| 00 引言 |
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前几期的文章中聊到泵的恒功率控制，有淘友留言希望介绍一下博世力士乐变量柱塞泵中LS负载敏感、压力切断及恒功率三种控制形式工作时的优先级。作为最常见的柱塞变量泵三种变量控制形式，想必大多数淘友日常工作中接触过。不过，下面这些相关的问题，淘液压在和客户交流培训中经常会被问到，也容易造成困扰，比如：
1：当变量柱塞泵同时具备负载敏感、压力切断和恒功率三种变量控制形式，一种起作用时，另两种为什么不会起作用？三者的工作顺序是什么样的？三者是如何实现来回切换的？
2：为什么压力切断控制的优先级别高于负载敏感和功率控制？怎么实现的？
3：泵上的负载敏感阀的压差与主阀上压力补偿器的压差什么关系？
4：主阀的阀前补偿和阀后补偿区别是什么？
5：主阀上的LS溢流阀、二次溢流阀、主溢流阀与泵上的压力切断设定值之间有什么样的关系？
搞清楚三种变量控制形式的实现原理和工作顺序，对我们理解负载敏感、压力切断、功率控制及负载敏感液压系统的设计、调试和故障诊断都会大有裨益。与淘友们一起深入探讨一下很有意义，为此，接下来淘液压将分两期就该话题展开讨论，感兴趣的朋友可以收藏关注，留言探讨。
当然，如果您对以上问题有了清楚的认识，建议您划过，无需浪费您的时间继续看下去。
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老规矩，为了节省您时间，咱们直接扒干货，内容较多，分成两期分享，第一期正文如下：
| 01 变量泵中的“一仆三主” |
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想必很多淘友看到“一仆人三主”会一头雾水，没关系，看完这部分您就会清楚了。我们以博世力士乐常见的A11VXXLRDS泵为例展开介绍：
这三种控制功能分别由相应的LR阀、D阀、S阀来实现，三者集成在一个阀上时，我们把该控制阀称作LRDS阀，原理如图1：
从上图的原理和结构可以看出，LR功率控制、D压力切断控制、S负载敏感（流量控制）控制，分别通过相应的LR阀、D阀、S阀控制泵斜盘摆角变化实现其相应的功能。
换言之，泵的斜盘按照LR阀、D阀、S阀的指令在最大摆角（排量）和最小摆角（排量）之间来回摆动。控制变量的过程犹如一个三口（丈夫、妻子、孩子）之家请了一个“仆人”，三个“主人”（丈夫、妻子、孩子）都可以向“仆人”下发指令安排家务，“仆人”按照“主人”的要求响应指令。为了方便理解，我们称作“一仆三主”，在变量柱塞泵中：
三主：三个不同的控制阀——LR功率阀、D压力切断阀、S负载敏感阀；
从图1的原理图可以看出，“三主”（LR、D、S阀）都是通过调节大变量活塞中的压力来实现对“一仆”斜盘摆角的控制。
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| 02 “三主”控制“一仆”的过程 |
01中我们以博世力士乐A11泵为例介绍了LR功率控制、D压力切断控制、S负载敏感控制的概念，并把LRDS阀中的这三种控制阀比喻为“三主”，斜盘比喻为“一仆”，“一仆”按照“三主”的要求工作，即：
当只有一个“主人”安排家务时，“一仆”会快速响应，按部就班地工作。
在工作中如果多个领导同时给你安排了不同的任务，都要求你在同一个时间完成，而你又无法拒绝时，你会有什么样的感觉？焦虑、纠结、不知所措，效率低下，甚至会“宕机”对不对？我们都期望领导能够一次只安排一件事情，完成后，再接新的任务。
同样的，对于变量柱塞泵而言，如果二个或三个“主人”同时向“一仆”发送不同指令时，“一仆”会怎样呢？同样会不知道该听谁的而无所适从，无法正常工作。解决这个问题的办法有两个：
1：事先制定一个规则，约定好’三主”指令的优先级，当“三主”同时发出指令时，由“一仆”根据约定的规则对指令优先级排序，然后依次执行指令。这种方式要求“一仆”具备相应的判断能力，遗憾的是，之于“一仆”，它还没有智能到具备判断能力的程度；
2：“三主”自行协商发出指令的优先级，即：当有二主或三主同时想发送指令时，主人之间根据协商的优先级，排好指令发送的顺序，待一个完成后再依次下发另一个，从而确保“一仆”在同一个时刻只能接收到一个主人的指令。
