換向閥的缺陷和控制策略

  傳統換向閥的進出油口控制通過一根閥芯來進行，兩油口聽開口對應關系早在閥芯設計加工時已確定，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，控制技術的不斷完善，使得雙閥芯控制技術在工程機械領域得以應用。英國Utronics公司利用自己的技術及優勢研制出雙閥芯多路換向閥，已廣泛應用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的挖掘機、*車、裝載機及挖掘裝載機等產品上。為適應中國工程機械產品對液壓系統功能要求。穩定性以及自動化控制程度的不斷提高，Utronics公司產品適時進入中國市場，現已初步完成廈工（5t）裝載機、詹陽（8t）挖掘機樣機調試并進入試驗階段。
    1、傳統單閥芯換向閥閥的缺陷

    傳統的單閥芯換向閥所組成的液壓系統難以合理解決好以下功能和控制之間存在的矛盾：

    （1）液壓系統設計時為提高系統穩定性，減少負載變化對速度的影響，要么犧牲部分我們想實現的功能，要么增加額外的液壓元件，如調速閥、壓力控制閥等，通過增加阻尼，提高系統速度剛度來提高系統的穩定性。但是這樣元件的增加又會降低效率，浪費能源；還會使得整個系統的可*性降低、增加成本。

    （2）由于換向結構的特殊性，使得用戶在實現某一功能時必須購買相應的液壓元件，再加上工程機械廠家會根據不同zui終用戶要求設計出相應的功能，這樣會造成生產廠家采購同類、多規格的液壓控制元件來滿足不同功能要求的需要，不利于產品通用化及產品管理，同時會大大提高產品成本.

    （3）由于執行機構進出液壓油通過一根閥芯進行控制，單獨控制執行機構兩側壓力是不可能的。因此，出油側背壓作用于執行機構運動的反方向，隨著出油側背壓升高，為保質執行機構的運動，必須提高進油側壓力。這樣會使得液壓系統消耗的功能增加，效率低，發熱增加。

    采用雙閥芯技術的液壓系統，由于執行機構進出油側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單閥系統不能解決的問題，同時還可以輕易實現傳統液壓系統中難以實現的功能。

    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閥前后兩側的壓差，再根據所需流入或流出流量的多少，計算出閥芯開口大小；有桿腔側采用壓力控制，使該側維持一個低值的壓力，使得更加節能、。

    由于我們在無桿腔采用了流量控制，因此原控制系統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不穩定，從而提高系統穩定性。

    （2）負載方向在工作過程中發生改變

    在這種情況下，采取“進油側壓力控制，出油側流量控制”，在液壓缸有桿腔側用壓力控制，無桿腔側有流量控制。

    如負載方向不變，由于出油側采取了流量控制，我們可將雙向平衡閥用液控單向閥來替換，從而提高系統的穩定性。進油側用壓力控制器來維持一個較低的參考壓力，一方面提高系統效率，另一方面使系統不發生氣穴。

    為了使負載方向變化的工作機構能得到很好控制，另外一個PI控制器將被運用到有桿腔的壓力控制器中，當負載方向改變后，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，當負載很大時，液壓缸將向反方向運動。此時我們可用所增加的PI控制器監視無桿腔壓力的變化，當PI控制器檢測到無桿腔壓力低于所設定的參考值時，將提高有桿腔壓力控制器所設定的壓力，從而保證系統的正常工作。