比例方向控制回路中的压力补偿

力士乐闭中心负载敏感压力补偿挖掘机液压系统主要内容介绍了力士乐闭中心负载敏感压力补偿挖掘机液压系统组成及其工作原理、特性。

重点分析了多路阀液压系统、液压泵控制系统、各主要液压作用元件液压回路及多路阀先导操纵系统等。

目前液压挖掘机有两种油路: 开中心直通回油六通阀系统和闭中心负载敏感压力补偿系统, 我国国产液压挖掘机大多采用”开中心”系统, 而国外著名的挖掘机厂家基本上都采用”闭中心”系统。

闭中心具有明显的优点, 但价格较贵。

国内厂家对开中心系统比较熟悉, 而对闭中心系统不太了解,因此有必要来介绍一下闭中心系统, 本文重点分析力士乐闭中心负载敏感压力补偿(LUDV) 挖掘机油路。

LUDV 意为与负载无关的分配阀。

LUDV系统力士乐挖掘机液压系统可以看作由以下4 部分组成:①多路阀液压系统(主油路) ;②液压泵控制液压系统(包括与发动机综合控制) ;③各液压作用元件液压子系统, 包括动臂、斗杆、铲斗、回转和行走液压系统, 还包括附属装置液压系统;④多路阀操纵和控制液压系统。

LUDV系统是力士乐等公司在改进负荷传感技术的基础上发展起来的，它是不受负载影响的流量分配系统，它将常开式压力补偿改为常闭式，泵所提供的流量与负载所需相匹配，避免了不必要的空流和节流损失。

即使泵的流量小于系统复合动作所需的流量，各动作的相对速度也不会发生变化，从而保证动作的协调性，避免动作冲击。

1 多路阀液压系统多路阀液压系统是液压挖掘机的主油路, 它确定了液压泵如何向各液压作用元件的供油方式, 决定了液压挖掘机的工作特性。

力士乐采用的闭中位负载敏感压力补偿多路阀液压系统的工作原理见图1 (因换向阀不影响原理分析, 故未画出) 。

图1 挖掘机力士乐主油路简图挖掘机力士乐主油路由工装油路和回转油路二个负载敏感压力补偿系统组成。

1.1 工装油路工作装置和行走油路(除回转外) 简称工装油路,用阀后补偿分流比负载敏感压力补偿(LUDV)系统, 具有抗饱和功能。

CFHI TECHNOLOGY电液比例换向阀是一种通过控制阀芯位移与输入电信号成正比，连续、按比例地控制油液流动方向和流量大小的换向阀。

在大流量控制场合（50L/min 以上），比例换向阀一般采用二级或多级结构以克服阀芯上的液动力干扰，其中先导级实现“电-液”比例转换[1]。

众所周知，经由节流阀口的流量受节流口前后压差和节流口面积的影响。

如果节流口出口负载或进口压力发生变化，通过阀口的流量也将发生变化，这就是人们所说的“负载效应”[2]。

在比例换向阀前串联进口压力补偿器，使比例阀前后压差为常数，是克服上述“负载效应”的常用手段，该种形式的压力补偿回路在冶金设备液压控制系统中应用广泛。

本文中针对某热轧板带生产线推钢机在运行中液压控制回路出现的故障进行分析，研究解决方案，现场整改。

1推钢机工况与故障1.1推钢机工况推该钢机是热轧板带生产线炉区重要设备，主要由液压缸、升降装置、推钢杆和齿轮齿条结构组成（见图1）。

在工作中，由液压缸驱动升降装置，托起推钢杆，将加热炉上料辊道上的钢坯举起，再由电动机或液压缸驱动齿轮齿条机构，将推钢杆连同钢坯送入炉内，延伸至特定位置，液压缸活塞杆回缩，推钢杆随升降装置下落，将钢坯放至炉内横梁上，推钢杆继续下降至最低位，由齿轮齿条机构将推钢杆拉出加热炉，等待下一次操作。

