論負載敏感控制在掘進機液壓系統中的應用

郭連豐 賈洋濤 王曉飛 李朝冉

摘要：隨著我國經濟的快速發展，掘進機的行業應用趨勢逐漸擴大，整體工作需求出現了大幅上漲。在這種情況下，掘進機的液壓系統重要性開始凸顯。原有的工作模式無法承擔當前掘進機的應用需求，經常會出現各式各樣的問題，導致整體工作活動受阻，不利于經濟效益的提升。因此，需要采用負載敏感控制方式，改進掘進機的液壓系統，使其能夠達到良好的工作目標，降低出現問題的概率，為后續的施工應用打下堅實基礎。本文首先分析液壓系統經典負流量控制的基礎原理，隨后深入研究負載敏感控制系統的基礎原理，最后闡明其改進重要性與取代方法，以供參考。

關鍵詞：負載敏感控制;掘進機械;液壓系統

中圖分類號：TD421.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0111-02

0? 引言

隨著相關技術的不斷發展，掘進機械的液壓系統逐漸開始采用負載敏感控制方式進行操作。這種技術形式具有良好的環保效果，能夠節約燃油使用，并降低所需人力干預的資源級別。同時，其還可以提高掘進機械的自動化程度，有利于增強整體系統的穩定性，具有重要的應用意義。因此，需要針對掘進機的液壓系統經典模式進行分析，并結合負載敏感控制方式開展研究，明確其替代方法，以供相關行業參考。

1? 幾種基本的液壓系統共有方式

1.1 恒壓系統

恒壓系統本身屬于一種節流控制模式。該系統在應用過程中的供油方式通常采取定量泵，利用供油節流口來實現對液壓系統執行元件的供油，同時還可以利用限壓閥的旁通來將多余流量輸送到回油箱中。

1.2 恒流量系統

恒流量系統的供油方式通常采取的也是定量泵，針對流過執行元件的流量可以用三通流量調節閥來進行調控。三通流量調節閥的閥性所在位置是有可調節流口實際控制的壓差來決定。利用三通流量調節閥將多余流量輸送到回油箱中。在整個運行過程中，泵的運行壓力始終處在執行元件壓力以及控制壓差之和的范圍內。

1.3 變量泵系統

變量泵系統在應用過程中主要使用的是一臺變量泵來進行供油，系統中配置的組合式壓力/流量控制器主要是通過可調節流口位置的控制壓差來決定，組合式控制器對變量泵能夠發揮出調節作用。在這種情況下，泵在運行過程中就能夠通過其調節作用滿足執行原件流量以及泄漏量的運行要求，而且泵在運行過程中始終處在執行原件控制壓差范圍內運行。

相較于恒壓系統，恒流量系統在運營過程中實際產生的壓力損失相對較小，在充分利用流量調節裝置后執行裝置中實際流過的流量與實際供油量非常接近，流量損失相對較小。在使用恒壓系統的情況下，都會通過限壓閥的作用將多余流量輸送回油箱中，在此情況下泵在運行過程中長期處在全負荷運行狀況。而相較于恒壓以及恒流量系統，變量包系統在應用過程中能夠體現出更高的運行效率，這主要是因為利用變量泵能夠將整個系統在運行過程中多余流量控制在最小范圍內。

2? 掘進機液壓系統經典負流量控制原理

掘進機液壓系統負流量控制模式屬于較為經典的應用方法之一，其屬于恒流量操控類型的一種。通常情況下，負流量控制可以應用六通多路閥進行操作，整體結構較為簡單，容易進行操控，可以大幅降低中位回油產生的損失級別。但是，負流量控制的基礎調節范圍較小，對速度的影響有限，容易受到負載的波動影響。同時，負流量控制的節能與操作存在調節問題，容易產生矛盾情況。在應用負流量控制系統的過程中，六通多路閥可以簡化為A口、B口、O口[1]。這三個入口都屬于可變動節流口位，具有可靠的操控性。通過在中位回油區域安裝流量監測裝置，能夠采集對應的信號，并使液壓泵體能夠對排量進行自主操作。如果O口處于未關閉狀態，負流量控制系統便會在相關功能的影響下，使中位回油流量處于較低的級別。若A口與B口處于打開狀態，則O口需要開始執行關閉指令。在這種情況下，系統流量控制會發揮作用，使液壓泵體必須執行排量提升的操作，確保中位油量處于穩定狀態。負流量控制系統具有較為顯著的降低能耗效果，但調速范圍較小，對操作要求高，容易產生不良問題。

