摘要：港口轮式装载机液压系统中的转向泵在发动机高速状态时的能量损失较大。通过分析负荷传感转向液压系统的组成和工作原理及动态方程，得出结论：采用负荷传感转向液压系统比常规转向液压系统的能量损失小，并具有较好的系统稳定性。
关键词：港口轮式装载机；转向系统；负荷传感；动态特性
港口轮式装载机作为一种装卸搬运车辆，必须有可靠的转向系统，为保证在发动机怠速状态下的转向助力需求，在发动机额定工况下，转向泵的流量过剩往往达2/3左右，从而产生较大的能量损失。
根据系统特点，港口轮式装载机的液压转向系统可分为普通助力转向系统和负荷传感转向系统。液压负荷传感系统在工程车辆的转向系统上用得比较多，对整机性能起着非常重要的作用。本文主要简述港口轮式装载机转向系统动态负荷传感技术。
1 .普通液压转向系统
普通液压助力转向系统采用转向液压系统和工作液压系统完全独立的方案，其原理见图1。其主要优点为结构简单，成本低，可靠性好；主要缺点为系统能量损失太大，液压系统发热严重，使得液压元件寿命降低。
图1 普通液压助力转向系统原理图
1．液压缸 2．转向阀 3．液压泵
2 .液压负荷传感转向系统
2.1 系统的组成
液压负荷传感系统分阀控定量系统和泵控变量系统。定量系统是由定量泵和负荷传感阀组成，对液压系统的流量进行控制；变量系统则是由变量泵和负荷传感阀组成，并利用系统压力与负载压力之间的压差控制泵的流量。
2.2 系统原理
尽管负荷传感阀有多种结构形式，但其原理均属于等差减压阀。此减压阀两端作用1个基本恒定的压差，其低压端为负载压力，此压差为进入执行元件的某一换向阀口的进出口压力。由于定压差，使通过的流量与阀口面积成正比，并且使泵的输出压力仅高于负载压力1个压差。
负荷传感转向系统根据所取的信号可分为静态负荷传感系统和动态负荷传感系统。动态信号型负荷传感转向器和动态信号型优先阀技术水平较高，是目前比较先进的转向系统。液压负荷传感系统作为一种新型液压控制技术，可通过对泵流量做相应的调节，使换向阀节流点前后的压差保持不变，即泵的压力总是等于负荷压力与此节流压差之和，使泵流量始终与换向阀上调节的流量需求相适应。因此，负荷传感系统不受负载变化的影响，使调速刚度大为提高，克服了恒流量和恒压系统中不应有的损失，从而提高了系统的效率，改善了控制性能。
2.3 液压负荷传感转向系统的特点
（1）对负荷变化有良好的压力补偿；（2）转向回路与其他回路互不影响，主流量优先供给转向回路，中位时只有微小流量通过转向器，从而消除了由于向转向油路供油过多而造成的功率损失，提高了系统效率，改善热平衡状况；（3）中位压力特性不受排量的影响；（4）转向回路压力、流量保持优先，转向可靠，在优先保证转向流量的同时，多余流量供给其他油路；（5）转向灵敏度高，响应快；（6）寒冷条件下的启动性能有了极大的改善；（7）有利于解决系统性能和稳定性的问题。
3 .负荷传感的工作原理
图2是动态信号负荷传感转向回路，它包括定量泵、负荷传感转向器和优先阀（动态信号型）。其原理与静态负荷传感转向系统不同之处在于LS所取的信号不同，所以系统更加敏感。
图2 动态负荷传感转向系统
优先阀是一个定差减压元件，无论负载压力和液压泵供油量如何变化，优先阀均能维持转向器内变节流口C1两端的压差基本不变，保证供给转向器的流量始终等于方向盘转速与转向器排量的乘积。