推钢机的关键结构参数包括推钢杆长度、质量、行程，以及液压缸尺寸等（见表1）。

由于推钢杆的自重大，推钢机负载重且变化范围大，加之炉内特殊的维护条件，要求推钢机工作中运行平稳、冲击小，随生产节奏变化运行速度可调。

由此，以电磁比例换向阀和进口压力补偿器为1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600电液比例换向阀在压力补偿回路中的应用孟旭兵1摘要：针对某热轧板带生产线推钢机工作中出现抖动和液压阀台发生异响现象，通过对电磁比例换向阀与进口压力补偿器结构及工作原理，以及对压力补偿回路控制原理的分析，最终确定故障原因，现场整改后故障被消除。

比例换向阀工作原理
比例换向阀是一种常用于液压系统中的控制元件，它能够根据输入信号的大小来调节液压系统中的流量和压力。

该阀的工作原理主要基于比例调节的原理。

比例换向阀主要由阀体、阀芯、电磁铁和弹簧等部件组成。

当电磁铁通电时，产生磁场，吸引阀芯与弹簧分离，并打开阀门；当电磁铁断电时，磁场消失，弹簧将阀芯复位，并关闭阀门。

在正常工作状态下，电磁铁会周期性地通电和断电，从而实现对阀门的控制。

当输入信号（通常为电压或电流信号）的大小改变时，阀芯的位置也会相应地改变，这会影响阀门的开度，从而调节液体的流量和压力。

比例换向阀的工作原理可以简单概括为：输入信号-->电磁铁
通电和断电-->阀芯位置改变-->阀门开度改变-->流量和压力调节。

总结起来，比例换向阀通过控制阀芯的位置来调节液压系统中的流量和压力，使其按照输入信号的比例进行变化。

这种阀门具有响应速度快、调节精度高的特点，广泛应用于各种工业设备和机械系统中。

德国力士乐比例换向阀工作原理2011-1-14 来源：上海颖哲工业自动化设备有限公司第五营业部>>进入该公司展台德国力士乐比例换向阀工作原理，REXROTH比例换向阀作用，力士乐换向阀应用德国REXROTH比例换向阀是一种中高压整体式两路换向阀。

可按客户要求在阀上设溢流阀、过载阀、单向阀、补油阀等。

溢流阀可调节系统压力、过载阀控制单个油腔工作压力，单向阀防止油液倒流，换向阀滑阀机能有A、O、Y、P等，可任意组合。

换向手柄有两种安装形式，便于不同方向的操作。

该阀采用并联油路，设计有压力输出口与其它液压元件相接提供动力源。

经过特殊设计的密封方式，使阀的密封性能卓越。

该阀泛用于叉车、环卫车辆、小型装载机等工程机械的液压系统。

液压换向阀，由左右驱动阀组成，驱动阀包括驱动阀阀体和阀芯，其特征是：所述驱动阀阀体上设有过载保护阀，过载保护阀与阀体的进出油口连接，所述过载保护阀包括主阀体、副阀体、阀针和单向阀芯，所述主阀体后端螺接有副阀体，所述副阀体内腔置有阀针，阀针后端套接复位弹簧，锥形阀针与副阀体前端的油孔触接，所述单向阀芯前端设有圆孔，圆孔与节流阀芯滑动配合，所述中心设有节流孔的节流阀芯后端设有弹簧，所述副阀体前端与单向阀芯内腔之间形成卸压腔。

有益效果：实现了微动效果；增加过载保护阀，使工作系统传过来的瞬时高压在系统的溢流阀卸荷之前开启，去除峰值压力，有效保护了液压件及结构件免受到破坏性冲击，换向阀是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。

