換向閥(fa)雙閥(fa)芯控制技術的(de)使用
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(wei)處理(li)控(kong)制(zhi)器、傳感器元件成本(ben)的下降，控(kong)制(zhi)技術(shu)的不斷(duan)完善，使得雙閥芯控(kong)制(zhi)技術(shu)在(zai)工程(cheng)機械領域得以(yi)應(ying)用(yong)。英國(guo)(guo)Utronics公(gong)司(si)利(li)用(yong)自己的技術(shu)及專利(li)優勢研制(zhi)出雙閥芯多(duo)路換向閥，已廣泛應(ying)用(yong)于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公(gong)司(si)的挖(wa)掘機、*車、裝(zhuang)載(zai)機及挖(wa)掘裝(zhuang)載(zai)機等產品(pin)上。為適應(ying)中國(guo)(guo)工程(cheng)機械產品(pin)對(dui)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(fa)芯換向閥(fa)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(tong)設計時為提高系統(tong)穩定性，減(jian)少負載變化對速(su)(su)度的影響，要么犧牲(sheng)部分我們想實現的功能(neng)，要么增加額外的液壓元件，如調(diao)速(su)(su)閥(fa)、壓力控制(zhi)閥(fa)等，通過增加阻尼(ni)，提高系統(tong)速(su)(su)度剛度來提高系統(tong)的穩定性。但是(shi)這樣元件的增加又會降低效率，浪(lang)費能(neng)源；還會使得(de)整個系統(tong)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最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(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構進(jin)(jin)出(chu)液壓油(you)(you)通過(guo)一根閥芯進(jin)(jin)行(xing)控制，單(dan)獨控制執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構兩側壓力(li)是不可能(neng)的(de)。因此(ci)，出(chu)油(you)(you)側背(bei)壓作用于執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構運(yun)動的(de)反方(fang)向，隨著出(chu)油(you)(you)側背(bei)壓升高，為保(bao)質(zhi)執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構的(de)運(yun)動，必須提高進(jin)(jin)油(you)(you)側壓力(li)。這樣(yang)會使(shi)得液壓系統消耗的(de)功(gong)能(neng)增(zeng)加(jia)，效率低，發熱增(zeng)加(jia)。
采用(yong)雙閥(fa)芯(xin)技術(shu)的(de)液壓系(xi)(xi)統(tong)，由于執行機構(gou)進出(chu)油(you)側閥(fa)口閥(fa)芯(xin)位置及控(kong)制方式各(ge)自獨立(li)，互(hu)不(bu)影響，這樣通過(guo)對兩閥(fa)芯(xin)控(kong)制方式的(de)不(bu)同組合，利用(yong)軟件(jian)編(bian)程(cheng)能很好解決傳統(tong)單閥(fa)系(xi)(xi)統(tong)不(bu)能解決的(de)問題，同時(shi)還(huan)可以輕(qing)易(yi)實(shi)現傳統(tong)液壓系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)難(nan)以實(shi)現的(de)功能。
2、雙閥(fa)芯換向閥(fa)的兩種(zhong)基本(ben)控制策略
由(you)于雙閥芯換向兩(liang)油口(kou)控制(zhi)的靈活性，兩(liang)油口(kou)可分別(bie)采取流(liu)量(liang)控制(zhi)、壓力控制(zhi)或流(liu)量(liang)壓力控制(zhi)。正(zheng)面(mian)介紹兩(liang)種簡單的控制(zhi)策略(lve)。
