換向閥(fa)雙閥(fa)芯控制技術的使用
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(sui)著微(wei)處理(li)控(kong)制(zhi)器、傳感器元件成(cheng)本的(de)下降(jiang)，控(kong)制(zhi)技(ji)術的(de)不斷完善，使得雙閥芯(xin)(xin)控(kong)制(zhi)技(ji)術在工(gong)(gong)程機(ji)械(xie)領域(yu)得以應(ying)用。英國Utronics公司利用自己(ji)的(de)技(ji)術及專(zhuan)利優(you)勢(shi)研制(zhi)出雙閥芯(xin)(xin)多路換(huan)向閥，已廣泛應(ying)用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等(deng)公司的(de)挖掘機(ji)、*車、裝(zhuang)載(zai)機(ji)及挖掘裝(zhuang)載(zai)機(ji)等(deng)產(chan)品上。為適(shi)應(ying)中國工(gong)(gong)程機(ji)械(xie)產(chan)品對系統功能要求。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(ye)壓系(xi)統(tong)設計時為提高系(xi)統(tong)穩(wen)定性，減(jian)少負載(zai)變化對速(su)(su)度(du)的(de)影響，要么犧牲(sheng)部(bu)分我們想實現的(de)功能(neng)，要么增(zeng)加額外的(de)液(ye)壓元(yuan)件，如調速(su)(su)閥(fa)、壓力控制閥(fa)等，通(tong)過增(zeng)加阻尼，提高系(xi)統(tong)速(su)(su)度(du)剛度(du)來(lai)提高系(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定性。但是這樣元(yuan)件的(de)增(zeng)加又會降低效(xiao)率，浪費(fei)能(neng)源；還會使得整(zheng)個(ge)系(xi)統(tong)的(de)可(ke)*性降低、增(zeng)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(you)于執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構進出(chu)液(ye)壓油(you)(you)(you)通過(guo)一根閥芯(xin)進行(xing)控制，單獨控制執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構兩(liang)側(ce)(ce)壓力是(shi)不可能的(de)。因此(ci)，出(chu)油(you)(you)(you)側(ce)(ce)背壓作用于執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構運動的(de)反方向，隨著(zhu)出(chu)油(you)(you)(you)側(ce)(ce)背壓升高(gao)(gao)，為(wei)保(bao)質執(zhi)行(xing)機(ji)(ji)構的(de)運動，必(bi)須提(ti)高(gao)(gao)進油(you)(you)(you)側(ce)(ce)壓力。這樣(yang)會(hui)使(shi)得(de)液(ye)壓系(xi)統消耗(hao)的(de)功(gong)能增加(jia)，效率低(di)，發(fa)熱增加(jia)。
采(cai)用雙閥(fa)芯技(ji)術的(de)液壓系統(tong)，由于(yu)執(zhi)行機(ji)構進出(chu)油側閥(fa)口閥(fa)芯位置及控(kong)制方式各(ge)自獨立，互(hu)不影(ying)響，這樣通過對兩閥(fa)芯控(kong)制方式的(de)不同組合，利用軟件編程(cheng)能(neng)很(hen)好(hao)解(jie)決(jue)傳統(tong)單閥(fa)系統(tong)不能(neng)解(jie)決(jue)的(de)問題，同時還可以輕易實現傳統(tong)液壓系統(tong)中難以實現的(de)功(gong)能(neng)。
2、雙(shuang)閥(fa)芯換向閥(fa)的(de)兩(liang)種基本控制(zhi)策略