REXROTH比例换向阀原理主要用来控制流体。

例1个活塞向1个方向移动。

要向1端充流体，另1端排流体，进的1端是高压流体，出的1端回到油箱。

这1个动作要求进端阀打开，排(回)流阀关闭，另1端进端阀关闭，打开排(回)流阀关闭。

活塞材能向1个方向移动。

目前现成产品有2位3通，2位4通，3位5通等。

压力补偿器工作原理
压力补偿器（pressure compensator）是一种用于调节和补偿系统内部压力变化的装置，常用于液压和气动系统中。

它的工作原理是通过内部的弹簧、活塞或膜片等弹性元件来感知系统内部压力的变化，并根据变化情况进行相应的补偿。

当系统内部压力超过或低于设定的标准值时，压力补偿器会调整其内部弹性元件的压力状态，使其产生力的平衡。

当系统内部压力超过标准值时，压力补偿器会减小其内部弹性元件的压力，从而减少系统压力；当系统内部压力低于标准值时，压力补偿器会增加其内部弹性元件的压力，从而增加系统压力。

压力补偿器通常由一个可调节的调节螺钉或调节阀来控制其工作。

通过旋转调节螺钉或调节阀，可以改变压力补偿器内部弹性元件的压力状态，从而实现对系统内部压力的调节和补偿。

在液压和气动系统中，压力补偿器具有重要的作用。

它可以稳定系统内部的压力，保持系统的正常运行。

同时，压力补偿器还可以保护系统中的其他元件，避免因为过高或过低的压力而引发的损坏或故障。

总的来说，压力补偿器通过调节和补偿系统内部压力的变化，保持系统的稳定运行，并保护系统中的其他元件。

它是液压和气动系统中不可或缺的重要组成部分。

一、常规PID控制规律常规PID控制即比例-积分-微分控制规律。

比例调节作用是最基本的调节作用，使“长劲”，比例作用贯彻于整个调节过程之中；积分和微分作用为辅助调节作用。

积分作用则体现在调节过节过程的后期，用以消除静态偏差，使“后劲”；微分作用则体现在调节过程的初期，使“前劲”。

4. PID(比例-积分-微分)控制特点(1) 缺点不适用于有大时间滞后的控制对象，参数变化较大甚至结构也变化的控制对象，以及系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合。

(2) 优点:●PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，而且其配置几乎最优。

比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。

微分(D)在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息。

在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。

积分(I)代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统静态特性。

此三作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。

●PID控制适应性好，有较强鲁棒性。

●PID算法简单明了，形成了完整的设计和参数调整方法,很容易为工程技术人员所掌握。

●许多工业控制回路比较简单，控制的快速性和精度要求不是很高，特别是对于那些l～2阶的系统，PID控制已能得到满意的结果。

●PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID 算法。

2．调节器的参数整定就是合理地设置调节器的各个参数，在热工生产过程中，通常要求控制系统具有一定的稳定裕量，即要求过程有一定的衰减率ψ；在这一前提下，要求调节过程有一定的快速性和准确性，换言之稳定性是首要的。

所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差（以超调量MP表示）和静态偏差（ess）尽量地小，而快速性则是要求控制过程的时间尽可能地短。

控制系统参数整定有理论计算方法、工程整定方法。

热工系统的主要控制方式一.反馈控制反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的。

方向控制回路实验报告方向控制回路实验报告设计方向控制回路实验报告实验时间：班级：姓名：利用各种方向阀来控制液压系统中液流的通断和改变液流方向，以使执行元件进行工作启动、停止（包括锁紧）、换向，实现能量分配的回路。

这种回路主要由各种方向阀组成，如：单向阀、手动换向阀、机动换向阀、电动换向阀、液动换向阀、电液动换向阀等，或由几种换向阀联合控制，组成换向回路，也可用变量泵或变量马达来组成回路。

方向控制回路一般包括启停回路（避免油泵电机的频繁启停，在液压系统中常常设置启停回路）、锁紧回路和换向回路等。

下面以液控单向阀的双向锁紧作为本次实验的对象。

为了防止液压缸在停止运动时因负载自重或外界影响而发生下落、窜动，常常在系统中设置锁紧回路，在执行元件不工作时，切断其进、出油路，使它能够准确地停止在预定的位置上。

