工程機械電控系統先導匹配研究

董家威 王換男

摘 要：隨著社會經濟的發展和工程技術水平的提高，工業生產對工程機械操作舒適性提出更高要求。因此，為提升工程機械電控系統先導匹配實效性，本文立足于該系統先導匹配重要性，總結匹配原則、提供計算工作，實現系統控制效果的改善。

關鍵詞：工程機械電控系統;先導匹配;比例閥;額定流量

引言：工程機械電氣控制系統實現對多個系統的控制，例如蓄電池、照明及信號系統、故障診斷系統等。因此，落實先導匹配工作對后續控制工作和指令的實施具有直接影響意義，為此，研究工程機械電控系統先導匹配是十分必要的。

1.探討工程機械電控系統先導匹配重要性

在科學技術高度發展的時代背景下，工業的快速發展使得用戶對工程機械的操作要求逐漸提高，尤其是機械操作舒適性要求，在工程機械領域，電氣控制系統已的應用愈加廣泛，已成為一種必然趨勢。在電氣控制系統實際使用過程中，需要與工程機械相結合，那么在工程機械電氣控制系統的設計與應用過程中，先導部分作為重要環節，應與比例閥進行精準匹配。在對其進行控制時，主要依托于控制器對比例閥電壓或是電流的比例輸入進行控制得以實現，為獲得理想調壓曲線，需要做到比例閥的科學選型，主要根據先導比例閥匹配原則以及相關計算公式，從而保證比例閥選擇的科學合理性，進而保證電控系統的穩定運作。由此可見，比例閥相關計算與選擇對工程機械電控系統運作具有極強現實意義。

2.研究工程機械電控系統的先導匹配

2.1工程機械電控系統原理

在工程機械電氣控制系統運行過程中，主要涉及油箱、變速泵、精濾器、電控變速閥、離合器、前進和后退檔離合器、先導過濾器、過濾裝置、比例電磁閥、主閥以及壓力開關。在實際運行過程中，比例溢流閥是各個檔位的先導，具有極強獨立性，在調壓過程中互不干擾。壓力開關信號主要對充油時間進行控制，當比例溢流閥斷電后，先導為溢流狀態，在復位彈簧的作用下，主閥芯為初始位置，主油路油液無法通至離合器，整機處于未接入檔位的狀態。但比例溢流閥處于通電狀態時，先導則轉變為非溢流狀態，在先導壓力的作用下，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，整機處于接入檔位狀態。對于方向和速度的控制，各個比例溢流閥各有一個通電，整車以標準檔位行駛[1]。

2.2工程電控系統先導匹配計算

當比例閥處于不通電狀態時，先導油則處于溢流狀態，進而導致資源、能量不必要的損失，所以，在對工程機械電控系統先導匹配進行計算與設計時，應對相應結構限制先導流量進行設計，主要涉及閥體、螺塞、兩個節流孔以及先導油腔。在該結構中，油液在經過變數濾芯過濾后，會先后流經兩個節流孔，然后進入先導油腔。為更好計算電控變速系統先導匹配，將閥體孔徑Dk設定為7.4mm，兩個節流孔中的b節流孔為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，相較于節流孔b0.5mm的孔徑，需要增設節流孔a，發揮間隙過濾的作用，從而實現對節流孔b的有效保護。在對節流孔a通流面積Aa進行計算時，計算公式為：Aa=π（Dk2-DL2）/4，在上述參數下，即Aa=π（7.42-72）/4=4.52（mm2）。環形節流孔a與直徑為Da的圓形節流孔等效，即通流面積相同，那么公式為：，在上述參數下，節流孔a的孔徑為2.4mm。

在該系統中，共有5個檔位，無論哪一控制檔位，其先導比例閥都相同，為此，在對先導匹配進行設計時，分析其中一檔先導油路即可。當比例溢流閥處于停電狀態時，閥芯是打開狀態，當相關指令下發后，按照指定電流通電，那么閥芯會進行相應的閉合，對于該環節，可將其簡化為可變節流孔。在具體設計過程中，為降低背壓，當不通電時，先導流量應完全卸載，從而降低不良因素對主閥芯的影響。在確定先導背壓后，根據樣本曲線得到不通電狀態下比例溢流閥的流量與壓差關系。在該關系下，可以對比例溢流閥的通流面積Ac進行計算，公式為：。其中，Qc為先導油路流量（m3/S）;△Pf為比例閥在斷電情況下的進出口壓差，C為流量系數，該系統往往處于0.6-0.65范圍內;ρ為油液密度，為便于研究，參數為900kg/m3。以比例閥流量Qc為5L/min為例，當其壓降為1bar時，Ac為5.25mm2，當比例閥處于斷電狀態時，油液通流直徑dc為2.585mm，油液流經節流孔a、節流孔b、節流孔c的流量相同，即Qa=Qb=Qc，那么△Pc=（Aa2/Ac2）△Pa;△Pb=（Aa2/Ab2）△Pa。在對其他壓力損失忽略不計的情況下，液油流經節流孔a、節流孔b、節流孔c的過程中，出現的壓差為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。

通過上述計算可知，當比例閥以及節流孔a處于斷電狀態時，通流出不具備較大壓差，因此，在該系統分析過程中可以忽略不計。因此，當比例閥處于斷電狀態且閥芯全部打開時，先導油路的流量與節流孔b的流量相同，公式為：，即0.6292（L/min）。在獲得該參數后，先導油路流量的選取應比所選的比例閥額定流量小，進而保證工程機械電控系統的穩定運作。除此之外，為保證穩定的先導壓力，相較于比例閥性能測試時施加的流量，工程機械電控系統提供的先導流量應更大一些。只要在該情況下，工程機械電控系統先導比例閥在匹配時，才能夠實現電流控制范圍的擴大，提高先導壓力穩定性，從而為工程機械電控系統的穩定運作奠定良好基礎[2]。

結論：綜上所述，工程機械電控系統在進行先導比例閥匹配作業時，相關工作人員應以系統壓力為基礎，科學確定比例閥壓力范圍，為提升系統控制效果，在比例閥壓力變化范圍內，應盡可能大的控制電流范圍，并根據比例閥合理匹配想到流量，從而保證系統穩定運作。

參考文獻：

[1] 夏曉雷. 關于工程機械CAN通信的電控系統設計的研究[J]. 信息通信，2019（9）：200-201.

[2] 崔超康. 工程機械數據采集終端系統的研發及應用[D]. 河南：鄭州大學，2018.

（1.沈陽理工大學工程實踐中心，遼寧 沈陽 110065;2.沈陽韻騰機電設備有限公司，遼寧 沈陽 110065）