(聊城大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，山東 聊 城 2 52059)

電液比例控制技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的機(jī)電傳動(dòng)控制的一門(mén)新技術(shù)，其使用方便，試用面廣，抗干擾能力強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高。同時(shí)，在液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，電液比例控制也是繼電液伺服控制之后電液控制的又一大重要進(jìn)展。電液伺服技術(shù)首先用于航空，繼而用于一些重要工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)控制，迄今己臻成熟，在國(guó)內(nèi)的各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。自60年代末期開(kāi)始，電液比例技術(shù)得到了迅速發(fā)展。本文針對(duì)電液比例控制應(yīng)用中電液比例閥的工作原理，對(duì)比例閥的負(fù)載感應(yīng)和壓力補(bǔ)償原理進(jìn)行了分析，特別是在工程機(jī)械的先導(dǎo)控制和遙控方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 電液比例控制系統(tǒng)概述

1.1 電液比例控制系統(tǒng)的構(gòu)成

一般來(lái)說(shuō)，電液比例控制系統(tǒng)是由電子放大及校正單元、電液比例控制單元(比例閥，電液比例變量泵及液動(dòng)機(jī))、動(dòng)力執(zhí)行單元及動(dòng)力源、工程負(fù)載及信號(hào)檢測(cè)處理單元所構(gòu)成。系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)置液壓和機(jī)械參數(shù)中間變量檢測(cè)反饋閉環(huán)，或者通過(guò)動(dòng)力執(zhí)行單元輸出參數(shù)檢測(cè)反饋閉環(huán)，改善其靜態(tài)控制精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。信號(hào)處理可以采用模擬電子電路或數(shù)字式集成電路。數(shù)字式集成電路在精讀、可靠性、穩(wěn)定性等項(xiàng)均占有優(yōu)勢(shì)，其成本也越來(lái)越低廉，故應(yīng)用日趨廣泛。

1.2 電液比例控制系統(tǒng)的分類(lèi)

（1）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)

如按系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)，可將系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的兩種最基本的形式。

開(kāi)環(huán)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的整個(gè)輸出對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的輸入沒(méi)有影響的系統(tǒng)。其控制信號(hào)與輸出信號(hào)僅有前向通道，而沒(méi)有反饋通道。其輸入是事先設(shè)定的，與輸出無(wú)關(guān)，系統(tǒng)的精度由事先校準(zhǔn)精度來(lái)控制。

閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)之間的區(qū)別是多了一條從輸出端到輸入端的反饋通道。系統(tǒng)的輸出信號(hào)通過(guò)反饋系統(tǒng)反饋到輸入端，和輸入信號(hào)相比較后得到偏差信號(hào)作為控制系統(tǒng)的輸入，反饋系統(tǒng)的作用便是減少系統(tǒng)的輸出偏差，這樣就可以得到比較好的控制效果。

（2）恒值系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)

按輸入信號(hào)的形式可將系統(tǒng)分為恒值系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)。

恒值系統(tǒng)是指參考輸入量保持常值的系統(tǒng)。其任務(wù)是消除或減少擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，使被控量保持在給定或希望的數(shù)值上。如工業(yè)控制中的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)等。

隨動(dòng)系統(tǒng)是指參考輸入量隨時(shí)間任意變化的系統(tǒng)。其任務(wù)是要求輸出量以一定的精度和速度跟蹤和速度跟蹤參考輸入量，跟蹤的速度和精度是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。

（3）節(jié)流系統(tǒng)和容積控制系統(tǒng)

按功率調(diào)節(jié)元件的不同可分為節(jié)流控制系統(tǒng)和容積控制系統(tǒng)。

節(jié)流控制系統(tǒng)也稱(chēng)為閥控系統(tǒng)，它是利用節(jié)流原理控制流入執(zhí)行元件的流量或壓力的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中必有流量控制閥，同時(shí)也配有溢流閥。顯然，節(jié)流控制系統(tǒng)是通過(guò)能量損失來(lái)實(shí)現(xiàn)控制目的，所以必然效率較低。但是，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)控制閥很容易，系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力很強(qiáng)。