3? 負載敏感控制系統的主要原理

負載敏感控制系統需要根據傳感模塊收集對應的信息，并研究負載的基礎狀態，判斷變化趨勢。通過這種方式，達到自動優化系統流量狀態，確保補償閥前后處于壓強一致的情況。在這種情況下，系統流量能夠達到與標準相同，有利于節約基礎能耗。負載敏感控制系統的控制階段主要分為三個部分，首先是低壓力待機模式[2]。在這種條件下，負載敏感滑閥會處于左端，使整體傾角達到最高狀態。若系統進入工作模式，則開始進入供油控制狀態，使中位封閉區域的油體能夠進入負載敏感閥。在壓力超過一定數值的情況下，負載彈簧會出現壓力調整效果，使滑閥產生右移。右移完成后油體將會進入伺服閥區域，有效降低傾角與排量。如果變量泵的出口壓力與彈簧調定壓力相同，則泵體會進入低壓力待機狀態，使內部的流量泄露得到有效補償。其次是常規工作模式，在這一模式下，液壓的缸體活塞出現左移時，內部壓力會通過負載敏感單元進行轉移，進入右側的彈簧腔體內部，使系統進入工作狀態。最后是高壓力待機狀態，這一狀態下液壓缸體的活塞會在終點區域受到阻礙，使兩側的壓力處于相等條件下。負載敏感閥兩端的壓力會使閥芯轉移至左方區域，導致出口液體流動進入封閉狀態。由于液體封閉，內部壓力會快速攀升，使壓力補償閥得到觸發[3]。這時變量泵體的出口壓力會逐漸高過彈簧壓力，使閥芯向右轉移，導致油體進入伺服閥內部。在這種條件下，變量泵會進入高壓力狀態，實現待機效果。

4? 掘進機液壓系統應用負載敏感控制的重要性及常見故障

4.1 掘進機液壓系統用用負載敏感控制重要性

掘進機械的應用環境條件較為復雜，經常會受到各式各樣地質條件的影響。部分情況下，截割部區域的阻力會出現大幅變化的趨勢，導致整體負荷突然轉變，嚴重損害液壓系統的完整性，導致工作效率受到負面影響。因此，為了達到良好的應用效果，需要盡可能采取可靠的液壓系統控制措施，使其能夠適應多種情況條件，降低出現問題的概率。隨著環境問題形勢逐漸嚴峻，掘進機的環保性能也需要受到一定程度的重視，通過采用負載敏感控制系統，能夠有效降低能耗級別，降低對燃油的需求，使機械的環保性能得到顯著提升，具有重要的應用意義。同時，負載敏感控制系統的環境適應性較強，可以幫助掘進機械液壓系統抵抗負荷突然轉變的問題，有利于整體工作效率的提升。因此，需要為掘進機液壓系統應用負載敏感控制技術，確保其能夠達到最佳運行效果，為后續的應用打下堅實基礎。

4.2 常見故障

液壓油變質或者受到污染是液壓系統產生故障的主要原因，液壓油一旦出現污染問題很可能會對液壓元件造成損傷，或者導致元件堵塞。

①如果掘進機在運行過程中出現了液壓油渾濁不清或者變成乳白色的現象，表示油中進水，此時可以針對冷卻器或者油箱蛇形管進行檢查，查看其是否存在漏水的問題，及時找出原因并進行排除;②液壓油呈現黑褐色的情況下，表示其已經產生氧化變質問題，因此，必須要及時進行更換;③通過查看過濾器濾芯污染程度對其污染物類型進行確定，并精確找出污染物來源。

