換(huan)向閥雙閥芯(xin)控(kong)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(zhu)微處(chu)理控(kong)制(zhi)器(qi)、傳感器(qi)元件成本的(de)下降(jiang)，控(kong)制(zhi)技術(shu)的(de)不斷完(wan)善，使得(de)雙(shuang)閥(fa)芯(xin)(xin)控(kong)制(zhi)技術(shu)在工(gong)程(cheng)機械(xie)領域得(de)以應(ying)用(yong)。英國Utronics公司利用(yong)自己的(de)技術(shu)及專(zhuan)利優(you)勢(shi)研(yan)制(zhi)出雙(shuang)閥(fa)芯(xin)(xin)多路換(huan)向閥(fa)，已廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的(de)挖掘(jue)機、*車、裝載(zai)機及挖掘(jue)裝載(zai)機等產(chan)品上。為適應(ying)中國工(gong)程(cheng)機械(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(tong)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)壓系統(tong)設計時為提高系統(tong)穩定(ding)性，減少負(fu)載變(bian)化對速(su)度(du)的(de)影(ying)響，要(yao)么(me)犧牲(sheng)部分(fen)我們想實現(xian)的(de)功能(neng)，要(yao)么(me)增(zeng)(zeng)加(jia)額(e)外的(de)液(ye)壓元(yuan)件，如調速(su)閥、壓力控制閥等，通過增(zeng)(zeng)加(jia)阻(zu)尼，提高系統(tong)速(su)度(du)剛度(du)來提高系統(tong)的(de)穩定(ding)性。但是這(zhe)樣(yang)元(yuan)件的(de)增(zeng)(zeng)加(jia)又會降低(di)效率，浪費能(neng)源；還會使得整個系統(tong)的(de)可*性降低(di)、增(zeng)(zeng)加(jia)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)(zhi)行機(ji)構(gou)進出液壓(ya)油(you)通(tong)過一根閥芯進行控制，單獨控制執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)兩側(ce)(ce)壓(ya)力是不(bu)可能的(de)(de)。因此，出油(you)側(ce)(ce)背壓(ya)作用于執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)運動的(de)(de)反(fan)方向(xiang)，隨著出油(you)側(ce)(ce)背壓(ya)升高，為保質執(zhi)(zhi)行機(ji)構(gou)的(de)(de)運動，必(bi)須(xu)提高進油(you)側(ce)(ce)壓(ya)力。這樣會使(shi)得液壓(ya)系統消耗的(de)(de)功能增(zeng)(zeng)加，效(xiao)率低，發熱增(zeng)(zeng)加。
采用(yong)雙閥芯技(ji)術(shu)的(de)液壓(ya)系(xi)(xi)統(tong)，由于執行機(ji)構進出油側閥口閥芯位置(zhi)及(ji)控(kong)制方式各自獨立，互不(bu)影響，這樣(yang)通過對兩(liang)閥芯控(kong)制方式的(de)不(bu)同組(zu)合，利用(yong)軟件(jian)編(bian)程能很好解(jie)決傳統(tong)單閥系(xi)(xi)統(tong)不(bu)能解(jie)決的(de)問(wen)題，同時(shi)還可以輕易實現傳統(tong)液壓(ya)系(xi)(xi)統(tong)中難以實現的(de)功(gong)能。
2、雙閥芯換向閥的(de)兩種(zhong)基(ji)本(ben)控制(zhi)策(ce)略
由于雙閥芯(xin)換向兩(liang)油口控(kong)制(zhi)的(de)靈活性，兩(liang)油口可分別采取(qu)流量控(kong)制(zhi)、壓力控(kong)制(zhi)或流量壓力控(kong)制(zhi)。正面介(jie)紹兩(liang)種(zhong)簡單(dan)的(de)控(kong)制(zhi)策(ce)略。
（1）負載方向在整(zheng)個工作過程中保持不變(bian)
我(wo)們知道，對于汽車起重機(ji)、挖(wa)掘機(ji)、裝(zhuang)載機(ji)等而言(yan)，其在整個(ge)工(gong)作(zuo)過程中(zhong)負載方向始終維持(chi)不變(bian)。下(xia)面以起重機(ji)變(bian)幅液壓缸為(wei)例來探討雙閥芯(xin)的控(kong)制(zhi)策(ce)略。
