|
关于压力补偿器的一点注释及其在液压系统中的应用 0：引文 压力补偿器（阀）是欧美液压领域对定差减压阀的称呼，英文译为Pressure Compenstaor(简称PC)。我们也沿用了一段时间，但不少人难以理解这种阀的称呼及功用，也未在相关教材里看到相关解释。本文就其的原理及运用做一简单描述，希望能起到一定的释疑解惑或抛砖引玉的作用。 1：压力补偿阀定义与回路原理 众所周知：通过滑阀阀口的流量均有下式得出： 公式1中C:流量系数A:阀口通流面积△Ρ:阀口前后差（p1-p2）;ρ:液体密度 在阀口开度一定的情况下，通过阀口的流量只与阀口前后压差的平方根成正比。 在开环控制中，PLC给定阀的信号固定时，阀的开口（相对于阀芯位移量）也将固定，此时阀前后压差△Ρ将跟随负载的变化而变化。也就是说此时比例阀实际流体通过量Q是随着负载变化的，当负载大时，实际流体通过量Q较小（执行元件速度变慢）；反之，实际流体通过量Q较大（执行元件速度变快）。换言之，此时的执行元件运动速度与输入信号不存在什么必然的联系。而仅当阀芯的位移（实际通流量）与给定的电信号成比例关系，才便于PLC的控制。在较高控制精度要求的场合，保证负载运动速度的稳定性，就成为每一个液压系统设计者需要重点考量的问题。 压力补偿器的概念正是为实现负载流量恒定而提出的。在无法预知或掌握负载变化规律的情况下，保持节流阀前后的压差恒定，以实现通流量的恒定，该元件或功能组合就称为压力补偿器。 说压力补偿器，就得先说一下定差减压阀，它是使阀的进口压力与出口压力之间的差值近于恒定的一种减压阀，它不管进口压力如何变化，总保持以恒定的压力差值向外出油。关于该阀的工作原理在文献1中有较为详细的描述。在实际使用中我们很少见到单独使用的定差减压阀，它一般与节流阀或单向阀并联组合成惯用的调速阀或单向减压阀，从文献1调速阀与节流阀的比较中可以看出，使用了定差减压阀的回路，流量控制稳定性较好。由此可以看出欧美液压领域额将定差减压阀译为压力补偿器主要是更关注它的压力补偿功能（定压差功能确保阀所感受的两端压力差不会随负载压力的变化而变化）而言，实践证明，该阀在流量控制时效果明显，以使阀的流量不受负载压力/阀的进口压力影响。这里所谓的“压力补偿”是通过自我调节以维持两个感受端的压差恒定，而不是该阀可以补偿压力，实际上所有的介质流经阀体均会产生能量消耗（消耗压力），从这个概念上讲“压力补偿阀”是“压力差补偿阀”的简称。 “压力补偿”的概念，其实早在调速阀发明的年代就已产生，由于它多与调速阀本身依存，所以没有引起应用领域的关注。随着比例伺服技术的大力推广与普及，压力补偿器作为一个单独元器件配合其应用的灵活性将得以充分发挥。同时这种应用也将优化系统，使负载敏感技术的研究与应用得以更广泛、深刻的实现。 2：压力补偿技术的实际应用 工业化大生产使得液压系统走向越来越多的领域，主机设备和操作者不断地要求我们降低设备成本、提高液压抗污染能力、控制精度及响应特性，使得比例控制技术快速发展。从根本上讲，比例控制就是使输出与输入之间保持线性关系，使执行元件（机构）的动作能随着给定信号变化而准确、敏捷的反应，如果阀芯的位移（开口量）与给定的信号成比例关系，就能便于PLC的控制。目前多数比例阀能满足这样的要求，但不少设备在使用中其执行机构的负载是不断变化的（步进梁系统、挖掘机系统，如果仅靠比例阀实现的流量控制来实现对变负载的速度控制，在开环回路中是很难实现的，闭环回路从理论上是可行的，但必须要求高速PLC和配套的高频相伺服比例阀或伺服阀,这不但大大增加的设备投入资金，也对后期维护保养提出了更高的要求。下面是压力补偿技术的一些典型用法。 2.1调速阀 调速阀调节刚性大，在执行元件负载变化大，而对运动速度的稳定性要求放高的液压调速回路中，常常取代节流阀而用之。大体分为进油节流、回油节流、旁路节流及其复合而成的往返节流等，其基本应用和特点与节流阀相似。本文不加赘述，但需要注意的是，采用溢流节流阀进行调速控制时，不能忘记将调速阀串接在执行元件的进油油路中。 2.2阀控压力补偿器 2通压力补偿器主要由定差减压阀加节流阀串联而成，图一是该压力补偿器的原理图。
图一 当负载变化时，节流阀（比例阀）的阀前压力始终跟随负载压力变化并保持节流阀的工作压差恒定，从而负载流量得以相对恒定。除了二通型压力补偿器（比如BOSCH REXROTH的ZDC-P），还有三通型的ZDC-PT。
