探究開關(guān)理論與方向控制作用的聯(lián)系

李傳坤

（鄂東職業(yè)技術(shù)學院，湖北 黃岡 438000）

0 引言

流體動力回路中的方向控制性能直接影響到整個液壓系統(tǒng)的運行質(zhì)量，流體動力回路中的方向控制閥具有對流束的開、關(guān)和方向改變作用。本文通過介紹開關(guān)理論觀點，將其與液體動力回路中的方向控制作用聯(lián)系起來，并進行了理論分析。

1 開關(guān)理論的觀點

開關(guān)理論是以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)的，布爾代數(shù)能提供一種方法將邏輯回路簡化成最簡單的形式，并由布爾方程式可以很快地組成一個回路，以進行所需邏輯運算。在布爾代數(shù)中，“乘”被專門用來表示“與”功能，符號AB的正確讀法為“A與B”。函數(shù)AB＝P的意義是說只有當A與B都存在時，輸出P才存在。“加”被專門用來表示“或”功能，符合A＋B的正確讀法為A“或”B。函數(shù)A＋B＝P的意義是說A或B兩者中的任何一個存在，就有一個輸出P。開關(guān)理論涉及的是兩個狀態(tài)的變量，該變量不是處在這種狀態(tài)下，就是處在另一種狀態(tài)下。這里把一個量的存在狀態(tài)用“1”表示，另外一種狀態(tài)（即意味著非1）用“0”表示。

在流體動力回路中，一個兩通閥類似于一個流體開關(guān)，閥芯有兩個位置：一個位置是關(guān)閉流體經(jīng)過閥的通道，回路斷開；另一個位置是使流體通過閥，回路接通。則用布爾代數(shù)語言，接通回路的情況以1表示，未接通回路的情況以0表示，該規(guī)定適用于任何閥的連接口狀態(tài)。這兩種狀態(tài)是互不相容的，即一個閥的連接口不是斷開狀態(tài)就是接通狀態(tài)，但不能既斷開又接通。

這里指出，只要信號大的足以完成其工作，開關(guān)理論是不考慮信號的強度的，當信號（例如壓力）等于或超過臨界值（即完成任務(wù)所必須的最小值）的任何強度時，就表示接通；當信號不存在或低于其臨界值時，就表示斷開。

2 用布爾方程表示方向控制作用

這里用字母P代表一個二通閥下游管路中的信號（壓力），字母A代表閥的狀態(tài)。例如，在常閉式二通閥中當無操縱信號時，其狀態(tài)是0（閥的連接口被關(guān)閉），因而如有輸出P，就必須有一個操縱信號。于是方程式P＝A或“P對應(yīng)于A”就描繪了閥的功能。換句話說，當一個操縱信號加到閥上時，在閥的出口就有壓力存在。符號“＝”不含有相等的意義，它讀作“對應(yīng)于”，表示方程左邊項是右邊項的體現(xiàn)。為加深理解，我們用圖1所示的幾個閥進行說明。

圖1 二位閥

圖1（a）中，常開二通閥沒有動作時（當A斷開或A＝0時），閥的連接口處有一壓力P，該狀態(tài)的方程式為意味著P對應(yīng)于“非A”。即表示：當閥的操縱裝置上沒有信號作用時，閥的出口處有壓力，系統(tǒng)工作。

同理，圖1（b）是一個常閉二通閥，狀態(tài)方程式可表示為P＝A；圖1（c）是一個常閉三通閥，狀態(tài)方程式可表示為P＝A；圖1（d）是一個常開三通閥，狀態(tài)方程式可表示為

圖1（e）是一個二位四通閥，是一個能“保持位置”的閥，閥芯能保留在原來的位置，直到有信號將它換向為止（這類閥也叫存儲元件，因它能記憶最后一個信號的來源）。對于圖1（e）有：①當電磁鐵A通電而電磁鐵B不通電時，有一個壓力輸出P1；②無論A發(fā)生什么變化，只要B不通電就繼續(xù)有壓力輸出；③無論B發(fā)生什么變化，只要A接通（P1A），就繼續(xù)有壓力P1。用布爾方程式可表示為P1＝A B＋

圖1（f）是一個三位四通彈簧對中中開式閥。對于圖1（f）有：①當電磁鐵A通電而電磁鐵B不通電時，有一個壓力輸出P1，用布爾方程式表示為P1＝當電磁鐵B通電而電磁鐵A不通電時，有一個壓力輸出P2，用布爾方程式表示為當兩個電磁鐵都不通電時，既無P1也無P2，用布爾方程式表示為

3 開關(guān)理論與方向控制作用的聯(lián)系

3．1 用布爾方程反映流體動力回路的工作狀態(tài)

圖2為三位四通閥與缸直接連接。圖2中，若將與缸相連接的三位四通閥通到缸活塞端的壓力記作P，到缸桿端的壓力記作閥移動時，P和是互補的并且同時變化，只要滑閥不控制其他元件只控制一個缸，布爾方程式就可以這樣表示：

圖2 三位四通閥與缸直接連接

圖3為兩個常閉二通閥控制活塞桿伸出和縮回，是在圖2的基礎(chǔ)上改進的，用限位閥（或開關(guān)）控制活塞桿伸出和縮回的終端位置。圖3中用了兩個凸輪控制的常閉兩通閥，缸的伸出和縮回的布爾方程式可以用圖2所用的方法來列出。現(xiàn)在信號C對應(yīng)于缸的縮回位置，除了缸縮回之外的全部狀態(tài)都為同理，D對應(yīng)于缸的伸出位置，所有其他狀態(tài)都為這樣，就可以說D＝P和于是就可以嚴格地根據(jù)開關(guān)信號寫為

3．2 用布爾方程對復雜流體動力回路簡化表述

假定有一個多缸回路，在此回路中，必須維持缸A的伸出位置，而缸B、C和D可變化。我們用圖4的表格表示這些狀態(tài)，其中，1＝缸伸出狀態(tài)，0＝缸縮回狀態(tài)。

圖3 兩個常閉二通閥控制活塞桿伸出和縮回

圖4 狀態(tài)的表示

3．3 用布爾方程優(yōu)化流體動力回路邏輯設(shè)計

圖5是一個流體動力回路圖，根據(jù)開關(guān)理論布爾代數(shù)原則，方程式可表示為：P＝A（A＋B）。接通此通路，必須將閥1通電，并使閥2和閥3之一通電，而使閥1通電的同一信號A也使閥2通電，這樣就完全不需要閥3了，開關(guān)代數(shù)法則A（A＋B）＝A就說明了這一點，它能提供一種流體動力回路邏輯設(shè)計的系統(tǒng)方法。

圖5 流體動力回路圖

4 結(jié)語

通過分析，我們在具有流體動力回路的基礎(chǔ)知識上，合理地將開關(guān)理論與流體動力回路中方向控制作用聯(lián)系起來，為流體動力回路的設(shè)計和系統(tǒng)分析提供了一定的理論基礎(chǔ)，并可更直觀地用來解決流體動力回路中的一些實際問題。

［1］ 拉塞爾W亨克．流體動力回路及系統(tǒng)導論［M］．河北機電學院流體傳動與控制教研室，譯．北京：機械工業(yè)出版社，1985．

［2］ 林國重．液壓傳動與控制［M］．北京：北京理工大學出版社，1991．