起重機變幅缸在工作(zuo)過程中其(qi)受力(li)，負(fu)載方向始終保持不變，因此我們可(ke)以(yi)采(cai)取液(ye)壓(ya)缸有桿控(kong)用壓(ya)力(li)控(kong)制、無(wu)桿腔用流量控(kong)制的控(kong)制策略。
無桿(gan)(gan)(gan)腔(qiang)流量(liang)控制(zhi)是通過檢測連接到無桿(gan)(gan)(gan)腔(qiang)側(ce)閥前后兩側(ce)的壓差，再根據所(suo)需流入(ru)或流出流量(liang)的多(duo)少，計算出閥芯(xin)開(kai)口(kou)大小；有桿(gan)(gan)(gan)腔(qiang)側(ce)采用(yong)壓力控制(zhi)，使(shi)該側(ce)維持一個低值的壓力，使(shi)得更(geng)加節(jie)能、高效。
由于我們在無桿(gan)腔采用(yong)(yong)了流量控(kong)制，因此原控(kong)制系(xi)統(tong)中所用(yong)(yong)的平衡(heng)閥可(ke)(ke)用(yong)(yong)一(yi)個液控(kong)單向閥來(lai)代(dai)替。這樣(yang)可(ke)(ke)消除因平衡(heng)閥所帶來(lai)的系(xi)統(tong)不(bu)穩定，從(cong)而提高系(xi)統(tong)穩定性。
（2）負載方(fang)向在工作過程(cheng)中發生改變
在(zai)這(zhe)種情況(kuang)下，采取“進油側壓(ya)(ya)力控制(zhi)，出(chu)油側流量控制(zhi)”，在(zai)液壓(ya)(ya)缸有桿腔側用(yong)壓(ya)(ya)力控制(zhi)，無桿腔側有流量控制(zhi)。
如負(fu)載(zai)方(fang)向不變，由于出油(you)側(ce)采取了(le)流量控制(zhi)，我們(men)可將雙(shuang)向平衡閥(fa)用液控單向閥(fa)來(lai)替換(huan)，從而提高(gao)系(xi)統(tong)的(de)(de)穩(wen)定性。進油(you)側(ce)用壓力控制(zhi)器(qi)來(lai)維持一(yi)(yi)個(ge)較低(di)的(de)(de)參考壓力，一(yi)(yi)方(fang)面(mian)提高(gao)系(xi)統(tong)效率，另一(yi)(yi)方(fang)面(mian)使系(xi)統(tong)不發生(sheng)氣穴。
為(wei)了使負載方向(xiang)變(bian)(bian)化的(de)工作(zuo)機構能得(de)到很(hen)好控(kong)制(zhi)，另(ling)外一個PI控(kong)制(zhi)器將被運用到有(you)桿(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)的(de)壓力(li)控(kong)制(zhi)器中，當(dang)負載方向(xiang)改變(bian)(bian)后，無桿(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)的(de)壓力(li)將減小；如果仍將有(you)桿(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)維(wei)持(chi)一個很(hen)低的(de)壓力(li)，當(dang)負載很(hen)大時(shi)，液(ye)壓缸(gang)將向(xiang)反(fan)方向(xiang)運動。此時(shi)我們可用所(suo)增加(jia)的(de)PI控(kong)制(zhi)器監視(shi)無桿(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)壓力(li)的(de)變(bian)(bian)化，當(dang)PI控(kong)制(zhi)器檢測到無桿(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)壓力(li)低于所(suo)設定的(de)參考(kao)值時(shi)，將提高有(you)桿(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)壓力(li)控(kong)制(zhi)器所(suo)設定的(de)壓力(li)，從(cong)而保證(zheng)系統的(de)正(zheng)常工作(zuo)。
3、Ultronics液(ye)壓(ya)控制系統