锁紧回路可以采用单向阀、液控单向阀、顺序阀或O型、M型换向阀等来实现，按照所采用锁紧元件不同可以分为单向阀锁紧回路、液控单向阀锁紧回路和换向阀锁紧回路等。

本实验的双向锁紧回路中采用2个液控单向阀和1个三位四通电磁换向阀组成。

一、实验目的：1．加深认识液控单向阀的工作原理、基本结构、使用方法和在回路中的作用。

2．学会利用液控单向阀的结构特点设计液压双向锁紧回路。

3．通过实验加深对锁紧回路性能的理解。

4．培养安装、联接和调试液压系统回路的实践能力。

二、实验内容：根据已学液压传动知识利用液控单向阀的工作原理和基本性能设计双向锁紧回路，并在液压实验台上进行安装、联接、调试和运行。

观察分析用液控单向阀的闭锁回路在工作过程中液压缸的锁紧精度及其可靠性。

三、实验原理（根据自己所设计的回路，编写该回路的实验原理）实验回路如下图所示，当有压力油进入时，回油路的单向阀被打开，压力油进入工作液压缸。

但当三位四通电磁换向阀（Y型）处于中位或液压泵停止供油时，两个液控单向阀把工作液压缸内的油液密封在里面，使液压缸停止在该位置上被锁住。

压力补偿原理
压力补偿原理是指在一些物理系统中，当外部施加一个力或压力时，系统会发生形变或位移，但当外部的力或压力取消时，系统会通过自身的弹性力或其他机制，将形变或位移恢复到原来的状态。

这种现象被称为压力补偿。

压力补偿原理的应用非常广泛，尤其在流体力学中起到重要作用。

在液压系统中，液体在管道中流动时会受到一定的阻力和压力损失。

为了保持系统的稳定和性能，需要通过压力补偿来保持流体的压力恒定。

通过增加一定的补偿装置，例如安装压力补偿阀，可以使得系统在外部压力有变化时，依然能够保持相对恒定的流体压力。

在机械设计中，压力补偿原理也被广泛应用。

例如，在液压缸的设计中，为了保持活塞在运动过程中的稳定性，通常会添加一个压力补偿装置，以保持液压缸两端的压力平衡，从而避免因为外部力的变化导致系统失稳。

此外，压力补偿原理还可以应用于电子设备设计中。

例如，在电路板设计中，为了保持电路元件的稳定工作，可以通过在供电线路中添加适当的电压调节器或电流限制器等补偿装置，以防止外部因素带来的压力变化对电路系统造成损害。