转向器处于中位时，如果发动机熄火，液压泵不供油，优先阀的控制弹簧把阀芯推向右，接通CE油路。发动机启动后，优先阀分配给CE油路的油液，流经转向器内的中位节流口C0产生压降。C0两端的压力传到优先阀阀芯的两端，由此产生的液压力与弹簧液动力平衡，使阀芯处于一个平衡位置。由于C0的液阻很大，只要流过很小的流量便可以产生足以推动优先阀阀芯左移的压差，并进一步推动阀芯左移，开大EF阀口，关小CE阀口，所以流过CE油路的流量很小。
转动方向盘时，转向器的阀芯与阀套之间产生相对角位移，当角位移达到某值后，中位节流口C0完全关闭，油液流经转向器的变节流口C1产生压降，C1两端的压力传到优先阀阀芯的两端，迫使阀芯寻找新的平衡位置。如果方向盘的转速提高，在变化的瞬间，流过转向器的流量小于方向盘转速与转向器排量的乘积，计量装置带动阀套的转速低于方向盘带动阀芯的转速，结果阀芯相对阀套的角位移增加，变节流口C1的开度增加。这时，只有流过更大的流量才能在C1两端产生转速变化前的压差，以便推动优先阀阀芯左移。因此，优先阀内接通CE油路的阀口开度将随方向盘转速的提高而增大。最终，优先阀向转向器的供油量将等于方向盘转速与转向器排量的乘积。转向液压缸达到行程终点时，如果继续转动方向盘，油液无法流向转向液压缸。这时负载压力迅速上升，变节流口C1两端的压差迅速减小，当转向油路压力超过转向安全阀的调定值时，该阀开启。压力油流经节流口C2产生压降，这个压降传到优先阀阀芯的两端，推动阀芯左移，迫使接通CE油路的阀口关小，接通EF油路的阀口开大，使转向油路的压力下降。熄火转向时，计量装置起液压泵作用输出的压力油推动转向液压缸活塞，液压缸回油腔排出的油液经转向器内的单向阀返回变节流口C1的上游。
4 .转向系统动态性能分析
全液压转向系统实际上是一个机械 液压位置控制系统。根据转向系统元件的流量连续性方程和力平衡方程，经线性化并拉氏变换后，做出负荷传感全液压转向系统方框图，见图3。
图3 液压转向系统方框图
图3中， 为方向盘转向角； 为转阀阀芯转角；XP为转向液压缸活塞杆位移；Kl为转向器转阀阀芯半径；Kq、Kc为转阀的流量增益、流量 压力系数；K c为优先阀的流量 压力系数；Cim、Cip为计量马达、转向液压缸的总泄漏系数；Bm、Bp为计量马达、转向液压缸粘性阻尼系数；Ji为计量马达转子转动惯量；m为转向液压缸活塞质量；FL为转向液压缸上的外负载；Dm为计量马达的每弧度排量；AP为转向注液压缸活塞的有效工作面积； e为转阀的有效率容积模数； e为优先阀有效率容积模数；Vi为转阀体积；V i为优先阀体积。由图3可写出负荷传感全液压转向系统的动态方程
动态负载传感转向系统和静态负载传感转向系统相比，动态信号型负荷传感转向器和优先阀的技术水平和精度更高。从负荷传感全液压转向系统的方框图和动态方程中可以看出，在方向盘转角、转向液压缸的工作面积和转向液压缸上外负载一定的情况下，影响系统稳定性的是Kl、Kq、Kc、K c、Cim、Cip等与转向器和优先阀的性能有关的参数，所以，在解决系统稳定性方面比静态负荷传感转向系统更加突出。因港口轮式装载机的工作重且繁忙，转向系统采用动态负载传感回路更有优势。
5. 结束语
负荷传感控制液压系统主要在于节能，泵控负荷传感转向液压系统解决了在任何工况下港口轮式装载机的转向液压系统的效率最佳匹配问题，并且转向液压缸的工作速度与负载变化无关，增大了转向系统的工作刚度，转向迅速、准确和平稳，在工程机械上具有广阔的发展前景。但动态信号型负荷传感转向器和动态信号型优先阀技术水平较高，制造困难。