（1）負載方向(xiang)在整個工作過(guo)程(cheng)中保持不變
我們知道，對于(yu)汽車起重機、挖(wa)掘機、裝載機等而言，其在(zai)整個工作過程中負載方向(xiang)始終維持(chi)不變。下面以(yi)起(qi)重(zhong)機(ji)變幅液壓缸為例來探討雙閥芯(xin)的控(kong)制策略。
起(qi)重機變幅缸(gang)在工(gong)作過程中其受力，負載(zai)方向始終保持不(bu)變，因此(ci)我們可以采(cai)取液(ye)壓(ya)缸(gang)有桿控用壓(ya)力控制、無(wu)桿腔(qiang)用流量控制的控制策略。
無(wu)桿腔流(liu)(liu)量(liang)控(kong)(kong)制是通(tong)過檢(jian)測連(lian)接(jie)到無(wu)桿腔側閥前后(hou)兩側的壓差，再(zai)根據所需流(liu)(liu)入或流(liu)(liu)出(chu)(chu)流(liu)(liu)量(liang)的多少，計算(suan)出(chu)(chu)閥芯(xin)開(kai)口大小(xiao)；有桿腔側采(cai)用(yong)壓力控(kong)(kong)制，使(shi)該側維持(chi)一個(ge)低值的壓力，使(shi)得更加節能、高效(xiao)。
由于我們在無桿腔采用了流量控(kong)(kong)制，因此原控(kong)(kong)制系(xi)(xi)統(tong)中所(suo)用的(de)平衡(heng)閥(fa)可用一個液(ye)控(kong)(kong)單向閥(fa)來代替。這樣可消(xiao)除因平衡(heng)閥(fa)所(suo)帶來的(de)系(xi)(xi)統(tong)不穩定，從而提高系(xi)(xi)統(tong)穩定性。
（2）負(fu)載方向在工作過程中(zhong)發(fa)生改變
在(zai)這種情況下，采(cai)取“進(jin)油(you)側(ce)(ce)壓(ya)力控(kong)制(zhi)，出油(you)側(ce)(ce)流量控(kong)制(zhi)”，在(zai)液(ye)壓(ya)缸有(you)(you)桿(gan)腔側(ce)(ce)用壓(ya)力控(kong)制(zhi)，無桿(gan)腔側(ce)(ce)有(you)(you)流量控(kong)制(zhi)。
如負載方(fang)向(xiang)不變(bian)，由于(yu)出(chu)油側采取了流(liu)量控制(zhi)，我們可將雙向(xiang)平衡閥(fa)用(yong)液控單向(xiang)閥(fa)來替換，從而提高系統(tong)的穩定(ding)性(xing)。進油側用(yong)壓(ya)力(li)(li)控制(zhi)器來維(wei)持(chi)一(yi)個(ge)較低的參考壓(ya)力(li)(li)，一(yi)方(fang)面提高系統(tong)效率，另一(yi)方(fang)面使系統(tong)不發生氣穴。
為了(le)使負載(zai)方向變(bian)(bian)化的(de)工(gong)作機構能(neng)得(de)到很(hen)好控(kong)(kong)制(zhi)，另外一個(ge)PI控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)將被運(yun)用(yong)到有(you)桿(gan)腔(qiang)的(de)壓(ya)力(li)(li)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)中(zhong)，當(dang)負載(zai)方向改變(bian)(bian)后(hou)，無(wu)桿(gan)腔(qiang)的(de)壓(ya)力(li)(li)將減小；如(ru)果仍將有(you)桿(gan)腔(qiang)維(wei)持一個(ge)很(hen)低(di)的(de)壓(ya)力(li)(li)，當(dang)負載(zai)很(hen)大時，液壓(ya)缸將向反(fan)方向運(yun)動。此時我們(men)可(ke)用(yong)所(suo)增加(jia)的(de)PI控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)監視無(wu)桿(gan)腔(qiang)壓(ya)力(li)(li)的(de)變(bian)(bian)化，當(dang)PI控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)檢測到無(wu)桿(gan)腔(qiang)壓(ya)力(li)(li)低(di)于所(suo)設定的(de)參考值時，將提高(gao)有(you)桿(gan)腔(qiang)壓(ya)力(li)(li)控(kong)(kong)制(zhi)器(qi)所(suo)設定的(de)壓(ya)力(li)(li)，從而保證系(xi)統的(de)正常(chang)工(gong)作。
