換(huan)向(xiang)閥(fa)雙閥(fa)芯(xin)控(kong)制技(ji)術的使(shi)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)微處理(li)控(kong)制器(qi)、傳感器(qi)元(yuan)件(jian)成(cheng)本的下降(jiang)，控(kong)制技術的不斷(duan)完善，使得(de)雙(shuang)閥芯(xin)控(kong)制技術在工(gong)程機(ji)(ji)(ji)械領域得(de)以(yi)應(ying)用(yong)(yong)。英國(guo)Utronics公(gong)司利用(yong)(yong)自己的技術及(ji)專利優勢研制出(chu)雙(shuang)閥芯(xin)多(duo)路(lu)換向閥，已廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公(gong)司的挖(wa)(wa)掘機(ji)(ji)(ji)、*車、裝載(zai)機(ji)(ji)(ji)及(ji)挖(wa)(wa)掘裝載(zai)機(ji)(ji)(ji)等產品(pin)上。為適應(ying)中國(guo)工(gong)程機(ji)(ji)(ji)械產品(pin)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(ya)系統設計時(shi)為提(ti)高系統穩(wen)定性，減少負載變化對速(su)(su)度(du)的(de)(de)影響，要么(me)犧牲(sheng)部分我們(men)想實(shi)現的(de)(de)功(gong)能，要么(me)增(zeng)(zeng)加(jia)額外的(de)(de)液(ye)壓(ya)元(yuan)件，如調(diao)速(su)(su)閥、壓(ya)力控制閥等，通過增(zeng)(zeng)加(jia)阻尼(ni)，提(ti)高系統速(su)(su)度(du)剛度(du)來提(ti)高系統的(de)(de)穩(wen)定性。但是這樣(yang)元(yuan)件的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)又會降低(di)效率，浪費(fei)能源；還會使得整個系統的(de)(de)可(ke)*性降低(di)、增(zeng)(zeng)加(jia)成本(ben)。
（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)(xing)(xing)機(ji)構(gou)進(jin)出液(ye)壓(ya)(ya)油通過(guo)一根閥芯進(jin)行(xing)(xing)(xing)控制，單(dan)獨控制執(zhi)行(xing)(xing)(xing)機(ji)構(gou)兩側壓(ya)(ya)力是不可能的。因此，出油側背壓(ya)(ya)作用于執(zhi)行(xing)(xing)(xing)機(ji)構(gou)運動的反方(fang)向，隨(sui)著出油側背壓(ya)(ya)升高(gao)，為保質執(zhi)行(xing)(xing)(xing)機(ji)構(gou)的運動，必須提高(gao)進(jin)油側壓(ya)(ya)力。這(zhe)樣(yang)會使(shi)得液(ye)壓(ya)(ya)系統消耗(hao)的功能增加，效率低，發熱增加。
采用雙閥(fa)(fa)芯技術(shu)的液壓系統，由于執行(xing)機構進(jin)出(chu)油側閥(fa)(fa)口閥(fa)(fa)芯位置及(ji)控制方式各自獨立，互(hu)不影響，這(zhe)樣通(tong)過對兩閥(fa)(fa)芯控制方式的不同組合(he)，利(li)用軟件編程能很好(hao)解決(jue)傳統單閥(fa)(fa)系統不能解決(jue)的問題，同時還可以輕易實(shi)現傳統液壓系統中(zhong)難以實(shi)現的功能。
2、雙(shuang)閥(fa)芯換向閥(fa)的兩種基(ji)本控(kong)制(zhi)策略
由(you)于雙閥芯換向兩(liang)(liang)油(you)口(kou)控(kong)制的靈(ling)活性，兩(liang)(liang)油(you)口(kou)可分別采取(qu)流量(liang)控(kong)制、壓力控(kong)制或流量(liang)壓力控(kong)制。正面介(jie)紹兩(liang)(liang)種(zhong)簡單的控(kong)制策略。
（1）負載方向在(zai)整個工作過程中(zhong)保持(chi)不變(bian)
我們知道，對于汽車起(qi)重機(ji)、挖掘機(ji)、裝(zhuang)載機(ji)等(deng)而言，其(qi)在(zai)整個(ge)工作過程中負載方向始終維持不變。下面以起重機變幅(fu)液壓缸為例來探討雙(shuang)閥芯的(de)控制策略。
起重機(ji)變(bian)幅缸在工(gong)作(zuo)過程中(zhong)其受力(li)，負載(zai)方向始終保持不(bu)變(bian)，因此我們可以采取(qu)液壓缸有桿控用壓力(li)控制、無桿腔(qiang)用流量控制的(de)控制策略。
無桿(gan)腔流量控(kong)制(zhi)是通(tong)過檢測連(lian)接(jie)到無桿(gan)腔側閥前后兩側的壓(ya)(ya)差(cha)，再根(gen)據所需流入或流出(chu)流量的多(duo)少，計算出(chu)閥芯開口大(da)小；有桿(gan)腔側采(cai)用壓(ya)(ya)力控(kong)制(zhi)，使該側維持一個(ge)低值(zhi)的壓(ya)(ya)力，使得更加節能、高效。
由于我(wo)們在(zai)無桿腔采用了流量控(kong)制(zhi)，因此原控(kong)制(zhi)系統(tong)中所用的平衡(heng)(heng)閥(fa)可(ke)用一個液控(kong)單向(xiang)閥(fa)來代(dai)替。這樣可(ke)消除因平衡(heng)(heng)閥(fa)所帶來的系統(tong)不穩定，從而提高系統(tong)穩定性。
（2）負載方向在工(gong)作過程中(zhong)發生改變