容積控制系統(tǒng)又可稱(chēng)為泵控系統(tǒng)，它是利用比例變量泵改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的辦法控制流入執(zhí)行元件的流量或壓力的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是效率較高，發(fā)熱量小，系統(tǒng)剛度較好，一般用于功率較大的場(chǎng)合。但是，它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)節(jié)慣量較大，快速性不如節(jié)流控制系統(tǒng)。

1.3 電液比例控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

與其它的液壓控制系統(tǒng)相比，電液比例控制系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn):能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)自控、遙控和程控；工作平穩(wěn)，靈敏度和控制精度較高，成效快；可簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)，減少元件使用，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)抗污染能力強(qiáng)；系統(tǒng)的節(jié)能效果好；可連續(xù)地、按比例地控制液壓機(jī)構(gòu)的力、速度，并能防止壓力、速度變化或換向時(shí)的沖擊；能把電的快速性、靈活性及精確性等優(yōu)點(diǎn)同液壓動(dòng)力傳動(dòng)等特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，智能化、集成化、自動(dòng)化程度高。

2 工程機(jī)械上常用電液比例閥

電液比例閥包括：比例流量閥、比例壓力閥、比例換向閥。根據(jù)工程機(jī)械液壓操作的特點(diǎn)，以結(jié)構(gòu)形式劃分電液比例閥主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是螺旋插裝式比例閥，另一類(lèi)是滑閥式比例閥。

螺旋插裝式比例閥是通過(guò)螺紋將電磁比例插裝件固定在油路集成塊上的元件，螺旋插裝閥具有應(yīng)用靈活、節(jié)省管路和成本低廉等特點(diǎn)，近年來(lái)在工程機(jī)械上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。常用的螺旋插裝式比例閥有二通、三通、四通和多通等形式。二通式比例閥主要是比例節(jié)流閥，它常與其它元件一起構(gòu)成復(fù)合閥，對(duì)流量、壓力進(jìn)行控制；三通式比例閥主要是比例減壓閥，也是移動(dòng)式機(jī)械液壓系統(tǒng)中應(yīng)用較多的比例閥，其主要是對(duì)液動(dòng)操作多路閥的先導(dǎo)油路進(jìn)行操作。利用三通式比例減壓閥可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)減壓式先導(dǎo)閥，其比手動(dòng)的先導(dǎo)閥具有更多的靈活性和更高的控制精度。可以制成比例伺服控制手動(dòng)多路閥，根據(jù)不同的輸入信號(hào)，減壓閥使輸出活塞具有不同的壓力或流量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)多路閥閥芯的位移進(jìn)行比例控制。四通或多通的螺旋插裝式比例閥可以對(duì)工作裝置實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的控制。

滑閥式比例閥又稱(chēng)分配閥，是移動(dòng)式機(jī)械液壓系統(tǒng)最基本的元件之一，是能實(shí)現(xiàn)方向與流量調(diào)節(jié)的復(fù)合閥。電液滑閥式比例多路閥是比較理想的電液轉(zhuǎn)換控制元件，它不僅保留了手動(dòng)多路閥的基本功能，還增加了位置電反饋的比例伺服操作和負(fù)載傳感等先進(jìn)的控制手段。所以它是工程機(jī)械分配閥的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

3 工程機(jī)械最新電液比例技術(shù)

3.1 電液比例多路閥的負(fù)載傳感與壓力補(bǔ)償技術(shù)

為了節(jié)約能量、降低油溫和提高控制精度，同時(shí)也使同步動(dòng)作的幾個(gè)執(zhí)行元件在運(yùn)動(dòng)時(shí)互不干擾，現(xiàn)在較先進(jìn)的工程機(jī)械都采用了負(fù)載傳感與壓力補(bǔ)償技術(shù)。負(fù)載傳感與壓力補(bǔ)償是一個(gè)很相似的概念，都是利用負(fù)載變化引起的壓力變化去調(diào)節(jié)泵或閥的壓力與流量以適應(yīng)系統(tǒng)的工作需求。負(fù)載傳感對(duì)定量泵系統(tǒng)來(lái)講是將負(fù)載壓力通過(guò)負(fù)載感應(yīng)油路引至遠(yuǎn)程調(diào)壓的溢流閥上，當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，溢流閥調(diào)定壓力也較??；負(fù)載較大時(shí)，調(diào)定壓力也較大，但也始終存在一定的溢流損失。對(duì)于變量泵系統(tǒng)是將負(fù)載傳感油路引入到泵的變量機(jī)構(gòu)，使泵的輸出壓力隨負(fù)載壓力的升高而升高，使泵的輸出流量與系統(tǒng)的實(shí)際需要流量相等，無(wú)溢流損失，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。