综上所述，压力补偿原理是一种广泛应用于各个领域的基本原理，通过补偿装置对外部压力的变化进行调节，从而保持系统的稳定性和性能。

(1)按所控制的参数分类比例阀控制的参数有压力、流量和方向等，有控制一个参数(单参数、单机能)的比例阀，有控制两个参数或多个参数(多参数、多机能)的比例阀。

①比例压力阀包括比例先导式压力阀、比例溢流阀，比例减压阀，比例顺序阀等，均是输入电信号控制液压系统的压力参数(单参数)的比例阀。

②比例流量阀包括比例节流阀、比例调速阀、比例单向调速阀等，也为单参数控制阀。

③比例方向(方向流量)阀属于多(两)参数控制阀，根据输入电信号的大小和方向来同时控制液流的流量和流动方向。

④比例复合阀属于多参数控制阀，它是在比例方向阀的基础上复合了压力补偿器和压力阀的一种复合阀。

根据输入电信号的大小和方向同时控制回路的流量及油流方向，并且由于装有压力补偿器，因此在控制回路的流量时可不受负载变化的影响，与负载变化无关。

另外又由于组合了压力阀，还可用来控制液压系统的最高工作压力，实现多种控制机能。

⑤比例压力流量阀也为多参数比例控制阀，它将压力、流量控制组合在一起，通过平衡阀(压力补偿阀)，使节流阀节流口两端的压力保持不变。

(2)按比例阀本身控制的方式分类这主要是指按照比例阀的先导控制阀中的电一机械转换方式来分类。

其电控制部分有比例电磁铁、力矩马达(移动式与悬挂式)及直流伺服电机等多种形式。

①电磁式是指采用比例电磁铁作为电一机械转换元件的比例阀。

比例电磁铁将输入的电流信号转换成机械输出，即输出力、位移，进而控制压力、流量及方向等参数。

②电动式是指采用直流伺服电机作为电机械转换元件的比例阀。

直流伺服电机将输入的电信号，转换成旋转运动的转速，再经丝杠螺母、齿轮齿条或凸轮等减速装置和变换机构，输出力与位移，去控制输出液压参数。

③电液式是指采用力矩马达和喷嘴一挡板的结构为先导控制级的比例阀。

对力矩马达输入不同的电信号，并通过同它连接在一起的挡板(有时力矩马达的衔铁就是挡板)输出位移或角位移。

改变挡板和喷嘴之间的距离，使从喷嘴喷出的油液的液阻产生变化，进而控制输出参数。

液压基本回路是指由某些液压元件和附件所构成的能完成某种特定功能的回路。

任何液压系统均可分为若干个液压基本回路。

对于同一功能的基本回路，可有多种实现方法。

需要注意的是：对回路中所用的液压元、附件的结构和工作原理必须确切掌握，并结合液压系统工作过程中各个工况予以具体分析，看所选用的元、附件能否满足回路工作是的需要。

在有的液压回路中，要求同一个液压元件有时作为液压泵，有时又作为液压马达。

很明显，并不是所有的液压泵或液压马达都能满足这一要求。

压力控制回路速度控制回路方向控制回路调压回路节流调速回路换向回路减压回路容积调速回路连续往复运动回路增压回路速度换接回路锁紧回路卸压回路二次进给回路平衡回路增速回路保压回路减速回路卸荷回路背压回路缓冲回路多缸动作回路液压马达回路其他液压回路顺序动作回路液压马达串并联回路用液压马达启动的回路同步回路液压马达调速回路尾部张力控制回路互不干扰回路液压马达制动回路多工况回油冷却回路多缸串并联回路及卸荷回路液压马达浮动回路用保护门的安全回路补油和冷却回路更多的回路……1.压力控制1.1 调压回路调压回路是指调定液压系统的工作压力，使其不超过预先调好的数值或使系统的工作压力保持恒定。

调压的基本方法有两种：一种是用溢流阀调压，另一种是采用相应形式的变量泵进行调压。

后者一般再接入一个溢流阀作为安全阀。

（1）压力调定回路。

该回路是调压回路中最基本的回路。

溢流阀的调定压力必须大于或等于液压系统执行机构的最高工作压力和管路上各种压力损失之和。

（2）远程调压回路。

主溢流阀1调定系统的安全压力，和主溢流阀1的遥控口相接的远程调压阀2对液压泵的工作压力起远程调压作用。

（3）比例调压回路比例溢流阀的工作压力与输入的电流成比例。

根据液压系统的工作要求，调节输入比例溢流阀的电流，即可达到调压目的。

（4）多级调压回路主溢流阀1的遥控口通过三位四通换向阀分别与远程调压阀2和3相联。

换向阀中位时，系统压力由溢流阀1调定；换向阀左位时，压力由远程调压阀2调定；换向阀右位时，压力由远程调压阀3调定。

多路阀中的压力补偿阀是一种定差减压阀，它的主要功能是控制多路阀进出口的压差保持近似不变，增加工作装置油缸的稳定性。

当液压系统压力过低时，补偿阀会打开，流量增加，压力增大。

这种设计使得即使在偏载或地面附着条件变差导致压力降低的情况下，也能保证通过这一侧马达的流量基本保持不变。

因此，压力补偿阀在保证前驱左右轮速度同步方面起着重要作用。

此外，压力补偿阀还可以看作是一个负载敏感控制器，它将多路阀决定的处于工作状态的油缸入口压力反馈给压力补偿器。

这样，当压力等级转换时，由于有压力补偿装置的存在，可以避免油缸的速度波动，从而提高工作装置的稳定性。

总的来说，多路阀中的压力补偿阀是一种重要的液压控制元件，它通过调节压力和流量，保证了液压系统的稳定性和工作效率。