在(zai)這種情況下，采取(qu)“進(jin)油側(ce)(ce)壓(ya)(ya)力控(kong)制，出油側(ce)(ce)流量(liang)控(kong)制”，在(zai)液壓(ya)(ya)缸有桿腔側(ce)(ce)用壓(ya)(ya)力控(kong)制，無(wu)桿腔側(ce)(ce)有流量(liang)控(kong)制。
如負載方(fang)(fang)向不變，由于(yu)出油側(ce)采取了(le)流量控(kong)制，我們(men)可(ke)將雙(shuang)向平衡閥(fa)用液控(kong)單向閥(fa)來替換(huan)，從而提(ti)高系統(tong)的穩定性。進(jin)油側(ce)用壓力(li)控(kong)制器來維(wei)持一個較低的參考(kao)壓力(li)，一方(fang)(fang)面提(ti)高系統(tong)效率(lv)，另一方(fang)(fang)面使系統(tong)不發生氣穴。
為(wei)了使(shi)負載方(fang)向(xiang)變(bian)(bian)化的(de)(de)工(gong)作機構能得到(dao)很(hen)好控制(zhi)(zhi)，另(ling)外一個PI控制(zhi)(zhi)器將(jiang)(jiang)被(bei)運用到(dao)有(you)(you)桿(gan)(gan)(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力控制(zhi)(zhi)器中，當負載方(fang)向(xiang)改變(bian)(bian)后，無(wu)桿(gan)(gan)(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力將(jiang)(jiang)減小；如果仍將(jiang)(jiang)有(you)(you)桿(gan)(gan)(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)維(wei)持一個很(hen)低(di)的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力，當負載很(hen)大時，液壓(ya)(ya)(ya)缸將(jiang)(jiang)向(xiang)反方(fang)向(xiang)運動。此時我們可用所增加的(de)(de)PI控制(zhi)(zhi)器監視無(wu)桿(gan)(gan)(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)壓(ya)(ya)(ya)力的(de)(de)變(bian)(bian)化，當PI控制(zhi)(zhi)器檢測到(dao)無(wu)桿(gan)(gan)(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)壓(ya)(ya)(ya)力低(di)于所設定的(de)(de)參考值時，將(jiang)(jiang)提高有(you)(you)桿(gan)(gan)(gan)(gan)腔(qiang)(qiang)壓(ya)(ya)(ya)力控制(zhi)(zhi)器所設定的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力，從而保證(zheng)系統的(de)(de)正常工(gong)作。
3、Ultronics液(ye)壓控制(zhi)系統
Ultronics公(gong)司是一(yi)家集(ji)設計、研究和制(zhi)造的電子(zi)液壓(ya)技(ji)(ji)術公(gong)司。其液壓(ya)控(kong)制(zhi)系統采用了CAN總線(xian)通信，雙閥芯控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)術，通過兩(liang)個閥芯的組合控(kong)制(zhi)，可實現對執行(xing)機構(gou)多種(zhong)控(kong)制(zhi)，以提高系統的穩定性(xing)，降低(di)能源損耗，同時還可使(shi)得(de)系統更加簡單，降低(di)成本，加快產(chan)品開發速度，這些都是傳統的電子(zi)系統所不(bu)能做(zuo)到的。
Ultronics控制系統的硬件(jian)一般由操(cao)縱手柄、電控單元ECU、調節閥、雙閥芯組(zu)和外(wai)接傳感(gan)器或開(kai)關等(deng)組(zu)成，其間通(tong)過CAN總線通(tong)信，液壓閥組(zu)為電控系統(tong)(tong)與液壓系統(tong)(tong)的交(jiao)匯點(dian)，系統(tong)(tong)的另一個重要組(zu)成部分就是(shi)軟件。
手柄為光(guang)電非接觸形式(shi)，最多可帶4個(ge)(ge)比(bi)例(li)輸(shu)出或2個(ge)(ge)比(bi)例(li)輸(shu)出和最多5個(ge)(ge)開(kai)關。開(kai)關有比(bi)例(li)式(shi)和自鎖式(shi)供選擇。其防護等(deng)級達到了IP67。手柄的延時特性、輸(shu)出曲(qu)線和死區等(deng)可通過專用軟(ruan)件JoyVal進行修改(gai)。
電控(kong)單(dan)元ECU其供(gong)電壓有12V和(he)24V兩(liang)種，25路(lu)和(he)50路(lu)兩(liang)種接(jie)(jie)口(kou)，提供(gong)模擬與數字輸入、輸出接(jie)(jie)口(kou)，同時該(gai)電控(kong)單(dan)元還提供(gong)了CAN信(xin)接(jie)(jie)口(kou)，使得(de)系統(tong)可以接(jie)(jie)收傳(chuan)感(gan)器或(huo)控(kong)制信(xin)號或(huo)與其它系統(tong)進行連接(jie)(jie)。ECU中存(cun)儲了系統(tong)控(kong)制所需的所有應(ying)用(yong)程序(xu)(xu)，該(gai)應(ying)用(yong)程序(xu)(xu)可將來自于手柄或(huo)連接(jie)(jie)于ECU上的其它器件和(he)信(xin)號（如傳(chuan)感(gan)器檢(jian)測(ce)信(xin)號、發(fa)動機控(kong)制系統(tong)信(xin)息等），經處理(li)后(hou)轉換(huan)成各(ge)個閥芯動作的指(zhi)令。