壓力補(bǔ)償是為了提高閥的控制性能而采取的一種保證措施。將閥口后的負(fù)載壓力引入壓力補(bǔ)償閥，壓力補(bǔ)償閥對(duì)閥口前的壓力進(jìn)行調(diào)整使閥口前后的壓差為常值，這樣根據(jù)節(jié)流口的流量調(diào)節(jié)特性流經(jīng)閥口的流量大小就只與該閥口的開(kāi)度有關(guān)，而不受負(fù)載壓力的影響。

3.2 工程機(jī)械電液比例閥的先導(dǎo)控制與遙控

電液比例閥和其它專(zhuān)用器件的技術(shù)進(jìn)步使工程車(chē)輛擋位、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和工作裝置等各種系統(tǒng)的電氣控制成為現(xiàn)實(shí)。對(duì)于一般需要位移輸出的機(jī)構(gòu)可采用比例伺服控制手動(dòng)多路閥驅(qū)動(dòng)器完成。電氣操作具有響應(yīng)快，布線(xiàn)靈活，可實(shí)現(xiàn)集成控制和與計(jì)算機(jī)接口容易等優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)代工程機(jī)械液壓閥已越來(lái)越多地采用電控先導(dǎo)控制的電液比例閥代替手動(dòng)直接操作或液壓先導(dǎo)控制的多路閥。采用電液比例閥的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是在工程車(chē)輛上可以大大減少操作手柄的個(gè)數(shù)，這不但使駕駛室布置簡(jiǎn)潔，而且能夠有效降低操作復(fù)雜性，對(duì)提高作業(yè)質(zhì)量和效率都具有重要的實(shí)際意義。

隨著數(shù)字式無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了性能穩(wěn)定、工作可靠、適用于工程機(jī)械的無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng)，布置在移動(dòng)機(jī)械上的遙控接收裝置可以將接收到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電液比例閥的比例信號(hào)和控制電液開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)，以及控制其它裝置的相應(yīng)信號(hào)，使得原來(lái)手動(dòng)操作的各個(gè)元件都能接受遙控電信號(hào)的指令并進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，此時(shí)的工程機(jī)械實(shí)際上已成為遙控型的工程機(jī)械。

無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射與接收系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于多種工程機(jī)械的遙控改造。從安全角度考慮，它發(fā)射的每條數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)指令都具有一組特別的系統(tǒng)地址碼，這種地址碼廠(chǎng)家只使用一次。每個(gè)接收機(jī)只對(duì)有相同地址碼的發(fā)射信號(hào)有反應(yīng)，其它無(wú)線(xiàn)信號(hào)即使是同頻率信號(hào)也不會(huì)對(duì)接收裝置產(chǎn)生影響，其它安全措施的采用使系統(tǒng)的可靠性得到了充分的保障。在裝載機(jī)、鑿巖機(jī)、混凝土泵車(chē)、高空作業(yè)車(chē)和橋梁檢修車(chē)等多種移動(dòng)式機(jī)械的遙控改造中獲得成功。工業(yè)遙控裝置與電液比例閥相得益彰，電液比例閥為工程機(jī)械的遙控化提供了可行的接口，遙控裝置又使電液比例閥得以發(fā)揮更大的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

電液比例控制系統(tǒng)具有可靠、易控、節(jié)能、廉價(jià)、精度高，工作平穩(wěn)等明顯而獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其將會(huì)在各個(gè)工程領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛、深入的應(yīng)用和發(fā)展。

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