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)計加工時已確定,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。
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)液壓系統(tǒng)設(shè)計時為提高系統(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降低效率,浪費(fèi)能源;還會使得整個系統(tǒng)的可靠性降低、增加成本。
(2)由于換向結(jié)構(gòu)的特殊性,使得用戶在實現(xiàn)某一功能時必須購買相應(yīng)的液壓元件,再加上工程機(jī)械廠家會根據(jù)不同終用戶要求設(shè)計出相應(yīng)的功能,這樣會造成生產(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,同時會大大提高產(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,必須提高進(jìn)油側(cè)壓力。這樣會使得液壓系統(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,同時還可以輕易實現(xiàn)傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中難以實現(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較低的參考壓力,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,無桿腔的壓力將減小;如果仍將有桿腔維持一個很低的壓力,當(dāng)負(fù)載很大時,液壓缸將向反方向運(yùn)動。此時我們可用所增加的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,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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