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液壓多路換向閥技術(shù)的用法
2024-10-12
液壓多路換向閥技術(shù)的用法
傳統(tǒng)換向閥的進(jìn)出油口控制通過(guò)一根閥芯來(lái)進(jìn)行,兩油口的開(kāi)口對(duì)應(yīng)關(guān)系早在閥芯設(shè)計(jì)加工時(shí)已確定,在使用過(guò)程中不可能修改,從而使得通過(guò)兩油口的流量或壓力不能進(jìn)行獨(dú)立控制,互不影響。磁力泵
隨著微處理控制器、傳感器元件成本的下降,控制技術(shù)的不斷完善,使得雙閥芯控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域得以應(yīng)用。英國(guó)Utronics公司利用自己的技術(shù)及專(zhuān)利優(yōu)勢(shì)研制出雙閥芯多路換向閥,已廣泛應(yīng)用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的挖掘機(jī)、裝載機(jī)及挖掘裝載機(jī)等產(chǎn)品上。為適應(yīng)中國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品對(duì)
液壓傳動(dòng)
系統(tǒng)功能要求。穩(wěn)定性以及自動(dòng)化控制程度的不斷提高,Utronics公司產(chǎn)品適時(shí)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),現(xiàn)已初步完成廈工(5t)裝載機(jī)、詹陽(yáng)(8t)挖掘機(jī)樣機(jī)調(diào)試并進(jìn)入試驗(yàn)階段。
1、傳統(tǒng)單閥芯換向閥的缺陷:
傳統(tǒng)的單閥芯換向閥所組成的液壓系統(tǒng)難以合理解決好以下功能和控制之間存在的矛盾:
(1)
液壓傳動(dòng)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,減少負(fù)載變化對(duì)速度的影響,要么犧牲部分我們想實(shí)現(xiàn)的功能,要么增加額外的液壓元件,如調(diào)速閥、壓力控制閥等,通過(guò)增加阻尼,提高系統(tǒng)速度剛度來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是這樣元件的增加又會(huì)降低效率,浪費(fèi)能源;還會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的可靠性降低、增加成本。
(2)由于換向結(jié)構(gòu)的特殊性,使得用戶(hù)在實(shí)現(xiàn)某一功能時(shí)必須購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的液壓元件,再加上工程機(jī)械廠家會(huì)根據(jù)不同最終用戶(hù)要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的功能,這樣會(huì)造成生產(chǎn)廠家采購(gòu)?fù)?lèi)、多規(guī)格的液壓控制元件來(lái)滿足不同功能要求的需要,不利于產(chǎn)品通用化及產(chǎn)品管理,同時(shí)會(huì)大大提高產(chǎn)品成本。
(3)由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)出液壓油通過(guò)一根閥芯進(jìn)行控制,單獨(dú)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩側(cè)壓力是不可能的。因此,出油側(cè)背壓作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的反方向,隨著出油側(cè)背壓升高,為保質(zhì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),必須提高進(jìn)油側(cè)壓力。這樣會(huì)使得液壓系統(tǒng)消耗的功能增加,效率低,發(fā)熱增加。
采用雙閥芯技術(shù)的
液壓系統(tǒng)
,由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)出油側(cè)閥口閥芯位置及控制方式各自獨(dú)立,互不影響,這樣通過(guò)對(duì)兩閥芯控制方式的不同組合,利用軟件編程能很好解決傳統(tǒng)單閥系統(tǒng)不能解決的問(wèn)題,同時(shí)還可以輕易實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)的功能。
2、雙閥芯換向閥的兩種基本控制策略
由于雙閥芯換向兩油口控制的靈活性,兩油口可分別采取流量控制、壓力控制或流量壓力控制。正面介紹兩種簡(jiǎn)單的控制策略。
(1)負(fù)載方向在整個(gè)工作過(guò)程中保持不變
我們知道,對(duì)于汽車(chē)起重機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)等而言,其液壓缸在整個(gè)工作過(guò)程中負(fù)載方向始終維持不變。下面以起重機(jī)變幅液壓缸為例來(lái)探討雙閥芯的控制策略。
起重機(jī)變幅缸在工作過(guò)程中其受力,負(fù)載方向始終保持不變,因此我們可以采取液壓缸有桿控用壓力控制、無(wú)桿腔用流量控制的控制策略。
無(wú)桿腔流量控制是通過(guò)檢測(cè)連接到無(wú)桿腔側(cè)閥前后兩側(cè)的壓差,再根據(jù)所需流入或流出流量的多少,計(jì)算出閥芯開(kāi)口大;有桿腔側(cè)采用壓力控制,使該側(cè)維持一個(gè)低值的壓力,使得更加節(jié)能、高效。
由于我們?cè)跓o(wú)桿腔采用了流量控制,因此原控制系統(tǒng)中所用的平衡閥可用一個(gè)液控單向閥來(lái)代替。這樣可消除因平衡閥所帶來(lái)的系統(tǒng)不穩(wěn)定,從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
(2)負(fù)載方向在工作過(guò)程中發(fā)生改變
在這種情況下,采取“進(jìn)油側(cè)壓力控制,出油側(cè)流量控制”,在液壓缸有桿腔側(cè)用壓力控制,無(wú)桿腔側(cè)有流量控制。
如負(fù)載方向不變,由于出油側(cè)采取了流量控制,我們可將雙向平衡閥用液控單向閥來(lái)替換,從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進(jìn)油側(cè)用壓力控制器來(lái)維持一個(gè)較低的參考?jí)毫,一方面提高系統(tǒng)效率,另一方面使系統(tǒng)不發(fā)生氣穴。
