姜 鹏，李经天，宋海涛，邹 伟，吕秀梅,3

（1.辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁 阜新 123000；2.阜新市生态环境治理发展有限公司，辽宁 阜新 123000；3.阜新市产业技术研究院，辽宁 阜新 123000）

液压挖掘机是一种在露天矿山连续开采中广泛应用的设备，主要适用于大型露天矿高效地开采作业，具有高效连续作业等优点[1]。目前液压挖掘机大多采用全液压驱动模式，最大量被采用的是开式的液阻回路[2]。常见的多执行器开式液阻回路可以分为2大类，一类是不含定压差减压阀的简单液阻回路，另一类是含有定差压阀的负载敏感回路。与负载敏感系统相比，简单液阻回路构造简单，抗污能力强，元器件成本低，被广泛应用于露天矿上开采过程中的大型工程机械中。

1 负流量控制回路

负流量控制回路（Negative Control System，负控制系统）是20 世纪70 年代开发出来的技术，因为其能效总的来说比定流量系统高，被生产商广泛采用[3]。如住友、加藤、斗山、现代、卡特等。在国内中小型挖掘机上的应用至今仍十分普遍。这个回路之所以被称为负流量控制，是因为所使用的泵的变量特性：控制压力越高，则泵的斜盘摆角越小，泵的排量越小，从而输出流量越小。

1.1 负流量控制回路与工作原理

负流量控制原理图如图1。

图1 负流量控制原理图

负流量控制回路液压系统包括负流量变量泵和六通换向阀。各组换向阀阀片之间，可并联使用，阀V1与阀V2，可优先使用，阀V1与阀V2对阀V3，也可串联使用。换向阀在阀组的旁路通道出口处设有1个固定节流口J，此时旁路流量q0流过节流口J 时建立压力p0，然后将p0引到泵变量机构来控制泵的排量V。换向阀反馈回的压力p0越低，泵的排量V则越大。换向阀的任一阀片开启都将减少q0，从而降低p0，相应增大泵的排量V。同时，在多路阀中设有常闭式溢流阀作为安全阀[4]。

1.2 负流量控制回路的压降

1）当所有换向阀都在中位，泵提供的流量qP全部通过固定节流口J，旁路流量q0较高，因此，通过节流孔产生的压力p0也较高，在控制压力p0的作用下，则此时泵的排量V 较小。

2）当阀V1切换到工作位，泵提供的流量qP经过2 条通道回油箱——旁路通道流量q0和工作通道流量q1。泵提供的流量qP如何分配，则不仅取决于各节流口的大小，也取决于驱动压力pA1。而旁路通道流量q0又影响控制压力p0，从而影响改变泵的排量V，从而影响qP[5]。

3）当阀V1、阀V2切换到工作位，泵提供的流量qP，经过3 条通道回油箱——旁路通道q0和工作通道q1、q2。如何分配，则不仅取决于各节流口的大小，也取决于驱动压力pA1和pA2。因此，各工作通道的工作流量还受到其他通道负载大小的干扰。

1.3 负流量变量泵

负流量变量泵是一个外控变量泵，变量机构受外来的控制压力控制，当控制压越高时，泵的斜盘摆角越小，泵排量越小，输出的流量越小[6]。

负流量变量泵在控制压力p0超过3.5 MPa 时，排量V 最小，几乎为0。但若完全无流量，则控制压力也不可能建立。因此，负流量控制系统不会工作在这个工况点。当所有换向阀都在中位时，泵还是必须输出一些流量，排量V 一般约为最大排量Vmax的10%，p0约为3.0 MPa。

在p0低于控制压力临界值p0min（1.0 MPa）时，排量就达到最大。因此，只要有1 个换向阀的旁路接近关闭，旁通流量q0接近0 时，泵就会达到最大输出排量[7]。

1.4 负流量系统时间响应过程

整个开启过程的时间顺序如下：换向阀动作→旁路口变小，导致泵出口压力升高→泵出口压力高于驱动压力后，有工作流量→旁路流量降低，控制压力减小→泵排量变大。这就使得泵的排量控制永远滞后于换向阀的动作。因此，操作时有滞后感，而且滞后随负载不同而变化。为了克服上述缺点，可以采用正流量控制回路[8]。

