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本期导读挖掘机的发展历史可追溯到19世纪三四十年代，但直到20世纪60年代随着液压技术的快速发展，逐渐成熟，让挖掘机找到了适合他的传动方式，也为其发展建立了强有力的技术支撑[1]。那就让我们一起窥探其一二吧！
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#挖掘机液压系统#抗流量饱和的同步操作系统(分流比负载敏感系统)
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1抗流量饱和的同步操作系统的前提与概念在沿用了近30年的各联内部用二通压力补偿器(定差减压阀)实现负载压力补偿(开中心负载敏感系统)，用三通压力补偿器(定差溢流阀，开中心负载敏感系统)或负载敏感泵(闭中心负载敏感系统)实现系统的负载适应控制系统中，当泵的流量出现饱和(执行机构的流量需求超过泵的最大流量)时，泵的输出压力下降，使进入最高压力联负载的流量减小，速度降低；而进入其他负载的流量不变，这就不能实现工程上的同步操作要求。所以要使压力补偿阀起到相应的作用，必须使泵的流量Qp≥Qv，（P泵≥P负载+ΔP），否者负载敏感系统与节流系统无异。但是目前为了降低设备造价，装机功率不可能、也没有必要达到设备各个部分所消耗最大功率的总和。因此，常利用尽可能小的装机功率完成同样所需要完成的工作，使设备更加小巧、精密、性价比更高，在市场上更具竞争力。那么系统就非常可能为不饱和的形式。
LSC(负载传感补偿)系统(如图1所示)较好地解决了抗流量饱和的问题。
图1抗流量饱和的同步操作系统原理
当出现流量饱和时，不能满足各执行元件流量的需要，较合理的方法是各执行元件都相应地减少供油量，对应各阀杆操纵行程，按比例分配流量。我们称这种系统为抗流量饱和的同步操作系统(或称为分流比负载敏感系统)。
2抗流量饱和的同步操作系统的特点通常的负载敏感系统的特点是各操纵阀由独立的压力补偿器来设定阀杆的进口压力和出口压力之差是一定的。各阀杆的补偿压力可以设定为不相同，阀杆进出口压差是由弹簧力所决定。其主要问题是要起补偿作用必须油流经操纵阀产生的压降达到补偿压力。在并联油路中油优先流向低负荷执行器，在流量不足时，高负荷执行器得不到足够流量，因此不能起补偿作用。为了解决此问题，将压力补偿器进行改进，让它起负荷均衡器作用，低负荷的执行器通过压力补偿器的节流，使它与高负荷执行器的负荷压力相同，这样各路负荷相等，就避免了油优先流向低负荷执行器问题。
分流比负载敏感系统的特点是利用压力补偿器起均衡负荷作用，设计使得所有阀杆进出口的压差都是相等的，与各执行器的负荷状况无关。因为所有阀杆的进出口压差相等，所以各执行器同时动作时，通过各阀杆的流量只和该阀杆的行程(节流程度)有关。当流量饱和时，与各执行器负荷无关，根据各阀的行程成等比例地减少去各路的流量。如图2所示。
图2分流比负载敏感系统抗饱和功能
起负荷均衡器作用的压力补偿阀可以布置在泵—操纵阀—执行器—回油，整个液压路线的任何处。
1)布置在泵—操纵阀之间：一般称为阀前补偿，如图3(a)所示。压力补偿阀在前，操纵阀节流调速在后，先补偿，后节流，操纵阀节流和换向作用合二为一。
2)布置在操纵阀—执行器之间：一般称为阀后补偿，由于执行器一般都是双作用，有两条油路，为了避免阀后两条油路设两个压力补偿阀，因此操纵阀增加一个节流油道。操纵阀节流调速在压力补偿阀之前，先节流后补偿，换向部分在压力补偿阀之后，如图3(b)所示。两者用双线相连，表示节流和换向两者组合成操纵阀。
布置在执行器和回油路之间：可称为回油补偿，操纵阀节流调速在进入执行器之前，执行器回油，经操纵阀后，通过压力补偿阀回油，如图3(c)所示。
图3压力补偿阀位置布置
3抗流量饱和的同步操作系统(分流比负载敏感系统)三种形式及代表根据压力补偿阀的布置位置，分流比负载敏感系统有以下三种形式：
1阀前压力补偿分流比负载敏感系统(林德LSC系统)图4阀前压力补偿分流比负载敏感系统
图4所示为林德公司分流比负载敏感系统，其特点是：
在每个操纵阀前设置压力补偿阀，此压力补偿阀阀芯左端受油泵压力PP和其负载压力PL作用，右端受操纵阀前压力Pm和由梭形阀引入的最高负载压力PL1（设PL1PL2，PL1＝PLmax）作用，设阀芯左右面积相等。
对压力补偿阀1取力平衡得：
得，油流通过压力补偿阀无压差。
操纵阀1进出口的压差：
对压力补偿阀2取力平衡得：