Ultronics公(gong)司(si)(si)是(shi)一家(jia)集設計、研究和制(zhi)造的(de)電子液(ye)壓技術公(gong)司(si)(si)。其液(ye)壓控(kong)制(zhi)系統(tong)采(cai)用了(le)CAN總線通(tong)信，雙閥(fa)芯(xin)控(kong)制(zhi)技術，通(tong)過(guo)兩個閥(fa)芯(xin)的(de)組合控(kong)制(zhi)，可實現對執行機構多種控(kong)制(zhi)，以提(ti)高(gao)系統(tong)的(de)穩定性(xing)，降(jiang)低能源損(sun)耗，同時還可使得系統(tong)更加(jia)簡單(dan)，降(jiang)低成本，加(jia)快產品開發速(su)度，這些都是(shi)傳(chuan)統(tong)的(de)電子系統(tong)所不能做到的(de)。
Ultronics控制系(xi)統的硬件一(yi)般由(you)操縱(zong)手柄、電控單(dan)元ECU、調節閥、雙閥芯(xin)組(zu)(zu)和外接傳感器或開關等組(zu)(zu)成，其間通(tong)過CAN總線通(tong)信，液壓閥組(zu)(zu)為電(dian)控系統(tong)與(yu)液壓系統(tong)的交(jiao)匯點，系統(tong)的另一個(ge)重要(yao)組(zu)(zu)成部分就是軟件。
手柄(bing)為光電非接觸形式(shi)，最(zui)多可帶(dai)4個比例輸出(chu)或2個比例輸出(chu)和最(zui)多5個開關(guan)(guan)。開關(guan)(guan)有比例式(shi)和自鎖式(shi)供選擇。其(qi)防(fang)護(hu)等(deng)級達到(dao)了IP67。手柄(bing)的(de)延時特性(xing)、輸出(chu)曲線和死區等(deng)可通過專用軟件JoyVal進(jin)行修改(gai)。
電(dian)控(kong)(kong)單(dan)元ECU其供(gong)電(dian)壓有12V和24V兩種(zhong)，25路和50路兩種(zhong)接(jie)口(kou)，提(ti)供(gong)模擬與數字輸(shu)入、輸(shu)出接(jie)口(kou)，同時該電(dian)控(kong)(kong)單(dan)元還提(ti)供(gong)了CAN信接(jie)口(kou)，使得系(xi)統(tong)(tong)可(ke)(ke)以接(jie)收傳(chuan)感器或(huo)控(kong)(kong)制(zhi)信號(hao)或(huo)與其它系(xi)統(tong)(tong)進行連接(jie)。ECU中存儲了系(xi)統(tong)(tong)控(kong)(kong)制(zhi)所需的所有應(ying)用程序(xu)，該應(ying)用程序(xu)可(ke)(ke)將來自于(yu)手柄或(huo)連接(jie)于(yu)ECU上的其它器件和信號(hao)（如傳(chuan)感器檢測信號(hao)、發動機控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)信息等），經(jing)處理后轉換成各個(ge)閥(fa)芯動作的指(zhi)令。
Ultronics控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統的(de)(de)關鍵在于其獨特(te)的(de)(de)雙閥芯控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)技術，每(mei)片閥有兩個閥芯，相當于將(jiang)一(yi)個三位(wei)(wei)四(si)通閥變(bian)成(cheng)兩個三位(wei)(wei)三通閥的(de)(de)組合，兩個閥芯既可單獨控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，也可根(gen)據控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)邏輯(ji)進行成(cheng)對(dui)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，并且兩個工作油(you)口(kou)都(dou)(dou)有壓(ya)力傳(chuan)感器，每(mei)一(yi)個閥芯都(dou)(dou)有位(wei)(wei)置(zhi)傳(chuan)感器，通過對(dui)傳(chuan)感信號的(de)(de)閉環控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)可以(yi)(yi)分別對(dui)兩路液壓(ya)油(you)的(de)(de)壓(ya)力或流量進行控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)，具有很高的(de)(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)精度(du)，通過不(bu)同(tong)的(de)(de)組合可以(yi)(yi)得到許許多(duo)多(duo)的(de)(de)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)方案，以(yi)(yi)滿足系(xi)(xi)統的(de)(de)需要。