Ultronics控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統的(de)(de)關鍵在于(yu)其獨特的(de)(de)雙(shuang)閥芯控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)技術，每片閥有(you)(you)兩個(ge)閥芯，相當于(yu)將一個(ge)三(san)位四(si)通(tong)閥變成兩個(ge)三(san)位三(san)通(tong)閥的(de)(de)組合，兩個(ge)閥芯既可(ke)單(dan)獨控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，也可(ke)根(gen)據控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)邏輯進行(xing)成對(dui)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，并且(qie)兩個(ge)工作油口都有(you)(you)壓力(li)傳(chuan)感器，每一個(ge)閥芯都有(you)(you)位置傳(chuan)感器，通(tong)過(guo)對(dui)傳(chuan)感信號的(de)(de)閉環控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)可(ke)以分別對(dui)兩路液壓油的(de)(de)壓力(li)或流量進行(xing)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)，具有(you)(you)很高的(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)精度，通(tong)過(guo)不同的(de)(de)組合可(ke)以得到許許多多的(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方案，以滿足系統的(de)(de)需要。
每片閥(fa)(fa)(fa)都(dou)有(you)兩(liang)個(ge)完整的設置(zhi)(zhi)(zhi)好的混合信號ASIC（模(mo)擬型專用(yong)集成電(dian)路）和(he)一(yi)個(ge)RISC（精(jing)簡指令處理器）。這(zhe)些控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器給(gei)傳感(gan)器提供(gong)(gong)激勵和(he)補償、給(gei)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)傳動裝(zhuang)置(zhi)(zhi)(zhi)提供(gong)(gong)動力、提供(gong)(gong)閥(fa)(fa)(fa)芯控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)軟件以(yi)及CAN總線通信。閥(fa)(fa)(fa)芯動作控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)策略以(yi)及具(ju)體的參數(shu)可由用(yong)戶(hu)根(gen)據被控(kong)(kong)執行元件的要求進行設置(zhi)(zhi)(zhi)或修改。控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)閥(fa)(fa)(fa)接(jie)收到指令后(hou)，其(qi)內(nei)嵌式處理器就運行閥(fa)(fa)(fa)芯動作控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)軟件實現設定的機能(neng)，多個(ge)閥(fa)(fa)(fa)間的功能(neng)協調是(shi)由ECU完成的，從而(er)實現復雜的系統功能(neng)。這(zhe)種分(fen)級控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方式使系統的應用(yong)具(ju)有(you)非常(chang)好的靈活性，同時易(yi)于(yu)構建復雜的控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統。
Ultronics控制(zhi)(zhi)系統(tong)功(gong)能的(de)多樣(yang)性(xing)是(shi)通過應用軟件實現(xian)的(de)，通過有(you)針對性(xing)的(de)編制(zhi)(zhi)控制(zhi)(zhi)軟件。Ultronics控制(zhi)(zhi)系統(tong)可(ke)實現(xian)的(de)功(gong)能是(shi)極其廣泛的(de)。履(lv)帶挖掘機(ji)、輪式挖掘機(ji)、裝載(zai)機(ji)等先進機(ji)型在(zai)操作(zuo)(zuo)舒適(shi)性(xing)、作(zuo)(zuo)業效率、作(zuo)(zuo)業成本消耗、故障診(zhen)斷、環境保(bao)護等方面所做的(de)努力，比如發(fa)動機(ji)狀態(tai)與液壓系統(tong)的(de)適(shi)應控制(zhi)(zhi)、特定作(zuo)(zuo)業功(gong)能等，采(cai)用Ultronics系統(tong)都可(ke)實現(xian)。
總(zong)之，通過(guo)CAN總(zong)線通訊(xun)、獨特的(de)雙閥(fa)芯結構和壓力(li)(li)、位移傳感器的(de)應用(yong)以及壓力(li)(li)或流量的(de)閉環(huan)控(kong)制技(ji)術、Ultronics公司的(de)電子液壓控(kong)制系統使(shi)工程(cheng)機械控(kong)制系統在功能的(de)多(duo)樣性(xing)、實現(xian)的(de)靈活(huo)性(xing)、較低的(de)性(xing)價比以及控(kong)制理念、維修模式等諸多(duo)方面都將引發一次革命性(xing)的(de)變化。
