摘　要 ：簡要介紹了電容式壓力變送器液壓原理和組成部分，解析了雙閥芯好立設(shè)計(jì)和閥芯閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)。闡述了在多功能搶險救援車中減小壓力損失、復(fù)合動作流量分配模式的應(yīng)用。

 

多功能搶險救援車作為一種重型應(yīng)急救援車輛，主要應(yīng)用于地震、塌方、洪水、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生時，道路清障、堰塞湖疏通、廢墟清理、掩埋救援等方面，主要具有挖掘、起重、拖拽、推土清障功能，同時還配置多種作業(yè)機(jī)具，通過快換接頭實(shí)現(xiàn)破碎、抓取、剪切、切割等多種功能[1]。液壓主閥作為液壓系統(tǒng)的核心零部件，正確的選用液壓主閥直接關(guān)系到整機(jī)的操控性、復(fù)合動作協(xié)調(diào)性、可靠性、維護(hù)性。

 

1  電容式壓力變送器簡述

電容式壓力變送器是一種新型負(fù)載敏感電容式壓力變送器，主要特點(diǎn)有：集成控制器、采用雙閥芯好立設(shè)計(jì)、集成壓力和位移傳感器、支持CAN總線通信。電容式壓力變送器主要由進(jìn)油模塊和工作模塊組成，其中進(jìn)油模塊包括：溢流閥、減壓閥、先導(dǎo)閥、LS負(fù)載壓力反饋閥、位移傳感器、壓力傳感器；工作模塊包括：先導(dǎo)閥、主閥、二次溢流閥、位移傳感器、壓力傳感器，圖1為電容式壓力變送器液壓原理圖。

 

 

2  優(yōu)點(diǎn)解析

常規(guī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)出油口節(jié)流通過一根閥芯來控制，其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。閥芯的進(jìn)出油口開口對應(yīng)關(guān)系是固定不變的，在閥芯加工時就已經(jīng)確定，進(jìn)出油口的壓力和流量不能進(jìn)行好立控制，控制靈活性差，實(shí)現(xiàn)一些特殊功能需要額外增加液壓元件，客戶化設(shè)計(jì)互換性差，設(shè)計(jì)成本高。

 

雙閥芯好立設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作油路由兩個好立的閥芯控制，相當(dāng)于用兩個三維三通閥代替一個三位四通閥，兩個三位三通閥分別連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)出油口。雙閥芯的油路上設(shè)有薄膜壓力傳感器，同時還集成LVDT直線位移傳感器。通過對油路壓力傳感器和閥芯位移傳感器信號的閉環(huán)控制，可以準(zhǔn)確的對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓力和流量控制。采用雙閥芯好立設(shè)計(jì)的液壓主閥，通過對兩個好立閥芯的控制方式進(jìn)行組合，可以輕易的實(shí)現(xiàn)常規(guī)的單閥芯設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的功能。

 

雙閥芯好立設(shè)計(jì)的工作模式如下表所示 ：

 

 

電容式壓力變送器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括主控制器、控制手柄、電容式壓力變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制手柄發(fā)出控制信號到主控制器，集成在電容式壓力變送器上的子控制器接收到主控制器發(fā)出的指令，雙閥芯主閥在相應(yīng)的指令下控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)在對應(yīng)的模式下工作。其中主控制器和子控制器通過CAN總線進(jìn)行通信，支持J1939和CANOPEN兩種通信協(xié)議。電容式壓力變送器采用閉環(huán)控制，子控制器發(fā)出指令給先導(dǎo)閥芯，雙閥芯主閥在先導(dǎo)油的作用下執(zhí)行響應(yīng)的動作，同時集成在雙閥芯中的傳感器將主閥的壓力和位移信號反饋給子控制器，從而可以準(zhǔn)確的控制壓力和流量。

 

