換向閥的缺陷和控制策略

  傳統(tǒng)換向閥的進出油口控制通過一根閥芯來進行，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行獨立控制，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、*車、裝載機及挖掘裝載機等產(chǎn)品上。為適應(yīng)中國工程機械產(chǎn)品對液壓系統(tǒng)功能要求。穩(wěn)定性以及自動化控制程度的不斷提高，Utronics公司產(chǎn)品適時進入中國市場，現(xiàn)已初步完成廈工（5t）裝載機、詹陽（8t）挖掘機樣機調(diào)試并進入試驗階段。
    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，浪費能源；還會使得整個系統(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，再加上工程機械廠家會根據(jù)不同zui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)行機構(gòu)進出液壓油通過一根閥芯進行控制，單獨控制執(zhí)行機構(gòu)兩側(cè)壓力是不可能的。因此，出油側(cè)背壓作用于執(zhí)行機構(gòu)運動的反方向，隨著出油側(cè)背壓升高，為保質(zhì)執(zhí)行機構(gòu)的運動，必須提高進油側(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)行機構(gòu)進出油側(cè)閥口閥芯位置及控制方式各自獨立，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、挖掘機、裝載機等而言，其液壓缸在整個工作過程中負(fù)載方向始終維持不變。下面以起重機變幅液壓缸為例來探討雙閥芯的控制策略。

    起重機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構(gòu)能得到很好控制，另外一個PI控制器將被運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。