由(you)于雙(shuang)閥芯換向兩(liang)油(you)口控(kong)(kong)制(zhi)的靈活性，兩(liang)油(you)口可分(fen)別采(cai)取流量(liang)控(kong)(kong)制(zhi)、壓力控(kong)(kong)制(zhi)或流量(liang)壓力控(kong)(kong)制(zhi)。正面介(jie)紹(shao)兩(liang)種簡(jian)單的控(kong)(kong)制(zhi)策略。
（1）負載方向在整個工(gong)作過程中保持不變
我們知道，對于(yu)汽車起重機(ji)、挖掘機(ji)、裝載(zai)機(ji)等而(er)言，其(qi)在整個工作過程中負載(zai)方向始終維持(chi)不變(bian)。下面以起(qi)重機(ji)變(bian)幅液壓缸為例(li)來探討雙閥芯的控制策略。
起(qi)重機(ji)變幅缸(gang)在(zai)工作過程中其受力(li)，負載方向(xiang)始終(zhong)保(bao)持(chi)不變，因此我們可以采取液壓(ya)(ya)缸(gang)有桿控(kong)用壓(ya)(ya)力(li)控(kong)制(zhi)(zhi)、無桿腔用流量控(kong)制(zhi)(zhi)的控(kong)制(zhi)(zhi)策(ce)略。
無(wu)桿腔流(liu)量控(kong)制(zhi)是通(tong)過檢測連接到無(wu)桿腔側(ce)閥(fa)前后兩側(ce)的壓(ya)差，再根據所(suo)需(xu)流(liu)入(ru)或流(liu)出流(liu)量的多少，計算(suan)出閥(fa)芯開口大小；有桿腔側(ce)采用壓(ya)力(li)控(kong)制(zhi)，使(shi)(shi)該側(ce)維持(chi)一個低值的壓(ya)力(li)，使(shi)(shi)得更加節能、高效。
由于我們(men)在無桿(gan)腔采用(yong)了(le)流量控(kong)制，因此原控(kong)制系(xi)統(tong)中所用(yong)的平衡閥(fa)可用(yong)一個液控(kong)單向閥(fa)來(lai)代替。這樣可消除因平衡閥(fa)所帶來(lai)的系(xi)統(tong)不穩定(ding)，從而提高系(xi)統(tong)穩定(ding)性。
（2）負載方(fang)向在工作過程中(zhong)發生改(gai)變
在(zai)這種情(qing)況下，采取(qu)“進油(you)側壓力(li)控(kong)制(zhi)，出油(you)側流量控(kong)制(zhi)”，在(zai)液壓缸有桿腔側用壓力(li)控(kong)制(zhi)，無桿腔側有流量控(kong)制(zhi)。
如負載方向(xiang)不(bu)變，由于出油側采取了流量控制，我(wo)們可(ke)將(jiang)雙向(xiang)平衡閥用(yong)液(ye)控單向(xiang)閥來替換，從而提高系統的穩定性(xing)。進油側用(yong)壓力控制器來維(wei)持(chi)一個較低的參考壓力，一方面(mian)提高系統效率，另(ling)一方面(mian)使系統不(bu)發生氣(qi)穴(xue)。
為了使負(fu)載(zai)(zai)方(fang)向(xiang)變(bian)化的(de)(de)(de)(de)工作機構能得到(dao)很(hen)好控制(zhi)(zhi)，另外一(yi)個PI控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)將(jiang)被運用(yong)(yong)到(dao)有桿(gan)腔(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)中，當(dang)負(fu)載(zai)(zai)方(fang)向(xiang)改變(bian)后，無桿(gan)腔(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)將(jiang)減(jian)小；如果(guo)仍將(jiang)有桿(gan)腔(qiang)(qiang)維持一(yi)個很(hen)低的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)，當(dang)負(fu)載(zai)(zai)很(hen)大時(shi)，液壓(ya)(ya)缸將(jiang)向(xiang)反方(fang)向(xiang)運動。