图二 三通型压力补偿器一般与比例阀并联使用，多有配套在定量泵系统中的案例。 目前这种技术在国内绝大多数钢厂的步进梁升降平移系统中得到广泛应用（图三为邢钢使用的步进炉液压控制部分局部原理简图）。平移系统中得到广泛应用，效果明显。实际上，在应用中，为适应大流量的要求，也广泛应用常开型插装式减压阀 梭阀或常闭型插装式减压阀实现压力补偿功能，但这些原理都很相似，通过减压阀控制比例阀某一端的压力，最终实现比例阀两端的压差；区别在于通过控制油缸进油路上的压力和回油路上的压力来调节比例阀的压差。实际上，这是两种不同性质的压力补偿原理所决定的。
图三 2.3泵控压力补偿器 上述两种压力补偿器的型式，在定量泵系统或类似定量泵系统（恒压变量泵）中得到广泛应用，但是这种方法不可避免地是系统产生节流损失，但泵控压力补偿器形式却可以避免节流损失，值得各位设计人员关注。 CRZDP-W-600海缆船舵机工况简介：舵机采用柴油机（双出轴）为原动机，一端带动减速机用作船只前进/后退；一端带动油泵/马达用作船只转向。由于轮船在运动时的速度和海水阻力差异，要求柴油机不同的转速，带来的直接问题就是用作船只转向的油泵/马达输出流量变化，势必造成转向不平稳甚至翻船的现象。采用DRF泵后（图四为CRZDP-W-600海缆船舵机转向控制部分简化原理图），系统输出的压力与流量直接取决于负载的要求，也就是说使用DRF泵后，系统输出不会受到柴油机输出功率变化的影响，船只转向能一直保证较平稳的状态。
图四 在这个原理中实际上就包含了泵控压力补偿器的技术，如图四，泵控压力补偿器相当于负载敏感变量泵中的流量控制阀：该压力补偿器的设定压力即为泵出口处的节流阀形成的压差。如果负载压力变化导致流量发生变化，就会导致节流上的压差发生变化，流量控制阀的阀芯离开平衡位置，控制油进入油泵变量控制机构的主动液压缸，使液压泵的斜盘摆角减小（输出流量减小）；或变量控制机构主动液压缸内的介质排出使得液压泵的斜盘摆角变大（输出流量增加）。随着这种变化，节流阀处的压差会重新达到原先设定值，进而保证油泵输出量稳定。 根据以上可以看出，如果将图五中节流阀换成比例节流阀（比例节流阀 负载敏感泵），则可以形成可控性稳流源，这种回路特别适合不同时动作的多负载系统（通过不同的信号可以获得多种流量输出，以减少不同负载所要求设置的多个节流阀及其带来的节流损失）。其中尤以注塑机系统“变量泵 PQ阀”为典型。
图五：DFR 泵原理图符号（节流阀不集成在泵体上） 负载敏感技术是变量泵广泛应用的必然结果，减少和消除系统溢流是液压系统走向理性的大趋势。尽管如此，实践中还要尽量选择流量、压力匹配的DFR泵,因为随着压力的升高，系统效率呈现提高趋势，但是流量阀压力设定值升高也会降低系统效率。如今负荷传感器技术因其高效节能的特点正被广泛地应用在工程、矿山、船舶、钢铁等行业。如挖掘机、步进机构、物料翻转机构、煤矿机械等。多个执行元件的协调配合能大大提高整机的工作效率。负载敏感系统的应用使得设备的节能效果有了很大改善，但是当多个负载所需要的总流量超过泵的供油能力时其流量会优先流向负载较轻的那边，导致其操控性能降低，而压力补偿控制系统则能很好地解决这一问题。 3 结论 “压力补偿”是“压力差补偿”的简称，所有的压力补偿器都是通过稳定节流阀前后的压差来达到稳定负载流量的目的；所有压力补偿元件（回路）的压力检测都是来源于负载的压力，所以它能是保证系统流量输出的稳定并具有较强的抗负载变化能力；压力补偿器能与节流阀组合成调速阀，与比例节流阀（含比例换向阀）组合使用能组成调节范围更灵活的高精度调速阀。作为节能降耗的典型液压元器件，压力补偿器及其相关的敏感控制技术将得到更广阔的发展空间。设计者应根据系统的能耗要求、响应特性、构成特点、应用场合的区别选择合理的液压回路，为提高系统效率提供优良的先决条件。 1. 赵应越，液压控制阀及其修理[M],上海交通大学出版社； 2. BOSCH REXROTH公司样本， 3. GB/T786.1-93,液压气动图形符号〖S〗 4. 杨殿宝，实践中的绿色液压技术，流体传动与控制，2011（05） 5. 彭晓 等；液压挖掘机LUDV控制系统分析，液压气动与密封，2010（12） 6. 杨殿宝，二通插装阀的应用与分析，设备管理与维修 2011（12） |
|
|
