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简析:伊顿挖掘机液压系统原理和实际的优势对比

     挖掘机作为典型的工程建设机械,被广泛应用于多种行业,有庞大的市场需求,仅2011年销量就达到17.8万台,而中、大型(>13T)占比60%以上。

  液压系统作为挖掘机的核心部件,主要以日韩的供应商为主,负流量(NFC)系统占据主导地位。但是随着燃油价格的不断攀升,以及激烈的市场竞争,终端客户对挖掘机在节能、高效、高可靠性上提出更高的要求。负流量系统已不能满足这些需求,因此正流量(PFC)和负载敏感(LSC)系统孕育而生,见图一。

  严格来说,正流量控制系统只是在负流量系统基础上的升级,两种系统的本质是相同的。在正流量控制系统中,泵的排量控制信号受控于液压先导手柄,但是为了更好的使泵的排量(输出流量)匹配负载的流量需求,多个压力传感器必须被置入液压先导手柄回路,相应的控制器和控制算法必须开发,这增加了系统的开发复杂程度,降低了系统的可靠性。

  载敏感系统已经广泛的应用于工程机械液压系统中,由于泵可以根据负载的流量和压力需求自动建立相应的排量和压力,系统无溢流损失,是非常节能、高效的液压系统。在国内,负载敏感系统已经成熟的应用于小型挖掘机(<13T)。日韩厂商也都在研发自己的负载敏感系统,有的已经实现量产。

  伊顿将已经在欧美市场成熟应用的中大型挖掘机负载敏感液压系统成功引入到中国, 为OEM提供给成套的解决方案,产品涵盖HPR系列主泵,VT系列主阀,JMV系列行走和JMF系列回转马达以及液压先导手柄等产品,满足客户对节能、高效挖掘机的需求。伊顿负载敏感系统有如下特点:

  1.阀后补偿的负载敏感系统。挖掘机对复合动作有极高的要求,而且多负载复合时,每个负载压力存在差异,当泵的最大输出流量不能满足所有负载的总需求时,阀后补偿设计保证流量按照主控阀之间的比例关系进行分配。

  2. 可以提供片式和整体式结构。根据客户生产需求提供灵活的解决方案。片式阀易于更改,易于实现柔性设计,良好的可移植性。适合样机或小批量生产。整体式结构使系统更加紧凑,并有效降低成本,适合大批量生产。

  3. 单片流量达600LPM,无需合流。世界上单片流量最大的阀后补偿负载敏感阀芯可以满足36T以下的挖掘机流量需求,无需合流,使主阀设计简化,减少系统管路连接。

  4. 单回路系统,简化系统设计。由于复合传感系统特点,无需像负流量或正流量系统一样必须使用双回路系统实现直线行走。不需要设计复杂的直线行走阀。

  5.流量与负载压力无关,精准控制。至负载的流量仅与主阀的开口度和阀芯上的压差有关。通过电子功率控制系统,阀芯上的压差受控于发动机的发动机的功率输出。当压差保持不变时,流量仅决定于阀芯开口度,压力建立与阀芯位置无关。

  6. 电子功率控制,充分发挥发动机功率。先进的电子功率控制系统,直接监控发动机转速输出,实现全转速范围的功率控制。使泵的吸收功率曲线完全匹配发动机的功率输出曲线。

  无论从原理和实际对比测试中,负载敏感系统都能充分体现其不可比拟的优势。这里通过不同的工况比较三种系统理论上的功率损失:

  1. 待机状态。由图一的三种系统图中可以看到。无论负流量还是正流量系统,都采用开芯设计,都存在着不同程度的中位待机流量,造成待机功率损失。而负载敏感系统,由于采用闭芯设计,只有低待机压力,输出很少流量用于补偿系统泄漏,可以认为几乎没有待机流量,也就不存在待机功率损失。按照30bar的待机压力计算,可以得到在阀上的功率损失,如图二所示。

  2. 小流量,高压力状态。在这种状态下,对于正流量或负流量系统,由于旁通流量并没有完全关闭,而此时,由于负载处于高压状态,造成旁通回路高压差,从而引起高的功率损失。这里按负载压力300bar和300LPM系统流量进行计算,结果如图三所示。对于负流量和正流量系统,主阀上的压力损失包含旁通流量节流损失和主流量节流损失(流经主阀到负载的流量产生的功率损失)。可以看出,在这种情况下,旁通流量损失占主导成分。而对于负载敏感系统这种旁通流量损失是不存在的。虽然负载敏感系统的主流量节流损失高于其它系统,但阀上总的功率损失是最低的。

  3. 大流量,高压力状态。在这种状态下,负流量和正流量的旁通回路已经关闭,不存在旁通的流量损失。对于负载传感系统,由于进入功率控制段,阀芯上的压差值已经被降低。三种系统有相似的功率损失,如图四。

  综上所述,负载敏感系统能减少系统功率损失,降低燃油消耗,提升系统效率。伊顿阀后补偿负载敏感系统以其独特的设计,德国制造的优秀品质,为挖掘机行业提供全新的成套解决方案。将引领挖掘机行业进入新的时代。

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