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換向閥的缺陷和控制策略

來源:無錫市昌林自動(dòng)化科技有限公司   2012年04月07日 11:01  

  傳統(tǒng)換向閥的進(jìn)出油口控制通過一根閥芯來進(jìn)行,兩油口聽開口對應(yīng)關(guān)系早在閥芯設(shè)計(jì)加工時(shí)已確定,在使用過程中不可能修改,從而使得通過兩油口的流量或壓力不能進(jìn)行獨(dú)立控制,互不影響。
  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Utronics公司利用自己的技術(shù)及優(yōu)勢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)、*車、裝載機(jī)及挖掘裝載機(jī)等產(chǎn)品上。為適應(yīng)中國工程機(jī)械產(chǎn)品對液壓系統(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)入中國市場,現(xiàn)已初步完成廈工(5t)裝載機(jī)、詹陽(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,通過增加阻尼,提高系統(tǒng)速度剛度來提高系統(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*性降低、增加成本。

    (2)由于換向結(jié)構(gòu)的特殊性,使得用戶在實(shí)現(xiàn)某一功能時(shí)必須購買相應(yīng)的液壓元件,再加上工程機(jī)械廠家會(huì)根據(jù)不同zui終用戶要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的功能,這樣會(huì)造成生產(chǎn)廠家采購?fù)悺⒍嘁?guī)格的液壓控制元件來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,這樣通過對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。正面介紹兩種簡單的控制策略。

    (1)負(fù)載方向在整個(gè)工作過程中保持不變

    我們知道,對于汽車起重機(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)變幅液壓缸為例來探討雙閥芯的控制策略。

    起重機(jī)變幅缸在工作過程中其受力,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、無桿腔用流量控制的控制策略。

    無桿腔流量控制是通過檢測連接到無桿腔側(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)算出閥芯開口大小;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、。

    由于我們在無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)液控單向閥來代替。這樣可消除因平衡閥所帶來的系統(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)視無桿腔壓力的變化,當(dāng)PI控制器檢測到無桿腔壓力低于所設(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。

 

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