3、Ultronics液壓(ya)控制系統
Ultronics公(gong)司是一家集設計、研究和(he)制(zhi)造的電(dian)子液(ye)壓技(ji)術公(gong)司。其(qi)液(ye)壓控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)采用了CAN總線(xian)通信，雙閥芯控(kong)制(zhi)技(ji)術，通過(guo)兩個閥芯的組合控(kong)制(zhi)，可實現對(dui)執行機構多(duo)種控(kong)制(zhi)，以提高(gao)系統(tong)(tong)的穩定性，降低(di)能源(yuan)損耗，同時還可使得系統(tong)(tong)更加(jia)簡單，降低(di)成本(ben)，加(jia)快產品開發速度，這些都是傳統(tong)(tong)的電(dian)子系統(tong)(tong)所(suo)不能做到的。
Ultronics控(kong)制系統的硬件一(yi)般由操縱手柄、電控(kong)單元ECU、調節閥、雙閥芯組(zu)和外(wai)接傳感器或開(kai)關等組(zu)成，其間(jian)通過CAN總線(xian)通信，液壓閥(fa)組(zu)為電控系統與液壓系統的交匯點，系統的另一(yi)個重要組(zu)成部分(fen)就(jiu)是軟(ruan)件(jian)。
手(shou)柄為光電非(fei)接觸形式(shi)，最多可(ke)帶4個比例(li)輸出或2個比例(li)輸出和最多5個開關。開關有比例(li)式(shi)和自鎖式(shi)供選擇。其防護等(deng)級達(da)到了IP67。手(shou)柄的(de)延時特(te)性、輸出曲線和死區等(deng)可(ke)通過專用軟件JoyVal進行修改。
電控(kong)(kong)單(dan)元ECU其(qi)供(gong)電壓有12V和(he)24V兩種(zhong)，25路和(he)50路兩種(zhong)接口，提(ti)(ti)供(gong)模擬與(yu)(yu)數(shu)字輸入、輸出接口，同時該電控(kong)(kong)單(dan)元還提(ti)(ti)供(gong)了(le)CAN信(xin)接口，使得系統(tong)可以接收(shou)傳(chuan)感器(qi)或(huo)控(kong)(kong)制信(xin)號或(huo)與(yu)(yu)其(qi)它(ta)系統(tong)進行連接。ECU中存儲(chu)了(le)系統(tong)控(kong)(kong)制所需的所有應(ying)用程序(xu)，該應(ying)用程序(xu)可將來自(zi)于手柄或(huo)連接于ECU上的其(qi)它(ta)器(qi)件(jian)和(he)信(xin)號（如傳(chuan)感器(qi)檢(jian)測信(xin)號、發動機控(kong)(kong)制系統(tong)信(xin)息等），經處理后轉換成各(ge)個閥芯(xin)動作的指令(ling)。
Ultronics控(kong)制(zhi)(zhi)系統的(de)(de)(de)關鍵(jian)在于(yu)其獨特的(de)(de)(de)雙閥芯(xin)(xin)(xin)控(kong)制(zhi)(zhi)技術，每片閥有兩(liang)(liang)個(ge)閥芯(xin)(xin)(xin)，相(xiang)當(dang)于(yu)將一個(ge)三位四通(tong)閥變(bian)成兩(liang)(liang)個(ge)三位三通(tong)閥的(de)(de)(de)組(zu)合(he)，兩(liang)(liang)個(ge)閥芯(xin)(xin)(xin)既可單獨控(kong)制(zhi)(zhi)，也可根據控(kong)制(zhi)(zhi)邏輯進行(xing)成對控(kong)制(zhi)(zhi)，并且(qie)兩(liang)(liang)個(ge)工作(zuo)油(you)口都有壓力(li)傳(chuan)感器(qi)，每一個(ge)閥芯(xin)(xin)(xin)都有位置(zhi)傳(chuan)感器(qi