4.3 液壓油污染控制措施

如果掘進機更換液壓油沒有達到污染等級要求，必然會對系統清潔度造成影響，對于新液壓油要求其清潔度要達到NAS1638 11-13級以上，針對軸向變量泵要保證其介質清潔度達到NAS1638 9級以上。液壓油清潔度越高越能夠有效提升，鑒于此，再進行液壓油補充的過程中必須要嚴格使用過濾裝置，例如使用濾油小車等，為了保障液壓油的清潔度可以使用微米過濾器;在沒有過濾油車的情況下，新加液壓油可以利用回油過濾器進行加注，以此來保障也液壓油箱的清潔性。

4.4 常見液壓泵故障診斷及排除

當前，在掘進機液壓系統中負載敏感變量系統的應用非常廣泛，其主要采取的是帶負載敏感、壓力切斷以及恒功率控制的斜盤式軸向柱塞變量泵。

液壓系統出現高壓狀態問題時，首先對進口位置是否存在壓力異常進行檢測，及時消除壓力;查看泵頭閥是否存在卡死等現象進行檢查，如存在卡死要及時將閥芯拆卸后進行清洗。液壓系統產生輸出不足問題的情況下，要及時查看配液盤是否存在磨損，或者存在泄露超標的問題;通過查看恒功率閥是都存在流量調節不當問題，如存在及時進行重新調節。

5? 掘進機液壓系統應用負載敏感控制取代負流量控制的策略

在液壓型掘進機械進行應用的過程中，需要針對諸多情況進行處理。為了達到良好的施工效果，需要首先明確掘進機的基礎結構情況，盡可能降低出現不良問題的概率，為后續的進一步應用打下堅實基礎。通常情況下，液壓型掘進機分為工作模塊、行走模塊、回轉模塊。若采用負流量控制方式進行處理，則基于固定差異的減壓補償裝置會在掘進機進行復核運動的過程中，產生液壓油供應不足的問題。在這種情況下，液壓用油會逐漸匯聚至壓力相對較小的部件區域，導致高負載區域出現速度下降，甚至停止工作的問題。這一問題會嚴重削弱掘進機液壓系統的運行效果，不利于相關工作的進一步開展。因此，為了達到良好的控制效果，應當采用負載敏感控制方式，取代原有負流量控制，使掘進機液壓系統能夠正常工作，提高基礎效率與運行質量。在這一過程中，需要對閥門后方補償的流量分配區域設置加壓裝置。通過這種方式，使液壓油在出現缺乏的情況下，多路閥門口也能夠保持固定壓強。這一部分需要利用單泵進行全原件供油，整體電液比例的換向閥進入區域存在固定壓力。如果采取有效措施進行負載控制，并通過引入負載敏感柱塞泵，便可以有效調節溢流閥的基礎流量，使開啟狀態的壓力能夠達到相等的狀態，確保壓強與換向閥區域的壓差一致。在這種條件下，電液比例換向閥的流量只會與閥口的開度存在關聯，在流量大于泵體流量的情況下，也能夠按照原定比例分配基礎流量，有效達到負載敏感控制的目標。應用負載敏感控制能夠達到較為優秀的能耗比，可以降低原有功率的損耗，具有重要的效率應用意義。同時，負載敏感控制系統可以節約燃油消耗，并避免出現過熱問題，有利于增強系統的可靠性。合理應用這一形式，能夠達到單泵體供油的效果，具有滿足日常流量標準、多回路壓力差、多元件工作的功能效果。隨著相關技術的進一步發展，掘進機液壓系統應當采用負載敏感控制方式，強化整體應用質量，為相關行業的發展打下堅實基礎。

6? 結束語

綜上所述，在掘進機應用過程中，液壓系統的工作方式具有重要的影響意義。因此，需要采取可靠的技術形式，如負載敏感控制系統，取代原有的經典操作方法，達到良好的運行效果，實現最佳操作與施工目標。

參考文獻：

[1]房安軍，周陽，宗俊杰.負載敏感控制在掘進機液壓系統中的應用探析[J].中國科技投資，2017（001）：273.

[2]李曉豁，楊梓嘉，史尚偉，等.液壓破碎錘負載敏感控制系統特性及改進研究[J].煤炭科學技術，2017，45（003）：105-110.

[3]張常青.淺析EBZ300型掘進機液壓系統流量分配特性[J].機電產品開發與創新，2018，31（04）：86-89.