恒功率曲线，其最上面的曲线由控制弹簧4决定（基本设定），随着比例电磁铁5的电流增大，油泵功率随弹簧力的变化而相应减少，泵在较低的功率曲线工作，即机械调定的恒功率值可以通过不同的控制电流来改变，用于挖掘机的功率模式控制或极限负荷调节。

　　　　LE2控制方式用于极限负荷调节的情形，有突出的优点。

　　　　一般速度感应的极限负荷调节， 油泵的摆角由控制信号改变。例如，如果油泵以最大排量工作，工作压力突然上升引起功率上升至角功率，这时发动机因过载而转速下降，此信号通过速度感应反馈到微处理器，使油泵回摆，油泵输出功率下降。挖掘机短时间的过载常发生，所以发动机的速度波动较频繁。在使用LE2情形，如果工作压力突然上升，油泵的功率变量机构将首先自动迅速作出反应，使油泵处于较小的摆角。只有当一定的附加功率从发动机取得时，速度感应机构才改变主油泵的控制起点，调节A11VO油泵的恒功率至一个新的值。所以，这种用LE2变功率器的速度感应系统控制性能稳定，过载少，柴油机速度波动少。另外基于杠杆调节原理的恒功率调节装置的功率曲线是一种理想的双曲线，理论上没有功率损失，功率曲线的移动也不影响油泵的效率。

　　　　如果电控系统发生故障，油泵回到由弹簧设定的初始功率或通过弹簧4把功率调至一个较小的值继续工作，LE2变量机构提供很好的应急功能。

　　当今的挖掘机对精细操作提出了进一步的要求，除了负荷传感本身良好的控制性能，LUDV还可以通过带ΔP-shifting 的负荷传感阀S2来提高微操纵性。图13的弹簧8决定了系统的ΔP初始值，利用比例电磁铁9可以人为的改变ΔP值，称为ΔP-shifting （ΔP-变换）。这也是一种负控制，即电流的大小与ΔP的变化成反比。电流增大，ΔP减小，多路阀的ΔP减小意味着同样的阀芯开度通过的流量减小，即先导控制手柄的偏转角度不变，去执行元件的流量减小，控制精度提高。而且在LUDV系统中，各执行元件是按同等比例变化的，作业机构的协调性不变。此外，如果提高ΔP值，同样的阀规格，可以通过更多的液压油，用于大流量快速作业。

　　　　LE2和S2的2个比例电磁铁完全相同，可互换。直接安装在油泵上无须单独的控制油管。

　　3 结束语

　　　　综上所述，博世力士乐LUDV系统具有下列主要特点：

　　　　(1）能实现对不同负载压力的多个执行元件同时进行快速和精确的控制，各个执行元件互不干涉。

　　　　(2）操作性能好，执行起点和工作速度（流量）只与操纵手柄的角度（多路阀的开口度）有关(Q=f)，与负载压力无关，因此操作轻便舒适，司机可以集中精力提高生产率。无论负载压力如何变化，执行机构始终按司机预定的运动轨迹工作，这对于液压挖掘机的遥控和机器人化发展也具有特别意义。

　　　　(3）优越的微控制性能便于精细作业和多功能作业。

　　　　(4）任一执行元件有可能支配泵的全流量或需要的流量。

　　　　(5）多执行元件扩展性, 易于通过附加阀增加可选用的执行元件。

　　　　(6）回转优先和回转扭矩控制功能。

　　　　(7）可以采用单泵系统，整个系统元件紧凑，集成化程度高，系统接管少，安装使用成本低，故障率低。对于挖掘机的紧凑化和“无尾”（zero tail）化尤为有利。

　　　　(8）采用模块式设计，可以按不同的需要，增加附加功能，如功率模式、极限负荷调节、系统动力提升、ΔP-shifting、再生、动臂优先操作、动臂斗杆负载保持，行走自动变速，等等。