负载敏感泵的工作原理详细介绍

负载敏感泵原理图如图1所示，核心是负载敏感阀，也称为压力-流量控制阀（与多路阀中定差减压阀类似），右侧弹簧为软弹簧，一般设定14-20bar（弹簧预紧力/阀芯面积）；下面的阀为压力补偿阀（切断阀），弹簧为硬弹簧，一般设置25-35MPa，该阀的功能相当于溢流阀，通常不开启，控制系统的最大压力。3个阻尼孔（0.3mm左右），会使时很小流量泄漏，损失能量，但提高阀芯稳定性，降低压力波动，也可以及时卸掉多路阀、泵的困油；

图1 负载敏感泵原理图（点线框内）

从泵中引出的控制油经过负载敏感阀的阀口（可视为可变液阻）与阻尼3可组成C型液压半桥，当压力补偿阀的左位工作时，压力补偿阀阀口与阻尼2、3（阻尼2、3串联为固定液阻）组成C型液压半桥，这两个C型液压半桥控制进入变量活塞缸的油液压力，根据C型半桥的特性（降低压力和流量增益），阀口的变化不会引起变量活塞缸内油液压力的剧烈变化，可以提高控制稳定性，泵的排量控制稳定，也有利于减少对执行机构的压力冲击；泵的变量通过变量活塞缸控制（怎么判断原理图中泵的排量是变大还是变小呢？看图中斜盘的倾角，当上变量缸向左移时，斜盘倾角减小，排量减小）。该泵出油口串联一个节流阀（该节流阀具有节流调速功能，可以是换向节流阀，多路阀，电液比例节流阀），然后与负载（系统）相连接，在负载引出控制压力（图中是PLS，即Load Sensing或LS口）至变量泵的X口，进入负载敏感阀的左侧，而阀右侧引入的控制压力为泵的出油口压力P。

 泵未启动状态

当泵为启动时，可以查看图1，由于弹簧力作用，两个阀均右位工作，变量活塞缸（简称变量缸）通过阻尼孔2、3连接油箱（压力为0），斜盘在下活塞缸（弹簧力）作用下倾角最大，即泵将在最大排量状态下启动。

 泵开始启动状态

如图2所示，泵压力逐步升高，压力作用在阀芯左端，但泵压力（泵P）<弹簧力，阀芯还是右位工作，泵最大排量运行。

图2 泵最大排量起动

 泵启动状态换向阀处于中位时

如下图3所示，当换向阀还在中位时，泵的压力逐步增大，泵压力（泵P）>弹簧力，但泵输出流量不能达到负载，困在泵和管路中，相当于在密闭容腔内，泵压力会在极短时间内升高，负载敏感阀将受到高压油的作用，克服预先设定的弹簧力，阀芯右移，左位工作。同时高压油被引入至两个变量缸（上活塞缸面积大），斜盘摆角减小，泵的排量将会达到最小，流量降低最小，仅能满足泵的泄漏，压力为20bar（负载敏感阀设定的弹簧力，LS口压力为0），泵处于低压待机工况。

图3  泵启动换节阀处于中位时泵处于低压待机工况

 换向阀处于工作位时

 如下图4所示，当换向阀切换到工作位时，但不能推动负载移动，此时油缸负载流量为0。负载压力接通Ls，即泵出口压力=负载压力=LS压力，负载敏感阀在弹簧力作用下，右位工作，两个变量缸压力相等，在弹簧力作用下，泵摆角增大，泵处于最大排量工况，系统流量向增大趋势运行。

图4  换向阀处于工作位，压力尚不能推动负载   

随着流量增大（压力也会增大），泵输出压力能推动负载，此时，通过换向阀的流量不为0，即泵的流量会产生压降，即泵的压力>负载压力=LS口压力，维持泵P=PLS+F弹。假如等式左边大，会推动负载敏感阀向左移动（开口减大），上活塞缸压力流量增加，摆角减小，流量减小，从而泵的压力减小；当等式右边大时，会推动负载敏感阀向右移动（开口减小），上活塞缸压力减小，摆角增大，增加系统流量，从而使泵的压力增大。

结合以上，会根据负载压力的增大或减少，调节泵的流量，负载敏感阀会始终维持泵P=PLS+F弹在一个动态调节范围。动态条件范围或负载敏感阀调节范围（系统压力不超过切断阀设定压力，0<摆角<1)。 随着负载增大，泵的压力就会增大，假如不考虑换向阀调节，泵全程最大排量运行（压力未达到切断阀设定压力前），如果考虑换向阀比例控制，则可以通过控制比例阀信号，来调节系统流量，从而控制泵的流量。即感应系统的压力和流量需求，提供所需的压力和流量，此即负载敏感系统的含义。

 图5  换向阀处于工作位负载运动时

 液压缸活塞运动至行程终点换向阀不动时

 如图6所示，换节阀仍处于右位工作，油缸升到最大（负载达到最大），油缸无杆腔压力会憋高，直到达到压差补偿阀35MPa，由于泵出口到负载口无流量流动，故负载敏感阀P口和LS口压力一致，FP<FPLS+F弹，负载敏感阀右位工作（负载敏感阀失效）。泵出口流量会进入上边变量缸体，使泵的摆角减小，排量降低，泵的输出流量仅能满足内泄漏，此种工况下泵的输出压力为压力补偿阀的设定压力，负载流量为0，称为泵的高压待机工况。

图6  换节阀不动但液压缸运动至终点时，泵处于高压待机工况

 液压缸运动至行程终点换向阀中位时

当换向阀回到中位时，如下图7所示(与序号3状态一致）。LS口会把换向阀压力卸掉，泵出口压力通过阀作用在上活塞缸，使泵的排量减少，仅仅维持泵的泄漏（阻尼孔外泄漏，泵间隙内泄漏），泵的压力也会变小，压力补偿阀关闭，负载敏感阀打开，泵出口压力等于LS设定压力20bar，处于低压待机状态。

图7 换节阀切换至中位，泵再次处于低压待机工况。