1. 传统滑阀式分流器的局限
在移动液压系统中,分流回路常用于充分利用变化的泵流量。常见做法是使用滑阀式分流器:
- 可集成于歧管,有多种规格与固定比例;
- 单个阀通常只能实现 2 路分流(2-way split),可通过级联实现更多回路;
- 分流比例(如 50/50、20/80)在出厂时通过改变各滑阀的流量特性固定设定,现场不可调。
这类分流器在以下需求下就显得吃力:
- 不规则比例(如 40/30/20/10);
- 多路或奇数路分流;
- 需要在现场微调分流比例而又不希望牺牲精度;
- 对压降和效率有更高要求。
2. 替代思路:用插装逻辑元件 + 孔口来分流
文章提出一种替代方案: 不用滑阀式分流器,而是用多个低成本插装逻辑元件(EP 系列)+ 孔口,构建一个“后补偿式分流回路”。
前提:该方案主要用于“分流泵流量”,如果还需要“合流”,可能仍需传统分流/合流器,或者参考后续文章中的合流方案。
2.1 这种方案能解决什么问题?
优势总结:
- 多路分流:
- 可实现任意“实际可行”的路数,包括奇数路。
- 不规则比例:
- 分流比例不再受“工厂预设滑阀比例”限制,而是由各支路孔口尺寸决定。
- 可调比例:
- 通过更换或调整孔口,即可改变各支路流量比例。
- 可调最大流量:
- 在 LS(负载传感)管路中加入减径孔/节流孔,可限制或调整最大流量(下篇文章会展开)。
- 更高流量能力:
- 流量上限由 EP 逻辑元件 + 控制孔口决定,通常可超过多数滑阀式分流器的能力。
- 对输入流量波动的适应性好:
- 即使发动机转速变化导致泵流量波动较大,仍能保持良好的一致性。
- 可做精确“补偿修整”:
- 可通过微调孔口,补偿液压马达泄漏等系统效率问题。
- 更高压降容忍度:
- 系统可在较高压降下仍保持可接受的性能。
- 多功能性:
- 可通过先导管路实现高流量切换等扩展功能。
- 原型阶段灵活:
- 通过更换孔口、针阀等即可快速调整,原型开发非常方便。
2.2 也要看到它的局限
局限总结:
- 成本:
- 如果系统还需要“合流功能”,整体成本不一定比传统分流/合流器低,需视具体应用而定。
- 极低流量系统中的精度:
- 在流量非常低且“最高负载可能在不同支路之间切换”的系统中,精度会略逊一筹(后续文章会给出低流量系统示例)。
3. 理论基础:后补偿 + 负载共享视角
3.1 传统后补偿/流量共享的行为
在常规的后补偿系统中,当泵压降到低于:
ppump<pload+Δpcomp
时:
- 高负载支路会失去压力补偿,流量减小甚至停滞;
- 低负载支路仍然被补偿,优先获得流量。
这就是传统“高负载吃亏、低负载优先”的现象。
3.2 用“流量共享”的原理来做“分流”
文章指出: 用独立逻辑元件进行分流,其原理与“流量共享(Flow Sharing)”相同,只是换了一个视角。
- 流量共享(Flow Sharing / Post Compensation):
- 常用于移动设备,当两个或多个执行器同时需求超过泵流量时;
- 原动机扭矩/转速变化会加剧供油不足;
- 通过后补偿 + 负载传感,让各控制孔口始终看到相同的压降,等效地“平衡轻载”,实现流量按比例分配。
- 差异点:
- 流量共享 vs 用后补偿做分流的最大区别在于:所用孔口的数量与类型:
- 流量共享系统中,通常是可调或比例控制的孔口;
- 本文的分流方案中,可以是固定孔口,也可以升级为比例阀。
- 流量共享 vs 用后补偿做分流的最大区别在于:所用孔口的数量与类型:
4. 典型分流回路结构(后补偿 + EP 逻辑元件)
在文中示例的分流回路中:
- 最高负载压力被引入所有 EP 逻辑元件;
- 这样,每个支路的孔口两端都看到相同的压降,与泵流量大小无关;
- 这是一个最基础版本的“共享式分流回路”。
如果需要更复杂的流量共享功能:
- 可以将简单的固定孔口升级为比例阀,实现可调分流或动态控制。
5. 分流计算方法与示例
5.1 孔口尺寸计算原则
每个支路的孔口尺寸由以下因素决定:
- 目标分流比例(各支路占总泵流量的百分比);
- 最大(或最佳)泵流量;
- 补偿弹簧设定值(即 Δp)。
公式本身为标准孔口流量计算式,文中未展开,但逻辑是: 在相同压降 Δp 下,流量与孔口面积成正比,因此通过面积比例即可实现流量比例。
5.2 示例:4 路不等比例分流
工况设定:
- 总泵流量需分为 4 路,比例为: 40% / 30% / 20% / 10%
- 发动机转速范围:1000–2500 rpm,正常最高转速:2000 rpm
- 泵在 2000 rpm 时输出:100 L/min(约 27 gpm)
步骤 1:选择补偿器设定值
- 选定压力补偿器设定值:
Δp=16 bar≈230 psi
- 这样,当发动机转速降到 1000 rpm(即一半转速)时:
- 流量约为一半;
- 压降约为原来的四分之一,即约 4 bar / 54 psi;
- 仍然是一个“足够合理”的压降,可保证低流量工况下的分流精度。
步骤 2:按 16 bar 压降计算各支路孔口尺寸
- 以 2000 rpm、总流量 100 L/min 为基准;
- 各支路目标流量分别为:
- 40 L/min
- 30 L/min
- 20 L/min
- 10 L/min
- 在统一压降 16 bar 下,用孔口公式计算出各支路所需孔径。
文中示例给出某一支路的孔径约为 2.13 mm,作者调侃说:
“你大概找不到 2.13 mm 的钻头,但你已经明白原理了。”
实际工程中可以:
- 选用接近的标准孔径;
- 或者使用针阀、并联孔口等方式微调流量(类似滑阀式分流器内部结构)。
6. 与其他方案的对比
6.1 与滑阀式分流器对比
滑阀式分流器:
- 分流比例在制造时固定;
- 通常仅支持 2 路分流;
- 为保证精度,往往需要较高压降;
- 原型开发阶段,微调能力有限。
6.2 与典型流量共享系统对比
流量共享系统:
- 通常需要对每一路进行独立流量调制(比例控制);
- 结构更复杂,成本更高。
6.3 本文方案的定位
使用 后补偿 + 逻辑元件 + 孔口 的分流方案,可以做到:
- 通过更换孔口,灵活调整分流比例;
- 将流量分配到合理数量的工作支路;
- 在较低压降下工作,提升效率;
- 通过微调孔口,补偿马达泄漏或其他系统损失;
- 在高于额定流量工况下,卸载未使用流量;
- 相比:
- 标准滑阀式分流器;
- 复杂的流量共享系统; 整体成本效益相当可观。
7. 工程结论:分流器 vs 逻辑元件,你可以自己决定
文章最后的结论很直接:
在使用插装阀设计系统时, “用传统分流器,还是用逻辑元件 + 孔口做分流”, 这个选择权在你手里。
下篇文章将继续讨论:
- 另外两种分流解决方案;
- 以及一些实际应用案例。