電容式壓力變送器在多功能搶險救援車中的應用

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計和閥芯閉環(huán)控制等優(yōu)點。闡述了在多功能搶險救援車中減小壓力損失、復合動作流量分配模式的應用。

 

多功能搶險救援車作為一種重型應急救援車輛，主要應用于地震、塌方、洪水、泥石流等自然災害發(fā)生時，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，同時還配置多種作業(yè)機具，通過快換接頭實現破碎、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系到整機的操控性、復合動作協調性、可靠性、維護性。

 

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載敏感電容式壓力變送器，主要特點有：集成控制器、采用雙閥芯好立設計、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油模塊和工作模塊組成，其中進油模塊包括：溢流閥、減壓閥、先導閥、LS負載壓力反饋閥、位移傳感器、壓力傳感器；工作模塊包括：先導閥、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)點解析

常規(guī)的執(zhí)行機構的進出油口節(jié)流通過一根閥芯來控制，其結構如圖 2 所示。閥芯的進出油口開口對應關系是固定不變的，在閥芯加工時就已經確定，進出油口的壓力和流量不能進行好立控制，控制靈活性差，實現一些特殊功能需要額外增加液壓元件，客戶化設計互換性差，設計成本高。

 

雙閥芯好立設計的結構如圖3所示，該結構的特點在于連接執(zhí)行機構的工作油路由兩個好立的閥芯控制，相當于用兩個三維三通閥代替一個三位四通閥，兩個三位三通閥分別連接執(zhí)行機構的進出油口。雙閥芯的油路上設有薄膜壓力傳感器，同時還集成LVDT直線位移傳感器。通過對油路壓力傳感器和閥芯位移傳感器信號的閉環(huán)控制，可以準確的對執(zhí)行機構進行壓力和流量控制。采用雙閥芯好立設計的液壓主閥，通過對兩個好立閥芯的控制方式進行組合，可以輕易的實現常規(guī)的單閥芯設計難以實現的功能。

 

雙閥芯好立設計的工作模式如下表所示 ：

 

 

電容式壓力變送器控制系統(tǒng)結構如圖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)行機構�？刂剖直�發(fā)出控制信號到主控制器，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，雙閥芯主閥在相應的指令下控制執(zhí)行機構在對應的模式下工作。其中主控制器和子控制器通過CAN總線進行通信，支持J1939和CANOPEN兩種通信協議。電容式壓力變送器采用閉環(huán)控制，子控制器發(fā)出指令給先導閥芯，雙閥芯主閥在先導油的作用下執(zhí)行響應的動作，同時集成在雙閥芯中的傳感器將主閥的壓力和位移信號反饋給子控制器，從而可以準確的控制壓力和流量。

 

3電容式壓力變送器在多功能搶險救援車中的應用

多功能搶險救援車液壓系統(tǒng)采用負載敏感系統(tǒng)，負載敏感泵補償壓力的設定必須與系統(tǒng)向匹配。補償壓力設定過小，閥芯的微動性能#好，但是會導致閥芯開到#大也無法使泵的排量達到#大，導致滿足不了負載#大速度要求；補償壓力值設定過大，導致閥芯還沒開到#大泵排量就已經達到#大，因此閥芯的微動性能差，壓力損失大，發(fā)熱量大。

多功能搶險救援車中的LS壓力通過電容式壓力變送器中的LS負載反饋閥反饋給泵，該壓力根據實際要求通過專用軟件配置調節(jié)，負載壓力、泵出口壓力和LS壓力三者的關系如圖5所示。常規(guī)的負載敏感系統(tǒng)LS壓力等于#大的負載壓力，從圖5中可以看出，在滿足系統(tǒng)壓力補償設定值要求的前提下，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)與液壓挖掘機作業(yè)過程一樣，一個完整的作業(yè)過程包括：挖掘、滿載回轉、卸載、空載回轉[3]，具體復合動作分析如表 2 所示。

 

 

從表2中可以看出，挖掘作業(yè)時每個動作都需要至少兩個執(zhí)行機構復合動作，主要執(zhí)行機構需要頻繁啟動、換向、制動，沖擊和振動比較大，對復合動作協調性要求比較高，因此需要合理的分配復合動作的流量。目前負載敏感系統(tǒng)主要分為閥前和閥后補償兩種系統(tǒng)，當系統(tǒng)流量飽和時，閥前補償系統(tǒng)優(yōu)先滿足負載小的動作，這就會導致負載大的動作速度緩慢復合動作不協調；閥后補償系統(tǒng)所有復合動作速度等比例下降，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算法可以實現系統(tǒng)流量飽和時復合動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。一個的典型應用90°回轉加動臂提升，即滿載回轉作業(yè)，動臂提升到指定位置時回轉正好轉過90°停在卸料的位置。已知系統(tǒng)總的流量為Q，運動的時間為t，則：Q=Q1+Q2V1/Q1=Q2×1000/Vg×ηv=tQ1為動臂的流量，L/min；Q2為回轉的流量，L/min；V1為動臂提升到指定位置需要的油液容積，L；Vg為回轉馬達的排量，ml/r。

通過計算可以得出回轉的和動臂各自需要的流量和比例關系�？梢钥闯龈淖儚秃蟿幼鞯闹�間的關系只需要對軟件程序進行相關參數配置，就可以得到需要的效果，傳統(tǒng)的挖掘機復合動作流量分配一般出廠時就固定下來了，如果需要其它效果只能更換閥芯。同理其它的復合動作也可以根據相關計算得到理想的效果。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結語

電容式壓力變送器集成控制器，雙閥芯好立設計，集成壓力傳感器和位移傳感器，基于CAN總線通信，通過高級算法實現雙閥芯好立和協同控制，通過軟件配置實現客戶化，實時監(jiān)測機器運行狀態(tài)和參數，調試周期短，非常適合在新產品中推廣應用。