每片(pian)閥(fa)都有(you)兩個完整的(de)(de)(de)設置(zhi)好的(de)(de)(de)混(hun)合信(xin)號(hao)ASIC（模擬型專用集成電路(lu)）和(he)一(yi)個RISC（精簡(jian)指(zhi)令處(chu)理(li)器(qi)(qi)）。這(zhe)些控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(qi)給(gei)傳(chuan)感器(qi)(qi)提供激勵和(he)補償、給(gei)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)提供動(dong)力、提供閥(fa)芯(xin)(xin)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軟件以及CAN總(zong)線通(tong)信(xin)。閥(fa)芯(xin)(xin)動(dong)作(zuo)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)策略以及具體的(de)(de)(de)參數可由(you)用戶(hu)根(gen)據被控(kong)執(zhi)行(xing)元件的(de)(de)(de)要求進行(xing)設置(zhi)或修改。控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)閥(fa)接收到指(zhi)令后，其內嵌式(shi)處(chu)理(li)器(qi)(qi)就(jiu)運行(xing)閥(fa)芯(xin)(xin)動(dong)作(zuo)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)軟件實(shi)現設定的(de)(de)(de)機(ji)能，多個閥(fa)間的(de)(de)(de)功能協調(diao)是由(you)ECU完成的(de)(de)(de)，從(cong)而實(shi)現復(fu)雜的(de)(de)(de)系統(tong)功能。這(zhe)種分級(ji)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)方式(shi)使系統(tong)的(de)(de)(de)應用具有(you)非常好的(de)(de)(de)靈活性，同時易于構建復(fu)雜的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)。
Ultronics控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)功能的(de)(de)多樣性是(shi)通過應(ying)用軟(ruan)件實現的(de)(de)，通過有針對性的(de)(de)編制控(kong)制軟(ruan)件。Ultronics控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)可(ke)實現的(de)(de)功能是(shi)極其(qi)廣泛的(de)(de)。履帶挖(wa)掘(jue)機、輪式挖(wa)掘(jue)機、裝載機等(deng)(deng)先進機型在操作(zuo)舒適性、作(zuo)業(ye)效率(lv)、作(zuo)業(ye)成本消耗、故障診斷(duan)、環(huan)境保護(hu)等(deng)(deng)方面所(suo)做(zuo)的(de)(de)努力，比如發動(dong)機狀態(tai)與液壓系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)適應(ying)控(kong)制、特定作(zuo)業(ye)功能等(deng)(deng)，采用Ultronics系(xi)(xi)統(tong)都可(ke)實現。
總之，通過CAN總線通訊(xun)、獨特的(de)雙閥芯結構(gou)和壓力(li)、位移傳感器的(de)應用(yong)以(yi)及壓力(li)或流量的(de)閉環控(kong)制技術、Ultronics公(gong)司的(de)電子液壓控(kong)制系(xi)統使(shi)工程機械控(kong)制系(xi)統在功能的(de)多樣性(xing)(xing)、實現的(de)靈活(huo)性(xing)(xing)、較低的(de)性(xing)(xing)價比以(yi)及控(kong)制理(li)念、維修(xiu)模式(shi)等諸多方面都(dou)將引發一(yi)次革命性(xing)(xing)的(de)變化。
