工程機械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配研究

董家威 王換男

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和工程技術(shù)水平的提高，工業(yè)生產(chǎn)對工程機械操作舒適性提出更高要求。因此，為提升工程機械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配實效性，本文立足于該系統(tǒng)先導(dǎo)匹配重要性，總結(jié)匹配原則、提供計算工作，實現(xiàn)系統(tǒng)控制效果的改善。

關(guān)鍵詞：工程機械電控系統(tǒng);先導(dǎo)匹配;比例閥;額定流量

引言：工程機械電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)對多個系統(tǒng)的控制，例如蓄電池、照明及信號系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)等。因此，落實先導(dǎo)匹配工作對后續(xù)控制工作和指令的實施具有直接影響意義，為此，研究工程機械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配是十分必要的。

1.探討工程機械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配重要性

在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的時代背景下，工業(yè)的快速發(fā)展使得用戶對工程機械的操作要求逐漸提高，尤其是機械操作舒適性要求，在工程機械領(lǐng)域，電氣控制系統(tǒng)已的應(yīng)用愈加廣泛，已成為一種必然趨勢。在電氣控制系統(tǒng)實際使用過程中，需要與工程機械相結(jié)合，那么在工程機械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用過程中，先導(dǎo)部分作為重要環(huán)節(jié)，應(yīng)與比例閥進行精準匹配。在對其進行控制時，主要依托于控制器對比例閥電壓或是電流的比例輸入進行控制得以實現(xiàn)，為獲得理想調(diào)壓曲線，需要做到比例閥的科學(xué)選型，主要根據(jù)先導(dǎo)比例閥匹配原則以及相關(guān)計算公式，從而保證比例閥選擇的科學(xué)合理性，進而保證電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運作。由此可見，比例閥相關(guān)計算與選擇對工程機械電控系統(tǒng)運作具有極強現(xiàn)實意義。

2.研究工程機械電控系統(tǒng)的先導(dǎo)匹配

2.1工程機械電控系統(tǒng)原理

在工程機械電氣控制系統(tǒng)運行過程中，主要涉及油箱、變速泵、精濾器、電控變速閥、離合器、前進和后退檔離合器、先導(dǎo)過濾器、過濾裝置、比例電磁閥、主閥以及壓力開關(guān)。在實際運行過程中，比例溢流閥是各個檔位的先導(dǎo)，具有極強獨立性，在調(diào)壓過程中互不干擾。壓力開關(guān)信號主要對充油時間進行控制，當(dāng)比例溢流閥斷電后，先導(dǎo)為溢流狀態(tài)，在復(fù)位彈簧的作用下，主閥芯為初始位置，主油路油液無法通至離合器，整機處于未接入檔位的狀態(tài)。但比例溢流閥處于通電狀態(tài)時，先導(dǎo)則轉(zhuǎn)變?yōu)榉且缌鳡顟B(tài)，在先導(dǎo)壓力的作用下，主閥芯位置變換，在該情況下主油路油液可以順利通至離合器，整機處于接入檔位狀態(tài)。對于方向和速度的控制，各個比例溢流閥各有一個通電，整車以標(biāo)準檔位行駛[1]。

2.2工程電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配計算

當(dāng)比例閥處于不通電狀態(tài)時，先導(dǎo)油則處于溢流狀態(tài)，進而導(dǎo)致資源、能量不必要的損失，所以，在對工程機械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配進行計算與設(shè)計時，應(yīng)對相應(yīng)結(jié)構(gòu)限制先導(dǎo)流量進行設(shè)計，主要涉及閥體、螺塞、兩個節(jié)流孔以及先導(dǎo)油腔。在該結(jié)構(gòu)中，油液在經(jīng)過變數(shù)濾芯過濾后，會先后流經(jīng)兩個節(jié)流孔，然后進入先導(dǎo)油腔。為更好計算電控變速系統(tǒng)先導(dǎo)匹配，將閥體孔徑Dk設(shè)定為7.4mm，兩個節(jié)流孔中的b節(jié)流孔為0.5mm，螺塞直徑DL為7mm，在該情況下，閥體孔徑與螺塞之間的距離為0.2mm，相較于節(jié)流孔b0.5mm的孔徑，需要增設(shè)節(jié)流孔a，發(fā)揮間隙過濾的作用，從而實現(xiàn)對節(jié)流孔b的有效保護。在對節(jié)流孔a通流面積Aa進行計算時，計算公式為：Aa=π（Dk2-DL2）/4，在上述參數(shù)下，即Aa=π（7.42-72）/4=4.52（mm2）。環(huán)形節(jié)流孔a與直徑為Da的圓形節(jié)流孔等效，即通流面積相同，那么公式為：，在上述參數(shù)下，節(jié)流孔a的孔徑為2.4mm。