此時(shi)我們可用(yong)(yong)所(suo)增加的(de)(de)(de)(de)PI控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)監視無桿(gan)腔(qiang)(qiang)壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化，當(dang)PI控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)檢測到(dao)無桿(gan)腔(qiang)(qiang)壓(ya)(ya)力(li)(li)低于(yu)所(suo)設(she)定(ding)的(de)(de)(de)(de)參考值時(shi)，將(jiang)提(ti)高有桿(gan)腔(qiang)(qiang)壓(ya)(ya)力(li)(li)控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)所(suo)設(she)定(ding)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)，從(cong)而保證系統(tong)的(de)(de)(de)(de)正常工作。
3、Ultronics液壓控制系統(tong)
Ultronics公司是一家集(ji)設計、研究和(he)制(zhi)造(zao)的(de)電子(zi)液(ye)(ye)壓技術公司。其(qi)液(ye)(ye)壓控(kong)制(zhi)系統采用了CAN總線通(tong)信(xin)，雙閥芯控(kong)制(zhi)技術，通(tong)過兩(liang)個閥芯的(de)組合控(kong)制(zhi)，可(ke)實現對執行機構多種(zhong)控(kong)制(zhi)，以提(ti)高系統的(de)穩定(ding)性，降(jiang)低(di)能源損耗(hao)，同(tong)時(shi)還可(ke)使得系統更加(jia)簡單，降(jiang)低(di)成本，加(jia)快產(chan)品開發(fa)速度，這些都(dou)是傳統的(de)電子(zi)系統所不能做到的(de)。
Ultronics控(kong)制系統的(de)硬件一般由操縱手柄、電控(kong)單元ECU、調節閥、雙閥芯組(zu)和(he)外接(jie)傳感器或開(kai)關等組(zu)成，其(qi)間(jian)通(tong)過CAN總線通(tong)信，液(ye)壓閥(fa)組(zu)為電(dian)控(kong)系統與(yu)液(ye)壓系統的(de)交匯點，系統的(de)另(ling)一個重(zhong)要組(zu)成部(bu)分就是軟件。
手柄為光電(dian)非接觸形式(shi)(shi)，最多可帶4個(ge)(ge)(ge)比(bi)例(li)輸出或2個(ge)(ge)(ge)比(bi)例(li)輸出和(he)(he)最多5個(ge)(ge)(ge)開關(guan)。開關(guan)有(you)比(bi)例(li)式(shi)(shi)和(he)(he)自鎖式(shi)(shi)供(gong)選擇。其防護(hu)等(deng)級達到了IP67。手柄的延時特性、輸出曲線和(he)(he)死區等(deng)可通過專用軟件(jian)JoyVal進行(xing)修改。
電控(kong)單元ECU其(qi)供電壓有12V和24V兩種，25路(lu)和50路(lu)兩種接(jie)口，提供模(mo)擬與(yu)數字輸(shu)入、輸(shu)出(chu)接(jie)口，同時該電控(kong)單元還提供了(le)CAN信(xin)(xin)(xin)接(jie)口，使得系統可以接(jie)收傳(chuan)(chuan)感(gan)器或(huo)控(kong)制(zhi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)或(huo)與(yu)其(qi)它系統進(jin)行(xing)連接(jie)。ECU中存(cun)儲了(le)系統控(kong)制(zhi)所(suo)需的所(suo)有應用(yong)程序(xu)，該應用(yong)程序(xu)可將來自于手柄或(huo)連接(jie)于ECU上的其(qi)它器件和信(xin)(xin)(xin)號(hao)（如傳(chuan)(chuan)感(gan)器檢測信(xin)(xin)(xin)號(hao)、發動機控(kong)制(zhi)系統信(xin)(xin)(xin)息等(deng)），經處(chu)理后轉換成各個閥(fa)芯動作的指(zhi)令。