以上两种方式都能解决指令冲突造成“一仆”无法正常工作的问题。显然对于变量柱塞泵的“一仆”斜盘而言，方法1不适用，方法2适用。
因此，“三主”能自动协商好下发指令的优先级就显得尤为重要，我们以A11变量柱塞泵为例，LR功率控制、D压力切断控制、S负载敏感控制“三主”的优先级是什么样的？又是如何做到“一主”工作，其他“两主”不工作的呢？
我们先看看“三主”的工作过程，再来分析三者的优先级。
我们通过一个例子来分析“三主”的工作过程，图2是一个简化的液压系统原理图（工程应用中需要进一步细化），主要元件如下：
1：柱塞变量泵 A11VXXLRDS，具有LR功率、D压力切断、S负载敏感（流量控制）功能；
4：负载：弹簧，假定泵不工作时弹簧处于自然伸长状态且弹簧足够长；
敲黑板：下面关于各阀芯在停机时的状态和油路走向务必对照着图2中的原理图认真多看几遍，以便更好地理解“三主”的工作过程。
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– 阀芯左侧为LS反馈油，深黄色；阀芯右侧为泵出口压力油，红色；两者压差由阀芯左侧弹簧设定，即：泵口压力P=LS反馈压力PLs+压差detaP
– 阀芯中间控制台阶，两侧：左侧为来自中间切断阀芯的控制油，黄色；右侧为泵口的压力油，红色；LS负载敏感阀不工作时，控制台阶左侧与大变量活塞腔导通；
– 阀芯左侧（内泄油）通泵壳体泄油，绿色；阀芯最右侧（内泄油）通壳体泄油；
– 阀芯控制台阶两个；右侧控制台阶两侧通过台阶上的节流油道导通，左右两侧均为泵口压力油，红色：左侧控制台阶，台阶左侧为来自下方功率阀芯的控制油，黄色；台阶右侧为泵口的压力油，红色，D压力切断阀不工作时，控制台阶左侧分别与上方的LS负载敏感阀控制台阶左侧（通变大变量活塞腔）及下方LR功率阀右侧相通（通泵壳体泄油）
– 阀芯控制台阶左侧为泵口压力油，红色；台阶右侧与泵壳体泄油相通；
因此，在泵停机状态，大变量活塞腔油液先后经过上方LS负载敏感阀阀芯、D压力切断阀芯、LR功率阀阀芯与泵壳体油导通，处于卸荷状态。
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请淘友们再看一遍上面两波浪线中的内容，务必搞清楚控制油路走向。
OK，搞清楚后，我们继续聊“三主”的工作过程…….
2：LR恒功率阀设定的拐点压力70bar（泵在转速1450n/min下，功率值Pkw时最大排量下对应的压力称作拐点压力）；
接下来我们泵工作的几个阶段讨论“三主”工作过程，如下：
1：停机时: 泵处于图3中4点状态，根据图2泵原理图可知，此时：
– 泵未转动，斜盘在变量活塞弹簧的推力下保持在最大摆角；
– LR功率阀保持在右位，LR阀中黄色控制油与绿色壳体油导通；
– D压力切断阀保持在左位，D阀中黄色控制油与红色压力油断开；
– S负载敏感阀保持在左位，LS阀中黄色控制油与红色压力油断开；
2：启动瞬间和待机状态:M4保持中位，电机（或发动机）转速逐渐增大，LS负载敏感阀工作
– 由于M4阀中位E机能，LS反馈压力为0，泵出口封死状态，泵口压力从零快速升高，瞬间大于S负载敏感阀设定的压差detaP(25bar)时，阀芯左移，工作在右位，如图4紫色六方框中所示，红色压力油与黄色控制油导通，沿着蓝色虚线油路进入大变量活塞，推动斜盘向小摆角摆动；
– 泵的斜盘从最大摆角向最小摆角摆动的过程中，由于泵口一直被M4阀中位封死，尽管泵排量逐渐变小，但也足以使得泵口压力升高（有时瞬间会升高到400bar左右），如图3中4点到3点之间的蓝色曲线，排量逐渐减小，压力逐渐升高然后再降低；最终，在LS负载敏感阀的控制下，斜盘摆动到最小摆角（最小排量，这里我们假定为零）附近。工作在图3中的3点位置。从图3中4点状态迅速变化到3点状态，这一过程中泵口会出现一个明显的尖峰压力，如图6中4点和3点之间的蓝色曲线；这一调节时间因泵的排量大小不同略有差异，通常持续0.2秒左右；
– 电机转速稳定后，此时LS负载敏感阀阀芯快速、很小幅度地左右运动，调整斜盘，以维持泵口压力在25bar，使泵处于待机状态，使泵稳定在在图3中的3点位置。
泵从图3中4点状态迅速变化到3点状态的过程中泵口会出现一个明显的尖峰压力，如图3中4点和3点之间的蓝色曲线；这一调节时间因泵的排量大小不同略有差异，通常持续0.2秒左右；
3：M4阀口打开的瞬间，假定开启第1联，图2中下方油缸伸出，向左压缩弹簧