3電容式壓力變送器在多功能搶險救援車中的應(yīng)用

多功能搶險救援車液壓系統(tǒng)采用負(fù)載敏感系統(tǒng)，負(fù)載敏感泵補(bǔ)償壓力的設(shè)定必須與系統(tǒng)向匹配。補(bǔ)償壓力設(shè)定過小，閥芯的微動性能#好，但是會導(dǎo)致閥芯開到#大也無法使泵的排量達(dá)到#大，導(dǎo)致滿足不了負(fù)載#大速度要求；補(bǔ)償壓力值設(shè)定過大，導(dǎo)致閥芯還沒開到#大泵排量就已經(jīng)達(dá)到#大，因此閥芯的微動性能差，壓力損失大，發(fā)熱量大。

多功能搶險救援車中的LS壓力通過電容式壓力變送器中的LS負(fù)載反饋閥反饋給泵，該壓力根據(jù)實(shí)際要求通過專用軟件配置調(diào)節(jié)，負(fù)載壓力、泵出口壓力和LS壓力三者的關(guān)系如圖5所示。常規(guī)的負(fù)載敏感系統(tǒng)LS壓力等于#大的負(fù)載壓力，從圖5中可以看出，在滿足系統(tǒng)壓力補(bǔ)償設(shè)定值要求的前提下，使用電容式壓力變送器要比使用常規(guī)的負(fù)載敏感電容式壓力變送器節(jié)省壓力10bar。以流量Q=100L/min，效率η=0.85計(jì)算，節(jié)省的功率P=?P×Q/600/η=10×100/600/0.85=1.96kW。[2]

 

 

多功能救援車挖掘作業(yè)與液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程一樣，一個完整的作業(yè)過程包括：挖掘、滿載回轉(zhuǎn)、卸載、空載回轉(zhuǎn)[3]，具體復(fù)合動作分析如表 2 所示。

 

 

從表2中可以看出，挖掘作業(yè)時每個動作都需要至少兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)合動作，主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要頻繁啟動、換向、制動，沖擊和振動比較大，對復(fù)合動作協(xié)調(diào)性要求比較高，因此需要合理的分配復(fù)合動作的流量。目前負(fù)載敏感系統(tǒng)主要分為閥前和閥后補(bǔ)償兩種系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)流量飽和時，閥前補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)先滿足負(fù)載小的動作，這就會導(dǎo)致負(fù)載大的動作速度緩慢復(fù)合動作不協(xié)調(diào)；閥后補(bǔ)償系統(tǒng)所有復(fù)合動作速度等比例下降，沒有優(yōu)先功能，靈活性比較差。

電容式壓力變送器通過高級算法可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量飽和時復(fù)合動作多種流量分配模式，主要包括等比例下降、指定比例下降、等值下降、指定優(yōu)先等多種分配模式。一個的典型應(yīng)用90°回轉(zhuǎn)加動臂提升，即滿載回轉(zhuǎn)作業(yè)，動臂提升到指定位置時回轉(zhuǎn)正好轉(zhuǎn)過90°停在卸料的位置。已知系統(tǒng)總的流量為Q，運(yùn)動的時間為t，則：Q=Q1+Q2V1/Q1=Q2×1000/Vg×ηv=tQ1為動臂的流量，L/min；Q2為回轉(zhuǎn)的流量，L/min；V1為動臂提升到指定位置需要的油液容積，L；Vg為回轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量，ml/r。

通過計(jì)算可以得出回轉(zhuǎn)的和動臂各自需要的流量和比例關(guān)系。可以看出改變復(fù)合動作的之間的關(guān)系只需要對軟件程序進(jìn)行相關(guān)參數(shù)配置，就可以得到需要的效果，傳統(tǒng)的挖掘機(jī)復(fù)合動作流量分配一般出廠時就固定下來了，如果需要其它效果只能更換閥芯。同理其它的復(fù)合動作也可以根據(jù)相關(guān)計(jì)算得到理想的效果。需要特別主要的是，需要將系統(tǒng)的總流量反饋給電容式壓力變送器，判斷系統(tǒng)流量是否飽和。

 

4結(jié)語

電容式壓力變送器集成控制器，雙閥芯好立設(shè)計(jì)，集成壓力傳感器和位移傳感器，基于CAN總線通信，通過高級算法實(shí)現(xiàn)雙閥芯好立和協(xié)同控制，通過軟件配置實(shí)現(xiàn)客戶化，實(shí)時監(jiān)測機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，調(diào)試周期短，非常適合在新產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。