| 0引言
液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)由于其結構簡(jiǎn)單、輸出重量比大、反應靈敏、傳動(dòng)平穩、響應快等特點(diǎn)在農業(yè)機械、工程機械、鋼鐵工業(yè)等領(lǐng)域得到了用、傳統的液壓系統由于其采用了一根閥芯同時(shí)控制著(zhù)進(jìn)、出II油路，產(chǎn)生了多余的節流損失，導致了系統能耗大、效率低，因此，1987年德國的Backe教授提出了負載II獨立控制技術(shù)，即利用兩個(gè)獨立的閥分別控制著(zhù)進(jìn)、出}}油路，從而盡量降低節流損失，達到節能的目的。此后，眾多學(xué)者對負載I獨立控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，在組合方式、控制方法、實(shí)驗研究上取得了一定成果。文獻提出了在負載獨立控制系統中利用機液壓差補償方法，不但可以提高系統的可靠性，而且具有一定的節能特性。
因此，木文將分析負載}}獨立液壓系統的工作原理及結構特點(diǎn)，對比電液壓差補償方法和機液壓差補償方法的特點(diǎn)，采用機液壓差補償原理，選用相關(guān)液壓元件，設計基于機液壓差補償的負載II獨立控制閥及多執行器液壓系統，并分析其工作原理，搭建試驗平臺、，結構組成與工作原理
1.1傳統閥控液壓系統工作原理
傳統的閥控液壓系統普遍采用三位四通滑閥的結構，如圖1所示，利用一個(gè)多邊節流的控制閥芯同時(shí)控制著(zhù)液壓執行器的進(jìn)、出油路，在進(jìn)II節流調速的過(guò)程中，出同時(shí)進(jìn)行節流，這就造成了多余的出II節流損失，因此，傳統控制閥的結構形式造成了重復節流損失，使得系統在一定程度上能耗上升，效率降低。同時(shí)，由于閥芯和閥體的結構決定了中位機能，一旦控制閥確定，中位機能即確定，在實(shí)際的應用過(guò)程中，中位機能不能隨著(zhù)應用工況的需求而改變，因此，傳統閥控系統的工況適應性較差。
圖1 傳統的閥控液壓系統示意圖
2 負載口獨立液壓系統工作原理
負載II獨立液壓系統工作原理，如圖2所示，將原有的單個(gè)控制閥芯x，分別利用四個(gè)控制閥芯x,,x=,x,,x4替代，從而完成對液壓執行器進(jìn)、出}}油路的獨立控制，根據液壓執行器工況需求，通過(guò)不同的控制邏輯對相應的施控制，在進(jìn)II控制閥節流調速控制的同時(shí)，出II控制閥進(jìn)行柔性控制，從而可以避免傳統閥控液壓系統中所出現的重復節流損失，進(jìn)一步降低了系統能耗，實(shí)現閥控液壓系統節能、
圖2 負載II獨立液壓系統示意圖
1.3負載口獨立液壓系統布局形式
負載i獨立液壓系統的布局形式主要有兩種，如圖3所示，國內外學(xué)者所研究的布局形式均是由這兩種布局形式進(jìn)行變形與改進(jìn)而來(lái)。圖3(a)所示為4-2/2型液壓布局形式，利用四個(gè)2/2比例閥進(jìn)行組合，控制1個(gè)液壓執行器;圖3(b)所示為2-3/3型液壓布局形式，利用兩個(gè)3/3比例閥進(jìn)行組合，控制1個(gè)液壓執行器。兩種布局形式各有特點(diǎn)，4-2/2型具有較高的控制柔性，可以實(shí)現多種中位機能，但是成木較高、控制難度較大;2-3/3型布局形式成木相對較低、控制難度相對小，但控制柔性較低，實(shí)現的中位機能種類(lèi)較少。
圖3 兩種主要的布局形式
2 負載口獨立液壓系統運動(dòng)控制方法
2.1 電液壓差補償方法
無(wú)論是傳統的液壓系統，還是新型的負載II獨立液壓系統，其中一個(gè)最為重要的功能是運動(dòng)控制。運動(dòng)控制是一個(gè)難點(diǎn)，國內外學(xué)者在研究負載II獨立液壓系統時(shí)，多采用電液壓差補償方法‘所謂負載II獨立控制系統的電液壓差補償方法‘如圖4所示，通過(guò)3個(gè)壓力傳感器檢測進(jìn)II控制閥兩端的壓力、出II控制閥的壓力，計算閥II壓降，利用壓力—流量特性方程，根據實(shí)際工況，通過(guò)控制器對進(jìn)、出II控制閥的閥芯進(jìn)行柔性控制，從而實(shí)現變負載工況下液壓執行器的運動(dòng)控制。
然而，負載II獨立液壓系統是一個(gè)典型的多輸入多輸出控制系統，存在著(zhù)壓力、流量的禍合控制，是一個(gè)復雜多變的控制系統。電液壓差補償方法多采用成木較高的比例伺服閥，通過(guò)內置的閥芯位移傳感器檢測閥芯位移并以電反饋的方式實(shí)現壓力、流量的禍合控制，此種電液壓差補償方法復雜，計算量大，對控制器性能要求較高，并且需要大量的試驗進(jìn)行性能調試，因此，很難在現有的工業(yè)機械中進(jìn)行推)‘一應用，而工程機械或農業(yè)機械中均采用沒(méi)有內置閥芯位移傳感器的比例閥或開(kāi)關(guān)閥，現有的研究不滿(mǎn)足應用條件‘其工程應用更進(jìn)一步受到了限制。