2 正流量控制回路

正流量控制回路（Positive Control System）之所以被称为正流量控制，是因为所使用的泵的变量特性：控制压力越高，则泵的斜盘摆角越大，泵的排量越大，从而输出流量越大[9]。正流量变量泵的变量特性与负流量变量泵正好相反。

2.1 正流量控制回路与工作原理

正流量控制原理图如图2。

图2 正流量控制原理图

正流量控制回路液压系统包括正流量变量泵和六通液控换向阀。推动操作控制换向阀的主阀芯换向的液控先导手柄（先导式减压阀），由于液控先导手柄为先导式减压阀，会将手柄偏转量成比例的转化为主换向阀的换向先导控制回路中的先导控制压力，此时，先导控制压力便会推动换向阀主阀芯移动。从而达到六通换向阀换向的目的。同时，各操纵手柄的先导控制压力，通过梭阀进行压力比较，选出最高的控制压力pc。将控制压力pc引到泵变量机构的控制口，来控制泵的斜盘摆角，从而改变排量V。控制压力pc越高，则泵的排量V 越大。当pc=0时，V 最小，只输出很少量的备用流量q0。当换向阀在中位时，旁路可以让让多余的备用流量q0通过。同时，在多路阀中设有溢流阀作为安全阀[10]。

在正流量控制回路中，只要推动先导液控手柄动作，输出控制压力，泵排量就会随之改变；同时，换向阀主阀芯也会随之动作，此时，换向阀的旁路口变小，工作口会打开；泵出口压力升高。

正流量控制回路还是使用六通换向阀，这点与负流量控制相同，只是没有旁路出口的节流口J。因此，从负流量控制比较容易切换到正流量控制。

2.2 正流量控制回路的压降图

压降状况与负流量控制压降图相比，正流量控制回路无旁路节流口J。

1）当所有换向阀都在中位，泵提供的流量qP全部通过主阀芯的中位时的T 口回油箱，此时背压较低，控制压力pc较低，在控制压力pc的作用下，则此时泵的排量V 较小。

2）当阀V1切换到工作位，旁路尚未关闭时，泵提供的流量qP经过2 条通道回油箱——旁路通道流量q0和工作通道流量q1。泵提供的流量qP如何分配，则不仅取决于各节流口的大小，也取决于驱动压力pA1。而工作通道流量q1又影响控制压力pc，从而影响改变泵的排量V，从而影响qP。

3）当阀V1切换到工作位，旁路关闭时，泵提供的流量qP全部经过工作通道流量q1回油箱。此时，工作通道流量q1又影响控制压力pc，从而影响改变泵的排量V，从而影响qP。

4）当阀V1、阀V2切换到工作位，旁路关闭时，泵提供的流量qP，经过2 条通道回油箱——工作通道q1和工作通道q2。如何分配，则不仅取决于各节流口的大小，也取决于驱动压力pA1和pA2。同时通过梭阀比较pA1和pA2的大小，取最大值做为控制压力pc反馈至变量泵，改变泵的排量。因此，各工作通道的工作流量还受到其他通道负载大小的干扰。

2.3 正流量变量泵

正流量变量泵是1 个外控变量泵，变量机构受外来的控制压力控制，当控制压越高时，输出的流量越大[11]。正流量变量泵在控制压力pc超过控制压力临界值时，排量V 会从极小开始增加。在控制压力pc达到3.5 MPa 时，泵的排量V 达到最大。

3 结语

通过对正流量控制和负流量控制液压系统的分析，并通过在挖掘机上的多次试验，得到结论：负流量控制泵的排量控制永远滞后于换向阀的动作，操作时有滞后感，而且滞后随负载不同而变化。正流量控制回路中，只要推动先导液控手柄动作，输出控制压力，泵排量就会随之改变；同时，换向阀主阀芯也会随之动作，响应更迅速，但是正流量控制和负流量控制都存在复合动作共同动作时相互干扰现象，为了减少相互干扰的途径，可以采用带有定压差阀的负载敏感系统。