董家威 王換男

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工程技術(shù)水平的提高，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)工程機(jī)械操作舒適性提出更高要求。因此，為提升工程機(jī)械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配實(shí)效性，本文立足于該系統(tǒng)先導(dǎo)匹配重要性，總結(jié)匹配原則、提供計(jì)算工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制效果的改善。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械電控系統(tǒng);先導(dǎo)匹配;比例閥;額定流量

引言：工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)的控制，例如蓄電池、照明及信號(hào)系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)等。因此，落實(shí)先導(dǎo)匹配工作對(duì)后續(xù)控制工作和指令的實(shí)施具有直接影響意義，為此，研究工程機(jī)械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配是十分必要的。

1.探討工程機(jī)械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配重要性

在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的時(shí)代背景下，工業(yè)的快速發(fā)展使得用戶對(duì)工程機(jī)械的操作要求逐漸提高，尤其是機(jī)械操作舒適性要求，在工程機(jī)械領(lǐng)域，電氣控制系統(tǒng)已的應(yīng)用愈加廣泛，已成為一種必然趨勢(shì)。在電氣控制系統(tǒng)實(shí)際使用過(guò)程中，需要與工程機(jī)械相結(jié)合，那么在工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過(guò)程中，先導(dǎo)部分作為重要環(huán)節(jié)，應(yīng)與比例閥進(jìn)行精準(zhǔn)匹配。在對(duì)其進(jìn)行控制時(shí)，主要依托于控制器對(duì)比例閥電壓或是電流的比例輸入進(jìn)行控制得以實(shí)現(xiàn)，為獲得理想調(diào)壓曲線，需要做到比例閥的科學(xué)選型，主要根據(jù)先導(dǎo)比例閥匹配原則以及相關(guān)計(jì)算公式，從而保證比例閥選擇的科學(xué)合理性，進(jìn)而保證電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作。由此可見(jiàn)，比例閥相關(guān)計(jì)算與選擇對(duì)工程機(jī)械電控系統(tǒng)運(yùn)作具有極強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。

2.研究工程機(jī)械電控系統(tǒng)的先導(dǎo)匹配

2.1工程機(jī)械電控系統(tǒng)原理

在工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要涉及油箱、變速泵、精濾器、電控變速閥、離合器、前進(jìn)和后退檔離合器、先導(dǎo)過(guò)濾器、過(guò)濾裝置、比例電磁閥、主閥以及壓力開(kāi)關(guān)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，比例溢流閥是各個(gè)檔位的先導(dǎo)，具有極強(qiáng)獨(dú)立性，在調(diào)壓過(guò)程中互不干擾。壓力開(kāi)關(guān)信號(hào)主要對(duì)充油時(shí)間進(jìn)行控制，當(dāng)比例溢流閥斷電后，先導(dǎo)為溢流狀態(tài)，在復(fù)位彈簧的作用下，主閥芯為初始位置，主油路油液無(wú)法通至離合器，整機(jī)處于未接入檔位的狀態(tài)。但比例溢流閥處于通電狀態(tài)時(shí)，先導(dǎo)則轉(zhuǎn)變?yōu)榉且缌鳡顟B(tài)，在先導(dǎo)壓力的作用下，主閥芯位置變換，在該情況下主油路油液可以順利通至離合器，整機(jī)處于接入檔位狀態(tài)。對(duì)于方向和速度的控制，各個(gè)比例溢流閥各有一個(gè)通電，整車以標(biāo)準(zhǔn)檔位行駛[1]。

2.2工程電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配計(jì)算

當(dāng)比例閥處于不通電狀態(tài)時(shí)，先導(dǎo)油則處于溢流狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致資源、能量不必要的損失，所以，在對(duì)工程機(jī)械電控系統(tǒng)先導(dǎo)匹配進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)限制先導(dǎo)流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要涉及閥體、螺塞、兩個(gè)節(jié)流孔以及先導(dǎo)油腔。在該結(jié)構(gòu)中，油液在經(jīng)過(guò)變數(shù)濾芯過(guò)濾后，會(huì)先后流經(jīng)兩個(gè)節(jié)流孔，然后進(jìn)入先導(dǎo)油腔。為更好計(jì)算電控變速系統(tǒng)先導(dǎo)匹配，將閥體孔徑Dk設(shè)定為7.4mm，兩個(gè)節(jié)流孔中的b節(jié)流孔為0.5mm，螺塞直徑DL為7mm，在該情況下，閥體孔徑與螺塞之間的距離為0.2mm，相較于節(jié)流孔b0.5mm的孔徑，需要增設(shè)節(jié)流孔a，發(fā)揮間隙過(guò)濾的作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)流孔b的有效保護(hù)。在對(duì)節(jié)流孔a通流面積Aa進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算公式為：Aa=π（Dk2-DL2）/4，在上述參數(shù)下，即Aa=π（7.42-72）/4=4.52（mm2）。環(huán)形節(jié)流孔a與直徑為Da的圓形節(jié)流孔等效，即通流面積相同，那么公式為：，在上述參數(shù)下，節(jié)流孔a的孔徑為2.4mm。