油流通过压力补偿阀2的压差为PLmax-PL2，正好补偿了两执行器压力负荷的差值。
操纵阀2进出口的压差：
即所有阀杆的进出口压差相等，为油泵进口压力和最高负载压力之差。
通过两操纵杆的流量分别为
ΔP各阀相同，去各执行元件的流量仅取决于各阀杆的行程（K1，K2）
该系统采取负载敏感泵，变量机构由油泵调节阀（泵负载敏感阀）和伺服油缸等组成，油泵调节阀左端受油泵出口压力PP作用，右端受最高负载压力PLmax和弹簧力PS作用，从油泵调节阀阀杆力平衡可得
A为受压面积
当时，阀处于左位，压力油进入伺服缸，压缩弹簧，使油泵流量减小，
当时，阀处于右位，伺服缸回油，在弹簧力作用下，油泵流量增大。
油泵调节阀控制油泵出口与最高负载压力的压差，，此压差的大小由弹簧力和受压面积决定。此压差就是整个系统设定的补偿压差。
各阀杆在此压差下，通过阀杆开口节流大小，来调节去执行器的流量，与执行器负荷无关。多执行器同时动作时，相互没有影响。
该补偿油压，由油泵调节阀来设定的，通过调节油泵排量使得泵的出口油压和最高负荷压力的压差为常数，大于此压差时，泵的排量自动减小，使压差下降；小于此压差时，泵的排量自动增大，使压差上升以保持压差不变。
当各阀杆都在较大开度，出现流量饱和时，则PP＜PLmax+FS/A，油泵处于最大排量，操纵阀的压差下降ΔP＜FS/A，但操纵阀各阀杆进出口压差仍相等，因此供各路的流量仍与各阀行程成比例。
2阀后压力补偿分流量比负载敏感系统在每个操纵阀后设压力补偿阀，如图5所示。
图5阀后压力补偿分流比负载敏感系统
压力补偿阀阀芯一端受操纵阀出口压力作用，其另一端受弹簧力和通过梭阀引入最高负载压力（设PL1PL2）作用，
对压力补偿阀1取力平衡
对压力补偿阀2取力平衡
如设计中，取两压力补偿阀相等，则
Pm1=Pm2
式中：
Pm1、Pm2-分别为操纵阀1和2的出口油压
PL1-最高负载压力
Fs-弹簧力
A-压力补偿阀阀芯压力作用面积
各操纵阀的入口为泵的压力Pp，出口压力分别为Pm1和Pm2，两者相等，因此各操纵阀的进出口的压差都相等。
若各执行元件负载压力不等，而泵的供油压力是一定的，操纵阀的进出口压差也是相等的，显然各压力补偿阀起了补偿作用，其节流程度不同，产生不同的压差，达到均衡负荷的目的。
压力补偿阀1的压降：
压力补偿阀2的压降：
正好补偿了两执行器压力负荷的差值。
典型的阀后压力补偿分流量比负载敏感系统有HUSCO负载敏感多路阀、Rexroth的LUDV系统。图6所示的是HUSCO负载敏感多路阀的结构图和原理图。
图6HUSCO负载敏感多路阀系统
Rexroth公司的LUDV系统的典型配置为A10VO型变量泵+SX型多路阀，如图7所示。
图7LUDV系统的典型配置
其中SX型多路阀也是采用阀后压力补偿的工作原理设计，图8所示的是其结构图及原理图。
图8SX型多路阀结构图及原理图
LUDV系统的优点在于：(1)多个负载在微控范围内同时进行精密控制，与负载无关；(2)改善不饱和系统；(3)容易对系统进行扩展，较小的接管费用，系统效率比节流控制高。
LUDV系统的缺点在于：(1)对油液污染敏感，对振动敏感；(2)在流量不足时降低控制范围；(3)多用户系统应这样设置，让经常同时运动的负载压力尽可能接近。否则多个负载以不同的压力工作时系统效率较低，也就是说与泵控系统相比时需要更大的冷却器。
3回油路压力补偿分流比负载敏感系统（东芝iB系列多路阀）回油路压力补偿分流比负载敏感系统的主要特点是压力补偿阀布置在操纵阀回油路上，东芝的iB系统是此种原理应用的典型代表，其工作原理如图9所示，结构和符号如图10所示。
图9iB系列负载敏感阀原理图
图10iB系列负载敏感阀具体结构和原理符号图
从压力补偿阀平衡可得：
式中：
PL-各阀负载压力
PLmax-最大负载压力
F-弹簧力，采用弱弹簧，可忽略弹簧力
A-阀芯受压面积
则得：
PL=PLmax
即各执行器负载压力相等，都为PLmax（由于回路上压力补偿阀的节流补偿作用，使各操纵阀的负载均衡）。各操纵阀阀杆进出口压差都相等为式中：Pm为各阀的进口压力，PL为各阀的出口压力（即负载压力）。由于各阀ΔP相等，因此通过各阀杆的流量只与阀杆行程有关，具有抗饱和的功能。
把压力补偿阀放在回油路上的优点是可以利用压力补偿阀的节流补偿作用，防止因重力作用，过快下降或产生真空，容易利用重力组成再生回路。为实现再生供油，在油路上设再生单向阀。
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