摘 要 ：簡要介紹了電容式壓力變送器液壓原理和組成部分，解析了雙閥芯好立設(shè)計(jì)和閥芯閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)。闡述了在多功能搶險(xiǎn)救援車中減小壓力損失、復(fù)合動(dòng)作流量分配模式的應(yīng)用。
多功能搶險(xiǎn)救援車作為一種重型應(yīng)急救援車輛，主要應(yīng)用于地震、塌方、洪水、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，道路清障、堰塞湖疏通、廢墟清理、掩埋救援等方面，主要具有挖掘、起重、拖拽、推土清障功能，同時(shí)還配置多種作業(yè)機(jī)具，通過快換接頭實(shí)現(xiàn)破碎、抓取、剪切、切割等多種功能[1]。液壓主閥作為液壓系統(tǒng)的核心零部件，正確的選用液壓主閥直接關(guān)系到整機(jī)的操控性、復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)性、可靠性、維護(hù)性。
1 電容式壓力變送器簡述
電容式壓力變送器是一種新型負(fù)載敏感電容式壓力變送器，主要特點(diǎn)有：集成控制器、采用雙閥芯好立設(shè)計(jì)、集成壓力和位移傳感器、支持CAN總線通信。電容式壓力變送器主要由進(jìn)油模塊和工作模塊組成，其中進(jìn)油模塊包括：溢流閥、減壓閥、先導(dǎo)閥、LS負(fù)載壓力反饋閥、位移傳感器、壓力傳感器；工作模塊包括：先導(dǎo)閥、主閥、二次溢流閥、位移傳感器、壓力傳感器，圖1為電容式壓力變送器液壓原理圖。
2 優(yōu)點(diǎn)解析
常規(guī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)出油口節(jié)流通過一根閥芯來控制，其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。閥芯的進(jìn)出油口開口對(duì)應(yīng)關(guān)系是固定不變的，在閥芯加工時(shí)就已經(jīng)確定，進(jìn)出油口的壓力和流量不能進(jìn)行好立控制，控制靈活性差，實(shí)現(xiàn)一些特殊功能需要額外增加液壓元件，客戶化設(shè)計(jì)互換性差，設(shè)計(jì)成本高。
雙閥芯好立設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作油路由兩個(gè)好立的閥芯控制，相當(dāng)于用兩個(gè)三維三通閥代替一個(gè)三位四通閥，兩個(gè)三位三通閥分別連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)的進(jìn)出油口。雙閥芯的油路上設(shè)有薄膜壓力傳感器，同時(shí)還集成LVDT直線位移傳感器。通過對(duì)油路壓力傳感器和閥芯位移傳感器信號(hào)的閉環(huán)控制，可以準(zhǔn)確的對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓力和流量控制。采用雙閥芯好立設(shè)計(jì)的液壓主閥，通過對(duì)兩個(gè)好立閥芯的控制方式進(jìn)行組合，可以輕易的實(shí)現(xiàn)常規(guī)的單閥芯設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)的功能。
雙閥芯好立設(shè)計(jì)的工作模式如下表所示 ：
電容式壓力變送器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括主控制器、控制手柄、電容式壓力變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)�？刂剖直l(fā)出控制信號(hào)到主控制器，集成在
電容式壓力變送器上的子控制器接收到主控制器發(fā)出的指令，雙閥芯主閥在相應(yīng)的指令下控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)在對(duì)應(yīng)的模式下工作。其中主控制器和子控制器通過CAN總線進(jìn)行通信，支持J1939和CANOPEN兩種通信協(xié)議。電容式壓力變送器采用閉環(huán)控制，子控制器發(fā)出指令給先導(dǎo)閥芯，雙閥芯主閥在先導(dǎo)油的作用下執(zhí)行響應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)集成在雙閥芯中的傳感器將主閥的壓力和位移信號(hào)反饋給子控制器，從而可以準(zhǔn)確的控制壓力和流量。
3電容式壓力變送器在多功能搶險(xiǎn)救援車中的應(yīng)用