圖4 電液壓差補償方法
2.2液壓差補償方法
為了克服電液壓差補償方法的缺點(diǎn)，木文采用機液壓差補償方法，對負載II獨立液壓系統進(jìn)行設計。所謂機液壓差補償方法，如圖5所示，采用壓力補償器對進(jìn)II控制閥的壓差進(jìn)行補償，同時(shí)，通過(guò)2個(gè)壓力傳感器對進(jìn)、出II控制閥的壓力進(jìn)行檢測，通過(guò)控制器制定相應的進(jìn)II控制閥和出II控制閥的控制方法、相比于電液壓差補償方法，減少了信號檢測點(diǎn)，避免了閥芯位移檢測，增強了系統的魯棒性，便于變負載工況下控制策略的制定.便于今后在農業(yè)機械及工程機械中進(jìn)行推廣應用。
圖5 機液壓差補償方法
3 負載口獨立液壓系統設計
3.1 負載口獨立控制閥設計
根據前文所述，采用機液壓差補償方法，設計負載II獨立控制閥，原理圖和三維設計圖，如圖6所示。采用5個(gè)二位二通比例閥4作為主控制閥，可以實(shí)現相應的邏輯控制、多種中位機能以及流量再生功能;采用壓力補償器5補償進(jìn)II閥兩端的前后壓差，從而實(shí)現流量穩定控制;采用兩個(gè)二位三通換向閥2和梭閥6實(shí)現工作油腔的壓力傳遞到負載敏感口 LS ;采用兩個(gè)二次補油閥1，可以實(shí)現當液壓執行器兩腔吸空時(shí)進(jìn)行補油;采用保持閥3可以實(shí)現負載保持功能;除此以外，設置了兩個(gè)供油口,P1、p2，兩個(gè)負載敏感口 LS1 , LS2，兩個(gè)回油口 T1,T2，以及兩個(gè)測壓口Ma,Mb。
當A口進(jìn)油、B口回油時(shí)，其工作原理如下二位二通比例閥4.3、二位二通比例閥4.5、二位三通換向閥2.1、保持閥3同時(shí)打開(kāi)，則壓力油從供油}Ip.或P}進(jìn)油，經(jīng)過(guò)壓力補償器5，再經(jīng)過(guò)二位二通比例換向閥4.3達到All驅動(dòng)液壓執行器運動(dòng)，通過(guò)BI}回油，經(jīng)過(guò)保持閥3，再經(jīng)過(guò)二位二通比例閥4.5到回油I I T,,T=，同時(shí)，A I I工作壓力通過(guò)二位三通換向閥2.2和2.1，一路流入補償器5的比較II，另一路通過(guò)梭閥6流回負載敏感LS，或LS。
當B I I進(jìn)油、A I I回油時(shí)，其工作原理與上述工作原理相似所不同的是‘二位二通換向閥4.2和4.4工作。
圖6 負載ii獨立控制閥原理圖和三維設計圖
3.2多執行器負載口獨立液壓系統設計
以挖掘機工作機構為例，設計多執行器負載II獨立液壓系統，其他工程機械、農業(yè)機械與其類(lèi)似。挖掘機工作機構負載II獨立液壓系統原理圖和實(shí)物圖如圖7、圖8所示。
挖掘機的工作機構包括動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉，對的液壓驅動(dòng)執行器為動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓桿、鏟斗液壓缸和回轉馬達，對于負載獨立控制閥，最大的特點(diǎn)是其通用性，因此，可以選用同樣的負載II獨立控制閥進(jìn)行控制，如圖7所示，選用四組負載II獨立控制閥5.1 , 5.2 , 5.3和5.4分別控制動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓桿、鏟斗液壓缸和回轉馬達，并將四組閥的供油、負載敏感 LS與負載敏感變量泵7的出油Ip、負載敏感I LS分別相連，將四組閥的回油與油箱相連，從而構成了整個(gè)工作機構的負載II獨立液壓系統回路、
圖7 挖掘機工作機構負載i獨立液壓系統原理圖
圖8 挖掘機工作機構負載ii獨立液壓系統實(shí)物圖
4結論
針對電液壓差補償方法計算量大、方法復雜、成木高等缺點(diǎn)，分析了機液壓差補償方法的特點(diǎn)，根據機液壓差補償原理，采用5個(gè)二位二通比例閥作為主控制閥，選用壓力補償器對進(jìn)ii控制閥兩端的壓差進(jìn)行補償，配以梭閥、換向閥、過(guò)載補油閥等液壓輔助元件‘設計了基于機液壓差補償的負載ii獨立控制閥‘并以挖掘機的工作機構為例，設計了挖掘機多執行器負載ii獨立液壓系統，并制造與安裝了相關(guān)液壓元件，搭建了試驗平臺，為后續負載ii獨立液壓系統的控制特性研究提供了良好基礎。 |
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