為了使負(fù)載方向變化的工作機(jī)構(gòu)能得到很好控制,另外一個(gè)PI控制器將被運(yùn)用到有桿腔的壓力控制器中,當(dāng)負(fù)載方向改變后,無(wú)桿腔的壓力將減;如果仍將有桿腔維持一個(gè)很低的壓力,當(dāng)負(fù)載很大時(shí),液壓缸將向反方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)我們可用所增加的PI控制器監(jiān)視無(wú)桿腔壓力的變化,當(dāng)PI控制器檢測(cè)到無(wú)桿腔壓力低于所設(shè)定的參考值時(shí),將提高有桿腔壓力控制器所設(shè)定的壓力,從而保證系統(tǒng)的正常工作。
3、Ultronics液壓控制系統(tǒng):
Ultronics公司是一家集設(shè)計(jì)、研究和制造的電子液壓技術(shù)公司。其
液壓傳動(dòng)
控制系統(tǒng)采用了CAN總線通信,雙閥芯控制技術(shù),通過(guò)兩個(gè)閥芯的組合控制,可實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多種控制,以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低能源損耗,同時(shí)還可使得系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單,降低成本,加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度,這些都是傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)所不能做到的。
Ultronics控制系統(tǒng)的硬件一般由操縱手柄、電控單元ECU、調(diào)節(jié)閥、雙閥芯液壓閥組和外接傳感器或開(kāi)關(guān)等組成,其間通過(guò)CAN總線通信,液壓閥組為電控系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的交匯點(diǎn),系統(tǒng)的另一個(gè)重要組成部分就是軟件。
手柄為光電非接觸形式,最多可帶4個(gè)比例輸出或2個(gè)比例輸出和最多5個(gè)開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)有比例式和自鎖式供選擇。其防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP67。手柄的延時(shí)特性、輸出曲線和死區(qū)等可通過(guò)專(zhuān)用軟件JoyVal進(jìn)行修改。
電控單元ECU其供電壓有12V和24V兩種,25路和50路兩種接口,提供模擬與數(shù)字輸入、輸出接口,同時(shí)該電控單元還提供了CAN信接口,使得系統(tǒng)可以接收傳感器或控制信號(hào)或與其它系統(tǒng)進(jìn)行連接。ECU中存儲(chǔ)了系統(tǒng)控制所需的所有應(yīng)用程序,該應(yīng)用程序可將來(lái)自于手柄或連接于ECU上的其它器件和信號(hào)(如傳感器檢測(cè)信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)信息等),經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換成各個(gè)閥芯動(dòng)作的指令。
Ultronics控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其獨(dú)特的雙閥芯控制技術(shù),每片閥有兩個(gè)閥芯,相當(dāng)于將一個(gè)三位四通閥變成兩個(gè)三位三通閥的組合,兩個(gè)閥芯既可單獨(dú)控制,也可根據(jù)控制邏輯進(jìn)行成對(duì)控制,并且兩個(gè)工作油口都有壓力傳感器,每一個(gè)閥芯都有位置傳感器,通過(guò)對(duì)傳感信號(hào)的閉環(huán)控制可以分別對(duì)兩路液壓油的壓力或流量進(jìn)行控制,具有很高的控制精度,通過(guò)不同的組合可以得到許許多多的控制方案,以滿足系統(tǒng)的需要。
每片閥都有兩個(gè)完整的設(shè)置好的混合信號(hào)ASIC(模擬型專(zhuān)用集成電路)和一個(gè)RISC(精簡(jiǎn)指令處理器)。這些控制器給傳感器提供激勵(lì)和補(bǔ)償、給控制傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力、提供閥芯控制軟件以及CAN總線通信。閥芯動(dòng)作控制策略以及具體的參數(shù)可由用戶(hù)根據(jù)被控執(zhí)行元件的要求進(jìn)行設(shè)置或修改。控制閥接收到指令后,其內(nèi)嵌式處理器就運(yùn)行閥芯動(dòng)作控制軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)定的機(jī)能,多個(gè)閥間的功能協(xié)調(diào)是由ECU完成的,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能。這種分級(jí)控制方式使系統(tǒng)的應(yīng)用具有非常好的靈活性,同時(shí)易于構(gòu)建復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
Ultronics控制系統(tǒng)功能的多樣性是通過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)有針對(duì)性的編制控制軟件。Ultronics控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能是極其廣泛的。履帶挖掘機(jī)、輪式挖掘機(jī)、裝載機(jī)等先進(jìn)機(jī)型在操作舒適性、作業(yè)效率、作業(yè)成本消耗、故障診斷、環(huán)境保護(hù)等方面所做的努力,比如發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)與液壓系統(tǒng)的適應(yīng)控制、特定作業(yè)功能等,采用Ultronics系統(tǒng)都可實(shí)現(xiàn)。
總之,通過(guò)CAN總線通訊、獨(dú)特的雙閥芯結(jié)構(gòu)和壓力、位移傳感器的應(yīng)用以及壓力或流量的閉環(huán)控制技術(shù)、Ultronics公司的電子
液壓傳動(dòng)
控制系統(tǒng)使工程機(jī)械控制系統(tǒng)在功能的多樣性、實(shí)現(xiàn)的靈活性、較低的性?xún)r(jià)比以及控制理念、維修模式等諸多方面都將引發(fā)一次革命性的變化。
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