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1系統模型

負載敏感閥前補償系統的系統原理一般如圖2示，它通常由負載敏感泵、多路閥（負載敏感帶閥前壓力補償功能）、執行機構和負載反饋單元以及系統輔件等組成。如圖2原理所示，系統啟動后，在多路閥動作之前，系統壓力由負載敏感泵流量控制閥3的彈簧壓力決定，此時該閥彈簧腔所連通的負載壓力為零，系統流量為維持變量泵連續運行所需最小流量；當多路閥6或7動作后，執行機構的壓力建立起來，隨之負載壓力反饋至流量控制閥3的彈簧腔，于是泵出口壓力增大至約為負載壓力與彈簧壓力之和；當多路閥6、7（或多聯同時動作）時，負載壓力通過邏輯梭閥單元10選擇后進入流量控制閥3的彈簧腔，此時負載反饋壓力為最大負載壓力，泵出口壓力為最大負載壓力與彈簧壓力之和；同時，由于多路閥6、7帶有壓力補償功能，進入各執行機構的流量由多路閥開度控制，并保持穩定。

2壓力補償閥特性仿真

為了對負載敏感系統閥前補償系統進行更深入的分析，針對壓力補償閥不同參數條件下的工作特性進行仿真研究。以多路閥6、7的壓力補償閥為例，系統主要仿真參數如表1所示。對于壓力補償閥而言，其主要功能為通過壓力的補償控制來實現對多路閥的流量控制（多路閥開度不變），而影響其壓力控制的主要參數為補償閥彈簧剛度和彈簧預緊力。因此，分別設置不同的彈簧剛度和彈簧預緊力來觀察壓力補償閥的工作特性。如圖3為彈簧預緊力為140N，在不同彈簧剛度條件下壓力補償閥閥芯位移，當彈簧剛度為5N/mm時，補償閥閥芯位移約為4.2mm；隨著彈簧剛度的增大，補償閥閥芯位移減小，當彈簧剛度達到25N/mm時，補償閥閥芯位移約為1.02mm。此時由于負載不變，多路閥前的壓力原則上也是恒定的，但因為增加的彈簧鋼使得閥芯位移減小，即流經壓力補償閥油液壓力損失減小，此時泵出口流量將增加以達到壓差平衡。補償閥彈簧預緊力是決定多路閥壓差的主要參數，通過改變彈簧預緊力可以調節多路閥兩端壓差，結合表1中參數，對不同彈簧預緊力時壓力補償閥的工作特性進行批處理仿真分析。保持彈簧剛度為5N/mm，變彈簧預緊力的壓力補償閥仿真結果如圖4～圖6所示。

圖4中，在100N的彈簧預緊力作用時，補償閥閥芯位移約為4.9mm，此時壓力補償閥開度較小；在140N的彈簧預緊力作用時，補償閥閥芯位移約為4.2mm（與前分析同）；在180N的彈簧預緊力作用時，補償閥閥芯位移約為0mm，即補償閥完全關閉開啟。圖5中可以看出，在負載敏感系統中，當負載不變時，改變壓力補償閥彈簧預緊力，基本不影響泵出口的壓力，只是在過渡狀態下，壓力出現短時波動，并隨后穩定。圖6為變彈簧預緊力時，泵出口流量的變化曲線，當彈簧預緊力為100N時，泵出口流量約為140L/min，隨后彈簧預緊力每增加20N，泵出口流量增加約5L/min，并且當彈簧預緊力增加到140N及以上時，泵的出口流量基本保持不變。在彈簧預緊力為100N，并隨著預緊力的增加，多閥入口壓力也增大，當彈簧預緊力增大到140N及以上時，多路閥入口壓力基本維持為74bar。隨著彈簧預緊力從100N往上增加，流經多路閥的流量增大，當彈簧預緊力增大到140N及以上時，流經多路閥流量基本保持不變。

3系統特性仿真

負載敏感帶閥前補償系統的另一重要特點是非飽和流量下，系統無法實現多路負載同時正常可控動作。為了模擬系統非飽和流量工況，首先通過設置兩路負載，其中1#路負載為恒定負載（多路閥6所在回路，為30bar），2#路（多路閥7所在回路）負載從30bar至330bar，中間每組值間隔為60bar，共6組負載，系統由負載敏感泵與閥前壓力補償多路閥控制。變量泵壓力切斷為330bar，變量泵流量控制閥彈簧壓差為20bar。

