電液負載感測系統

負載感測系統(Load-sensing system)特別對大輸出功率之閥控液壓系 統之能源節省方面有顯著之改善，已被應用於車輛液壓系統(Mobile hydraulic system)，諸如：液壓挖掘機(Hydraulic excavator)、營建機械、

射出成型機(Injection molding machine)等。其共同特性為大系統高功 率，故系統質量大，其系統固有頻率較低，響應較慢，而其輸出功率 大，故負載感測控制之節能效果較明顯。

負載感測控制(Load-sensing control)原理，乃是藉由控制變量泵(斜 盤式軸向柱塞泵)之斜盤角度或電動馬達的轉速，來調節泵之供油壓力 (P_S)，使其能隨實際負載所需之壓力而調節，即當液壓缸遇高負載時，

液 壓缸室 高壓油流 入側之 壓力稱為 負載感 測壓力(P_LS , Load-sensing pressure)其需較高之壓力，泵之供油壓力(P_S , supply pressure)提高；而當 液壓缸之負載減小時，P_LS 降低，柱塞泵能立即調節降低輸出壓力

P

_S， 主要目的是要使泵之輸出壓力

P

_S與液壓缸之負載感測壓

P

_LS之差保持為 定值(∆P=P_S

-P

_LS

=const)。負載感測控制(load-sensing control)改善傳統閥

控液壓系統之耗能問題，不僅可節省能源，同時，因能源浪費於油溫升 高之問題獲得改善，故一方面可減小液壓油箱(tank)之大小，另一方 面，由於油溫上升緩慢，所以可減小液壓油冷卻器(cooler)之大小及重 量，甚至可免用液壓油冷卻器[1]，對移動式液壓機械(如：飛機、車輛)

更具意義。

圖 1.2.1 所示為機械液壓式負載感測系統（Mechanical-hydraulic load-sensing system），負載感測泵（load-sensing pump）係由斜盤式軸向 塞泵（swash-plate axial piston pump）、液壓缸與二個 2/3 閥（1）（2）所 組成，閥（1）使泵之供油壓力（ ）與負載感測壓力( )之差保持定

值( )，而閥（2）之功能乃是當泵達到最大供油壓力

時，使泵之斜盤角度能變小。方向閥（3）為負載感測閥（load-sensing valve）控制工作缸運動方向，閥（4）只有在多負載缸之系統中才使 用。此機械液壓式負載感測系統響應較慢，當負載感測壓力( )變動 時，供油壓力（ ）無法立即調節，即兩者間有較大之時間延遲(time delay)，會影響負載感測缸之動態響應，故常使操作者感覺到泵之供油 壓力（ ）不足，使負載感測缸響應較慢或出力不足。

p

S

p

_LS

const p

p

p

= _S − _LS =

∆

p

S

p

S

p

LS

由於微電子技術於近年來迅速發展，使得壓力感測器（pressure sensor）、控制器（controller）等之價格降低，因而發展電液負載感測系 統（Electro-hydraulic load-sensing system, E.L.S），如圖 1.2.2 與圖 1.2.3 所示。

圖 1.2.2 負載感測泵（load-sensing pump）之閥（7）為比例電磁 閥，而閥（8）（load-sensing valve）亦為一比例電磁閥；圖 1.2.3 負載感 測泵（load-sensing pump）轉速由變頻器(1)與 AC 電動馬達（2）所組 成，最後泵之供油壓力（ ）與負載感測缸(load-sensing cylinder)之負 載感測壓力( )由壓力感測器（pressure sensor）測得，回授至控制器，

進行閉迴路之壓差控制(pressure difference control)，使得壓差維持定值

（ ），同時，電液式負載感測系統較機械液壓式負載

感測系統具有較快之響應，泵之供油壓力（ ）能夠快速隨負載感測壓 力( )調節，故負載感測缸具有較佳之動態響應，可同時進行負載感測 缸之閉迴路伺服控制，如：軌跡、速度、力控制等。可同時使「負載感 測控制」(load-sensing control)之節能控制與提高系統性能之伺服控制

（軌跡、速度、力控制等），同時並存兼顧[8]。

p

S

p

LS

p

_LS = const

p

p

= _S −

∆

p

LS

p

S

Load_sensing Cylinder

Load_sensing Pump Load_sensing

Valve PLS

PS M

µC

PLS ⁸

PS 6

7 M

1 2

3

4

5

圖1.2.1：機械液壓式負載感測系統 圖 1.2.2：定轉速變排量式 電液負載感測系統

M

f nf Frequency Converter

µC

1

2 3

4 5

Load_sensing Cylinder

AC Motor Load_sensing

Valve PLS

PS

圖 1.2.3：變轉速定排量泵式電液負載感測系統

在文檔中 閥控液壓系統節能控制與伺服控制之整合研究---以電液負載感測系統實現(III) (頁 15-18)