工程機械電控系統先導匹配研究

姜友山，張翠翠，韋海云

(山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

隨著用戶對工程機械操作舒適性要求越來越高，電控系統在工程機械上的應用已成為一種趨勢，電控系統設計過程中，先導部分通常匹配比例閥，通過控制器控制比例閥電流或電壓比例輸入，最終獲得理想的調壓曲線。因此，比例閥的選型對于整個電控系統而言至關重要。

1 電控系統原理

以某工程機械電控變速系統為例，其原理如圖1所示。各擋位均選用比例溢流閥作為先導，進行調壓，互不干涉。充油時間由壓力開關信號控制。比例溢流閥斷電時，先導處于溢流狀態，主閥芯在復位彈簧作用下處于初始位置，主油路油液無法通至離合器，整機未接入檔位；比例溢流閥通電時，先導處于非溢流狀態，主閥芯在先導壓力作用下變換位置，使得主油路油液通至離合器，整機接入檔位。控制速度和控制方向的比例溢流閥若各有一個通電，整車將以相應的檔位行駛。

2 電控變速系統先導匹配計算

比例閥不通電時，先導油一直處于溢流狀態，為避免能量過多損失，需設計相應結構限制先導流量，圖2為本文所示先導流量限制結構。

油液經變速濾芯過濾后，需先后經節流孔a和節流孔b進入先導油腔。圖2中1閥體孔徑DK為?7.4mm，螺塞直徑DL為?7mm，節流孔b直徑為?0.5mm，因此，螺塞與閥體孔徑壁之間的距離為0.2mm，小于節流孔b，此處設計節流孔a的目的為：間隙過濾，對節流孔b起保護作用。節流孔a的通流面積Aa為

環形節流孔a可以等效為直徑Da的圓形節流孔，兩者的通流面積相等，因此

所以

變速系統共5個擋位，控制各檔位的先導比例閥相同，因此，以其中一擋對應的先導油路進行分析。比例溢流閥在不通電時，閥芯全打開，當按照指定電流進行通電時，閥芯不同程度的閉合，此處將其簡化為可變節流孔，簡化后的原理圖如圖3所示。

圖1 電控變速系統原理圖

比例閥選型時，首先確定廠家，選定滿足系統壓力要求的產品型號。此外，不通電時，先導流量需完全卸載，背壓盡可能小，避免先導背壓對主閥芯的影響。確定先導背壓時，首先應根據樣本曲線得出比例溢流閥在不通電時流量與壓差關系，通過此關系，可以計算出比例溢流閥此時通流面積Ac

圖2 先導流量限制結構

式中，Qc為先導油路的流量，m3/s；C為流量系數，一般為0.6～0.65，在此取0.625；ΔPf為斷電時比例閥進出口壓差，Pa；ρ為油液密度，取900kg/m3。

如圖4所示，某型號比例閥流量Qc為5L/

圖3 先導油路簡化原理圖

圖4 某型號比例閥性能曲線

m in時，壓降為1bar。計算得

比例閥斷電時，油液通流直徑dc為

流經節流孔a、b、c的流量相同，因此，有如下關系

即

所以

在忽略先導油路其他壓力損失的情況下，節流孔a至c壓差為33bar，所以

通過計算知，節流孔a、比例閥斷電時通流處壓差很小，因此分析時可以忽略。比例閥斷電時，其閥芯全部打開，此時先導油路的流量為節流孔b的流量

先導油路流量應小于所選比例閥額定流量，此外，為保證先導壓力的穩定性，系統能提供的先導流量要大于比例閥性能測試時施加的流量。

3 結 論

工程機械電控系統先導比例閥匹配時，首先應根據系統壓力選定比例閥壓力范圍，為保證控制效果更好，在比例閥壓力變化范圍內對應的控制電流范圍應盡可能大，先導流量需根據比例閥合理匹配，先導流量應小于所選比例閥額定流量，此外，為保證先導壓力的穩定性，系統能提供的先導流量要大于比例閥性能測試時施加的流量。 O

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