圖7中，當2#路負載為30bar時，該路壓力補償閥閥芯位移為4.2mm，隨著該路負載的增大，壓力補償閥閥芯位移逐漸減小，當負載達到負載敏感泵壓力切斷值時，閥芯位移為零。2#路多路閥通過的流量，起初隨著負載的增加其值變化較小，直至其負載達到壓力切斷值時，2#路流量減為零（此時2#沒有流量，該路負載不動作）。在負載壓力小于負載敏感泵壓力切斷值時，多路閥主閥前后壓差為恒定值20bar；當負載壓力達到或大于敏感泵壓力切斷值時，多路閥主閥前后壓差為零。隨著2#路負載的增加，1#路多路閥壓力補償閥閥芯不斷增大，從圖8中可以看出，當2#負載為30bar時，1#路多路閥壓力補償閥閥芯位移約為4.2mm，當2#負載達到壓力切斷時，其位移約為5.8mm。

從以上分析可知，多路閥6和7在現已設定的補償閥壓差下（現有多路閥開度不變），其穩定流量約為75L/min，下面將分析當系統流量非飽和狀態，即系統流量無法同時滿足多路閥6和7同時正常工作所需最小流量時系統流量分配特性。將變量泵排量設為60mL/r，電機額定轉速不變，在系統達到壓力切斷前，系統提供最大流量約為88.8L/min。2#路負載分別設為30bar，90bar，150bar，210bar，270bar和330bar，1#路負載設為30bar。由圖9可以得出，當2#路負載為30bar時，1#和2#路負載相等，此時，兩路負載工況完全一致，因此兩路流量分配也相同；當2#路負載增大時，1#路流量梯度將增大，而且隨著2#負載變化，這種趨勢不變。當2#負載為30bar時，1#路多路閥6主閥兩端壓差約為20bar，而隨著2#路負載的增加，其壓差有小幅度的升高，但基本保持不變，只是在壓力建立階段時壓力沖擊較負載為30bar時高；在2#負載小于壓力切斷值時，變量泵出口流量基本不變，約為150L/min，當其負載達到變量泵壓力切斷值時，泵出口流量減為約75L/min，即2#路流量減為零，而1#路流量基本不變。

圖9和圖10可以看出，在系統非飽和流量工況下，當各路負載一致時，系統流量將平均分配，當1#和2#路負載均為30bar時，系統流量平均分配，即1#和2#路分別為44.4L/min；當2#負載增大（1#路負載不變），此時2#路負載大于1#路負載，理論上泵出口壓力等于2#路負載值，實際上泵出口壓力無法達到與最大負載間形成20bar壓差；當2#路負載為90bar，150bar，210bar時，1#路流量保持約為75L/min，2#流量保持約為15L/min；當2#路負載為270bar和330bar時，泵出口壓力約為270bar，此時，1#路和2#路流量約為零。

4結論

通過對閥前壓力補償閥和負載敏感系統不同工況條件下的模擬仿真，充分掌握了閥前壓力補償閥和負載敏感系統的工作特性，為進一步完成相關系統的設計提供了較為完整的技術依據。下面就以上仿真研究做總結如下：（1）閥前壓力補償閥彈簧剛度和彈簧預緊力是影響其主要工作特性的重要參數，彈簧預緊力決定了壓力補償閥的補償壓力，即確定了控制閥口的前后壓差；彈簧剛度對壓力補償閥的動態和穩態特性產生影響，但其無法調節控制口壓差；（2）閥前壓力補償閥通過調節控制閥口前的壓力，使之與負載壓力保持為設定壓差值，從而保證了流經控制閥的流量與閥口開度呈近乎線性的比例關系；（3）當負載敏感帶閥前壓差補償系統在系統流量飽和工況下，泵出口壓力與最大負載間始終維持為變量泵流量控制閥設定的壓差值，當該設定值大于閥前壓力補償閥設定壓差（一般為10bar左右）時，系統將實現對負載的敏感控制，各路負載互不影響，且各路流量由閥口開度決定；（4）當負載敏感帶閥前壓差補償系統在系統流量非飽和工況下，如果各路負載一致，則系統流量按各路平均分配；反之，則負載小的一路按正常工況運行，而負載大的一路出現流量不飽和，至最大負載接近變量泵壓力切斷值時，該路流量減小為零。

作者：肖前龍單位：中國鐵建重工集團有限公司