在該系統(tǒng)中，共有5個檔位，無論哪一控制檔位，其先導(dǎo)比例閥都相同，為此，在對先導(dǎo)匹配進行設(shè)計時，分析其中一檔先導(dǎo)油路即可。當(dāng)比例溢流閥處于停電狀態(tài)時，閥芯是打開狀態(tài)，當(dāng)相關(guān)指令下發(fā)后，按照指定電流通電，那么閥芯會進行相應(yīng)的閉合，對于該環(huán)節(jié)，可將其簡化為可變節(jié)流孔。在具體設(shè)計過程中，為降低背壓，當(dāng)不通電時，先導(dǎo)流量應(yīng)完全卸載，從而降低不良因素對主閥芯的影響。在確定先導(dǎo)背壓后，根據(jù)樣本曲線得到不通電狀態(tài)下比例溢流閥的流量與壓差關(guān)系。在該關(guān)系下，可以對比例溢流閥的通流面積Ac進行計算，公式為：。其中，Qc為先導(dǎo)油路流量（m3/S）;△Pf為比例閥在斷電情況下的進出口壓差，C為流量系數(shù)，該系統(tǒng)往往處于0.6-0.65范圍內(nèi);ρ為油液密度，為便于研究，參數(shù)為900kg/m3。以比例閥流量Qc為5L/min為例，當(dāng)其壓降為1bar時，Ac為5.25mm2，當(dāng)比例閥處于斷電狀態(tài)時，油液通流直徑dc為2.585mm，油液流經(jīng)節(jié)流孔a、節(jié)流孔b、節(jié)流孔c的流量相同，即Qa=Qb=Qc，那么△Pc=（Aa2/Ac2）△Pa;△Pb=（Aa2/Ab2）△Pa。在對其他壓力損失忽略不計的情況下，液油流經(jīng)節(jié)流孔a、節(jié)流孔b、節(jié)流孔c的過程中，出現(xiàn)的壓差為33bar，因此，△Pa+△Pb+△Pc=△Pa+（Aa2/Ab2）△Pa+（Aa2/Ac2）△Pa=33（bar）。在該情況下，△Pa=33/（1+Aa2/Ab2+Aa2/Ac2），即0.062bar;△Pb為32.89bar，△Pc為0.048bar。

通過上述計算可知，當(dāng)比例閥以及節(jié)流孔a處于斷電狀態(tài)時，通流出不具備較大壓差，因此，在該系統(tǒng)分析過程中可以忽略不計。因此，當(dāng)比例閥處于斷電狀態(tài)且閥芯全部打開時，先導(dǎo)油路的流量與節(jié)流孔b的流量相同，公式為：，即0.6292（L/min）。在獲得該參數(shù)后，先導(dǎo)油路流量的選取應(yīng)比所選的比例閥額定流量小，進而保證工程機械電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運作。除此之外，為保證穩(wěn)定的先導(dǎo)壓力，相較于比例閥性能測試時施加的流量，工程機械電控系統(tǒng)提供的先導(dǎo)流量應(yīng)更大一些。只要在該情況下，工程機械電控系統(tǒng)先導(dǎo)比例閥在匹配時，才能夠?qū)崿F(xiàn)電流控制范圍的擴大，提高先導(dǎo)壓力穩(wěn)定性，從而為工程機械電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運作奠定良好基礎(chǔ)[2]。

結(jié)論：綜上所述，工程機械電控系統(tǒng)在進行先導(dǎo)比例閥匹配作業(yè)時，相關(guān)工作人員應(yīng)以系統(tǒng)壓力為基礎(chǔ)，科學(xué)確定比例閥壓力范圍，為提升系統(tǒng)控制效果，在比例閥壓力變化范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能大的控制電流范圍，并根據(jù)比例閥合理匹配想到流量，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定運作。

參考文獻：

[1] 夏曉雷. 關(guān)于工程機械CAN通信的電控系統(tǒng)設(shè)計的研究[J]. 信息通信，2019（9）：200-201.

[2] 崔超康. 工程機械數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用[D]. 河南：鄭州大學(xué)，2018.

（1.沈陽理工大學(xué)工程實踐中心，遼寧 沈陽 110065;2.沈陽韻騰機電設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽 110065）