在該系統(tǒng)中，共有5個(gè)檔位，無(wú)論哪一控制檔位，其先導(dǎo)比例閥都相同，為此，在對(duì)先導(dǎo)匹配進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，分析其中一檔先導(dǎo)油路即可。當(dāng)比例溢流閥處于停電狀態(tài)時(shí)，閥芯是打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)相關(guān)指令下發(fā)后，按照指定電流通電，那么閥芯會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的閉合，對(duì)于該環(huán)節(jié)，可將其簡(jiǎn)化為可變節(jié)流孔。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，為降低背壓，當(dāng)不通電時(shí)，先導(dǎo)流量應(yīng)完全卸載，從而降低不良因素對(duì)主閥芯的影響。在確定先導(dǎo)背壓后，根據(jù)樣本曲線得到不通電狀態(tài)下比例溢流閥的流量與壓差關(guān)系。在該關(guān)系下，可以對(duì)比例溢流閥的通流面積Ac進(jìn)行計(jì)算，公式為：。其中，Qc為先導(dǎo)油路流量（m3/S）;△Pf為比例閥在斷電情況下的進(jìn)出口壓差，C為流量系數(shù)，該系統(tǒng)往往處于0.6-0.65范圍內(nèi);ρ為油液密度，為便于研究，參數(shù)為900kg/m3。以比例閥流量Qc為5L/min為例，當(dāng)其壓降為1bar時(shí)，Ac為5.25mm2，當(dāng)比例閥處于斷電狀態(tài)時(shí)，油液通流直徑dc為2.585mm，油液流經(jīng)節(jié)流孔a、節(jié)流孔b、節(jié)流孔c的流量相同，即Qa=Qb=Qc，那么△Pc=（Aa2/Ac2）△Pa;△Pb=（Aa2/Ab2）△Pa。在對(duì)其他壓力損失忽略不計(jì)的情況下，液油流經(jīng)節(jié)流孔a、節(jié)流孔b、節(jié)流孔c的過(guò)程中，出現(xiàn)的壓差為33bar，因此，△Pa+△Pb+△Pc=△Pa+（Aa2/Ab2）△Pa+（Aa2/Ac2）△Pa=33（bar）。在該情況下，△Pa=33/（1+Aa2/Ab2+Aa2/Ac2），即0.062bar;△Pb為32.89bar，△Pc為0.048bar。

通過(guò)上述計(jì)算可知，當(dāng)比例閥以及節(jié)流孔a處于斷電狀態(tài)時(shí)，通流出不具備較大壓差，因此，在該系統(tǒng)分析過(guò)程中可以忽略不計(jì)。因此，當(dāng)比例閥處于斷電狀態(tài)且閥芯全部打開(kāi)時(shí)，先導(dǎo)油路的流量與節(jié)流孔b的流量相同，公式為：，即0.6292（L/min）。在獲得該參數(shù)后，先導(dǎo)油路流量的選取應(yīng)比所選的比例閥額定流量小，進(jìn)而保證工程機(jī)械電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作。除此之外，為保證穩(wěn)定的先導(dǎo)壓力，相較于比例閥性能測(cè)試時(shí)施加的流量，工程機(jī)械電控系統(tǒng)提供的先導(dǎo)流量應(yīng)更大一些。只要在該情況下，工程機(jī)械電控系統(tǒng)先導(dǎo)比例閥在匹配時(shí)，才能夠?qū)崿F(xiàn)電流控制范圍的擴(kuò)大，提高先導(dǎo)壓力穩(wěn)定性，從而為工程機(jī)械電控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作奠定良好基礎(chǔ)[2]。

結(jié)論：綜上所述，工程機(jī)械電控系統(tǒng)在進(jìn)行先導(dǎo)比例閥匹配作業(yè)時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)以系統(tǒng)壓力為基礎(chǔ)，科學(xué)確定比例閥壓力范圍，為提升系統(tǒng)控制效果，在比例閥壓力變化范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能大的控制電流范圍，并根據(jù)比例閥合理匹配想到流量，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏曉雷. 關(guān)于工程機(jī)械CAN通信的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究[J]. 信息通信，2019（9）：200-201.

[2] 崔超康. 工程機(jī)械數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用[D]. 河南：鄭州大學(xué)，2018.

（1.沈陽(yáng)理工大學(xué)工程實(shí)踐中心，遼寧 沈陽(yáng) 110065;2.沈陽(yáng)韻騰機(jī)電設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110065）