Ultronics控制(zhi)系統(tong)的(de)(de)關鍵在于其獨(du)特的(de)(de)雙閥(fa)芯(xin)(xin)控制(zhi)技術，每(mei)片閥(fa)有兩個(ge)閥(fa)芯(xin)(xin)，相當于將一(yi)個(ge)三位(wei)四通(tong)閥(fa)變成(cheng)兩個(ge)三位(wei)三通(tong)閥(fa)的(de)(de)組(zu)合，兩個(ge)閥(fa)芯(xin)(xin)既可單獨(du)控制(zhi)，也可根據控制(zhi)邏輯進(jin)行(xing)成(cheng)對控制(zhi)，并且兩個(ge)工作油口都(dou)有壓力傳感器，每(mei)一(yi)個(ge)閥(fa)芯(xin)(xin)都(dou)有位(wei)置傳感器，通(tong)過對傳感信(xin)號的(de)(de)閉環(huan)控制(zhi)可以分別對兩路液壓油的(de)(de)壓力或流(liu)量進(jin)行(xing)控制(zhi)，具有很高的(de)(de)控制(zhi)精(jing)度，通(tong)過不同的(de)(de)組(zu)合可以得到(dao)許(xu)許(xu)多(duo)(duo)多(duo)(duo)的(de)(de)控制(zhi)方(fang)案，以滿足系統(tong)的(de)(de)需要(yao)。
每片閥(fa)(fa)都有兩個完整的(de)(de)設置(zhi)好的(de)(de)混(hun)合信號ASIC（模(mo)擬型專用集成電路）和(he)一個RISC（精(jing)簡指令處理器）。這(zhe)些控(kong)制(zhi)(zhi)器給傳(chuan)感器提供(gong)(gong)激勵和(he)補償、給控(kong)制(zhi)(zhi)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)提供(gong)(gong)動(dong)力、提供(gong)(gong)閥(fa)(fa)芯控(kong)制(zhi)(zhi)軟件以及CAN總線通信。閥(fa)(fa)芯動(dong)作(zuo)控(kong)制(zhi)(zhi)策略以及具(ju)體的(de)(de)參數(shu)可由(you)用戶(hu)根據(ju)被控(kong)執行元件的(de)(de)要求進(jin)行設置(zhi)或修改。控(kong)制(zhi)(zhi)閥(fa)(fa)接收到指令后(hou)，其內嵌式處理器就運行閥(fa)(fa)芯動(dong)作(zuo)控(kong)制(zhi)(zhi)軟件實(shi)現(xian)設定的(de)(de)機能，多個閥(fa)(fa)間的(de)(de)功(gong)能協調(diao)是由(you)ECU完成的(de)(de)，從而實(shi)現(xian)復雜的(de)(de)系統功(gong)能。這(zhe)種分級控(kong)制(zhi)(zhi)方式使系統的(de)(de)應(ying)用具(ju)有非(fei)常好的(de)(de)靈(ling)活性，同時易于構建復雜的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)系統。
Ultronics控(kong)(kong)制系統(tong)(tong)功能(neng)的(de)(de)多樣性是(shi)通過(guo)應用軟(ruan)件(jian)實現(xian)的(de)(de)，通過(guo)有(you)針對性的(de)(de)編制控(kong)(kong)制軟(ruan)件(jian)。Ultronics控(kong)(kong)制系統(tong)(tong)可(ke)實現(xian)的(de)(de)功能(neng)是(shi)極其廣泛(fan)的(de)(de)。履(lv)帶挖掘機、輪式(shi)挖掘機、裝載機等(deng)先進機型在(zai)操作舒適性、作業效(xiao)率(lv)、作業成本(ben)消耗、故障診斷、環境(jing)保護(hu)等(deng)方面所做的(de)(de)努力，比如發動(dong)機狀態與液(ye)壓系統(tong)(tong)的(de)(de)適應控(kong)(kong)制、特定作業功能(neng)等(deng)，采用Ultronics系統(tong)(tong)都(dou)可(ke)實現(xian)。
總之(zhi)，通(tong)過(guo)CAN總線通(tong)訊(xun)、獨特的雙閥(fa)芯結構和壓力(li)、位(wei)移(yi)傳感器的應用以及(ji)壓力(li)或流量的閉環(huan)控(kong)制(zhi)技術、Ultronics公司的電子液壓控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)使(shi)工程(cheng)機(ji)械控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)在(zai)功能的多樣性(xing)、實(shi)現(xian)的靈活性(xing)、較低的性(xing)價比以及(ji)控(kong)制(zhi)理念、維修模式等諸多方面都將引發一次革命性(xing)的變化。