多功能搶險(xiǎn)救援車液壓系統(tǒng)采用負(fù)載敏感系統(tǒng)，負(fù)載敏感泵補(bǔ)償壓力的設(shè)定必須與系統(tǒng)向匹配。補(bǔ)償壓力設(shè)定過小，閥芯的微動(dòng)性能#好，但是會(huì)導(dǎo)致閥芯開到#大也無法使泵的排量達(dá)到#大，導(dǎo)致滿足不了負(fù)載#大速度要求；補(bǔ)償壓力值設(shè)定過大，導(dǎo)致閥芯還沒開到#大泵排量就已經(jīng)達(dá)到#大，因此閥芯的微動(dòng)性能差，壓力損失大，發(fā)熱量大。
多功能搶險(xiǎn)救援車中的LS壓力通過電容式壓力變送器中的LS負(fù)載反饋閥反饋給泵，該壓力根據(jù)實(shí)際要求通過專用軟件配置調(diào)節(jié)，負(fù)載壓力、泵出口壓力和LS壓力三者的關(guān)系如圖5所示。常規(guī)的負(fù)載敏感系統(tǒng)LS壓力等于#大的負(fù)載壓力，從圖5中可以看出，在滿足系統(tǒng)壓力補(bǔ)償設(shè)定值要求的前提下，使用電容式壓力變送器要比使用常規(guī)的負(fù)載敏感電容式壓力變送器節(jié)省壓力10bar。以流量Q=100L/min，效率η=0.85計(jì)算，節(jié)省的功率P=?P×Q/600/η=10×100/600/0.85=1.96kW。[2]
多功能救援車挖掘作業(yè)與液壓挖掘機(jī)作業(yè)過程一樣，一個(gè)完整的作業(yè)過程包括：挖掘、滿載回轉(zhuǎn)、卸載、空載回轉(zhuǎn)[3]，具體復(fù)合動(dòng)作分析如表 2 所示。
從表2中可以看出，挖掘作業(yè)時(shí)每個(gè)動(dòng)作都需要至少兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)合動(dòng)作，主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要頻繁啟動(dòng)、換向、制動(dòng)，沖擊和振動(dòng)比較大，對(duì)復(fù)合動(dòng)作協(xié)調(diào)性要求比較高，因此需要合理的分配復(fù)合動(dòng)作的流量。目前負(fù)載敏感系統(tǒng)主要分為閥前和閥后補(bǔ)償兩種系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)流量飽和時(shí)，閥前補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)先滿足負(fù)載小的動(dòng)作，這就會(huì)導(dǎo)致負(fù)載大的動(dòng)作速度緩慢復(fù)合動(dòng)作不協(xié)調(diào)；閥后補(bǔ)償系統(tǒng)所有復(fù)合動(dòng)作速度等比例下降，沒有優(yōu)先功能，靈活性比較差。
電容式壓力變送器通過高級(jí)算法可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量飽和時(shí)復(fù)合動(dòng)作多種流量分配模式，主要包括等比例下降、指定比例下降、等值下降、指定優(yōu)先等多種分配模式。一個(gè)的典型應(yīng)用90°回轉(zhuǎn)加動(dòng)臂提升，即滿載回轉(zhuǎn)作業(yè)，動(dòng)臂提升到指定位置時(shí)回轉(zhuǎn)正好轉(zhuǎn)過90°停在卸料的位置。已知系統(tǒng)總的流量為Q，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，則：Q=Q1+Q2V1/Q1=Q2×1000/Vg×ηv=tQ1為動(dòng)臂的流量，L/min；Q2為回轉(zhuǎn)的流量，L/min；V1為動(dòng)臂提升到指定位置需要的油液容積，L；Vg為回轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量，ml/r。
通過計(jì)算可以得出回轉(zhuǎn)的和動(dòng)臂各自需要的流量和比例關(guān)系。可以看出改變復(fù)合動(dòng)作的之間的關(guān)系只需要對(duì)軟件程序進(jìn)行相關(guān)參數(shù)配置，就可以得到需要的效果，傳統(tǒng)的挖掘機(jī)復(fù)合動(dòng)作流量分配一般出廠時(shí)就固定下來了，如果需要其它效果只能更換閥芯。同理其它的復(fù)合動(dòng)作也可以根據(jù)相關(guān)計(jì)算得到理想的效果。需要特別主要的是，需要將系統(tǒng)的總流量反饋給電容式壓力變送器，判斷系統(tǒng)流量是否飽和。
4結(jié)語
電容式壓力變送器集成控制器，雙閥芯好立設(shè)計(jì)，集成壓力傳感器和位移傳感器，基于CAN總線通信，通過高級(jí)算法實(shí)現(xiàn)雙閥芯好立和協(xié)同控制，通過軟件配置實(shí)現(xiàn)客戶化，實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，調(diào)試周期短，非常適合在新產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。