此时，LS反馈油开始建压，Pls逐渐增加，Pls+detaP>泵口压力P=25bar, LS负载敏感阀芯左侧力大于右侧力，阀芯向右移动（图4中），控制台阶关小了压力油去往大变量活塞腔的油路（甚至完全关闭，图4中紫色六方框内，这是一个动态过程），从而大变量活塞腔压力变小，泵斜盘向大摆角摆动，排量增加，泵口压力增加——> LS反馈油压力Pls增加——>泵口压力P继续增加……，两者就这样动态地相互叠加，直到泵口压力P足以推动负载弹簧。
4：慢慢匀速地继续开大M4阀开口然后停止在一个固定开口A时
– 匀速开大M4阀开口的过程中，泵的排量随着M4阀开口增大匀速地增大，油缸速度匀速增加，弹簧匀加速地压缩，泵口压力在匀加速增加 （加速度恒定，匀加速的过程）。因此，可假定在一过程中，泵沿着图3中的3点到7点之间的斜线（图中未画出）工作。越过7点后，继续匀速增加M4阀开口，当泵工作到1点位置时（红色恒功率曲线）LR功率阀阀芯开始向右动作，其控制台阶的左侧红色压力油与去往大变量活塞的橙色控制油导通，如图5中紫色的六方框内。此时，LS负载敏感阀控制台阶（图4中紫色六方框）左右两侧均为泵口压力油，红色。换言之：此时，LS负载敏感阀阀芯无论处于哪个位置，去往大变量活塞的蓝色虚线油路均与泵口的红色压力油相通，泵斜盘开始摆向小摆角。也就是说，一旦LR功率阀工作，LS负载敏感阀边不再起作用了，此时泵会沿着图3中红色的恒功率曲线工作，所以：
– 慢慢开大M4开口直到泵工作在图3中的7点位置，此时假定M4阀开口为A，然后保持M4阀开口A不变，从而泵斜盘摆角维持在某一固定值，泵以相应的固定流量输出，油缸匀速伸出，弹簧力匀速增加，泵口压力相应地匀速增加，泵的状态会沿着图3中7点和5点之间的绿色竖线变化，从7点位置变化到5点位置。当泵达到5点位置时（泵口压力250bar左右，5点位置的压力约为250bar），D压力切断阀阀芯右侧压力克服左侧弹簧力使得阀芯向左移动，D压力切断阀开始工作（如图6中紫色框内），此时，D切断阀的控制台阶左侧关闭了控制油与LR功率相连的油路（黄色），而控制台阶右侧的红色泵口压力油开始与去往大变量活塞的蓝色虚线油路导通，大变量活塞腔的压力开始增加，打破前一个时刻斜盘的平衡，使得斜盘向小摆角摆动，一直摆动到泵输出的流量足以维持住切断压力250bar的位置。需要说明的是，此时D切断阀芯和斜盘都达到一个动态平衡的状态。仔细观察会发现，当D压力切断阀开始工作时，来自LR功率阀的控制油（黄色）被D切断阀控制台阶左侧边关闭掉。换言之，一旦D压力切断阀工作，LR功率阀边被屏蔽掉不再起作用。因此：
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| 03 “三主”工作的优先级 |
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如果您能看到这里，相信您一定清楚了“三主”LR功率阀、S负载敏感阀、D压力切断阀的工作过程、原理和优先级了。总结一下：
– 当泵口压力达到切断压力时，D压力切断阀控制斜盘向小摆角摆动，其他“两主”不起作用；
– 当泵口压力未到达切断压力，而泵输出功率达到设定功率值时，LR功率阀控制斜盘向小摆角摆动，S负载敏感阀不起作用；
– 当泵口压力未达到切断压力且输出功率小于设定功率值时，S负载敏感阀才起作用。
通过结构上的设计，把’三主”叠加在LRDS阀中，三者控制变量活塞大腔压力的油路相互影响，从而实现了：在任一时刻，“三主”中只会有“一主”向斜盘发送指令，斜盘便能快速地根据唯一指令做出调整。
– S负载敏感阀工作的区域在红色双曲线（功率曲线）下方换色斜线表示的阴影区域；
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| 04 后记 |
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不知不觉写了将近6000字，仓促收笔，希望看到这里的淘友能够收获满满。下一期，我们一起讨论负载敏感泵与负载敏感主阀配合使用时，主阀压力补偿器工作过程，以及D压力切断阀、LS溢流阀、二次溢流阀、主溢流阀设定值的关系。
如果您对博世力士乐的液压产品感兴趣，欢迎留言，一起交流探讨！
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