)，通(tong)過(guo)對傳(chuan)感信號的(de)(de)(de)閉環控(kong)制(zhi)(zhi)可以(yi)分別(bie)對兩(liang)(liang)路液壓油(you)的(de)(de)(de)壓力(li)或流量進行(xing)控(kong)制(zhi)(zhi)，具有很高(gao)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)精度，通(tong)過(guo)不同(tong)的(de)(de)(de)組(zu)合(he)可以(yi)得到許(xu)許(xu)多多的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)方案(an)，以(yi)滿足(zu)系統的(de)(de)(de)需要。
每片(pian)閥(fa)都有兩個完整(zheng)的(de)設(she)置(zhi)好的(de)混合信(xin)號ASIC（模擬型專用(yong)(yong)集(ji)成電路）和(he)一個RISC（精簡指令處理(li)器）。這(zhe)些控制(zhi)器給(gei)傳感器提供激(ji)勵和(he)補(bu)償、給(gei)控制(zhi)傳動(dong)裝置(zhi)提供動(dong)力、提供閥(fa)芯(xin)控制(zhi)軟(ruan)件(jian)(jian)以及(ji)CAN總(zong)線(xian)通信(xin)。閥(fa)芯(xin)動(dong)作(zuo)控制(zhi)策略以及(ji)具體的(de)參數(shu)可由(you)用(yong)(yong)戶根據被控執行元件(jian)(jian)的(de)要(yao)求進行設(she)置(zhi)或修改。控制(zhi)閥(fa)接收到(dao)指令后，其內(nei)嵌式處理(li)器就運(yun)行閥(fa)芯(xin)動(dong)作(zuo)控制(zhi)軟(ruan)件(jian)(jian)實現設(she)定的(de)機能(neng)，多個閥(fa)間(jian)的(de)功(gong)能(neng)協(xie)調(diao)是由(you)ECU完成的(de)，從而實現復雜的(de)系統(tong)(tong)(tong)功(gong)能(neng)。這(zhe)種(zhong)分級控制(zhi)方式使系統(tong)(tong)(tong)的(de)應用(yong)(yong)具有非常好的(de)靈(ling)活性(xing)，同時易于構建復雜的(de)控制(zhi)系統(tong)(tong)(tong)。
Ultronics控制(zhi)系(xi)(xi)統功能的(de)(de)多樣(yang)性是通(tong)過(guo)應(ying)用軟件(jian)實現(xian)的(de)(de)，通(tong)過(guo)有針對性的(de)(de)編(bian)制(zhi)控制(zhi)軟件(jian)。Ultronics控制(zhi)系(xi)(xi)統可(ke)實現(xian)的(de)(de)功能是極其廣泛的(de)(de)。履帶(dai)挖(wa)掘機、輪式(shi)挖(wa)掘機、裝載(zai)機等(deng)先進機型在操作舒適性、作業效率、作業成(cheng)本消耗、故障診斷(duan)、環境保護等(deng)方面所(suo)做的(de)(de)努力，比如(ru)發動機狀態與(yu)液壓系(xi)(xi)統的(de)(de)適應(ying)控制(zhi)、特定(ding)作業功能等(deng)，采用Ultronics系(xi)(xi)統都(dou)可(ke)實現(xian)。
總之，通(tong)(tong)過CAN總線通(tong)(tong)訊、獨特的(de)雙閥(fa)芯結構和壓(ya)力(li)、位移傳感器(qi)的(de)應(ying)用以及壓(ya)力(li)或流量(liang)的(de)閉環控(kong)制(zhi)(zhi)技術(shu)、Ultronics公司的(de)電(dian)子液壓(ya)控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)使工程(cheng)機械(xie)控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)在功(gong)能的(de)多(duo)樣性、實現的(de)靈活性、較(jiao)低的(de)性價比以及控(kong)制(zhi)(zhi)理念、維(wei)修模式等諸多(duo)方面都將引(yin)發一(yi)次革命性的(de)變(bian)化。
