工程机械液压控制技术的研究进展与展望(2)
液压系统的节能
开中心负载适应系统(图5):这种简易型节能措施,在引进的和国产的工程机械中,都多有应系统限压先导阀2.限压阀3.梭阀网络4.可变节流器5.二通压力补偿器6.定量泵7.三通压力补偿器闭中心负载适应系统:必须配置负载敏感泵,成本高,但能基本达到与系统所需压力流量匹配,节能效果更为明显[17~19]。图6即为在挖掘机上应用的一种负载敏感系统。
一些工程机械执行机构与液压源距离远而引起的长管道问题,使得无法采用现有负载敏感技术。即使采用非负载敏感式定量泵加电液比例多路阀的控制方式,位于定量泵与电液比例多路阀之间的长管道,仍然会导致作业机构动作滞后或者作业精度差等问题。对此,浙江大学研究人员提出了相应的管道优化设计理论以及电液混合负载敏感系统的解决方案(图8)。针对阀控系统,提出了用于判断能否忽略其中管道效应的理论判。
远距离执行机构近距离执行机构
抗流量饱和节能高效同步操作系统:工程机械大多为单泵或双泵供油、多执行器同时工作。当泵流量不足时,小压差(大负载压力)执行器的流量就会变小或为零,使设备不能正常工作,甚至出现危险或事故工况。图9所示为这种负载传感补偿(LSC)非饱和控制的原理之一[4]。当出现流量饱和时,各补偿器的设定值同时相应降低,各负载之间工作速度比例关系仍然保持原设定值不变。这种系统将工程机械的操作性、节能、安全性提高到一个新水平。
负流量控制:对于使用六通多路阀的液压系统的节能新亮点是所谓的“负流量控制”[4],如图10所示。它是通过在多路阀中位回油通道上设置流量检测元件,并将此流量信号引至具有负流量控制功能的变量泵,以改变泵的排量,最终达到控制旁路回油流量为一个较小的恒定值,从而减少旁路损失的目的。
局部负载时的模式切换控制。如图11所示,通过新型微机系统,在环境改变时会主动改变发动机的转速和功率,按照多种模式(如P模式,强调工作量的重要性;E模式,强调油耗和噪声;L模式,强调工作精度)工作,微机同时控制发动机和泵。这种系统扩充了传统电调节器的概念,微机根据操纵手柄的指令和工作模式的要求,控制调节器和泵的排量[6]。
基于发动机转速传感的全局功率适应控制。全局功率适应是把包括发动机、液压泵、控制阀及并行作业的液压执行元件作为一个整体来考虑。如为了达到某一作业速度,可以通过改变液压泵排量、液压阀开度、液压马达排量,还可以改变发动油门大小,进而改变发动机转速来实现。通过工程机械全局功率适应,实现从发动机到液压功率的高效率转化。发动机一泵控制单元如图12所示。液压泵的输入转矩由速度偏差控制,泵可以在发动机不停转的前提下吸收最大限度的发动机功率[6]。1.4环保国外工程机械液压技术领域对环保给予充分
的重视,主要包括:在工作介质使用可生物分解的液压油,纯水,以减少对环境的污染;降低液压元件及系统由于高压、大流量产生的振动与噪声;不断提高元器件与系统效率,进而节约能源等。其中若干内容前面己经涉及,限于篇幅这里从略。
三、展望
今后,工程机械的液压控制技术将更加侧重于在电子控制和节能、可靠性和安全性以及环境适应性等方向的研究与相关技术的幵发。
在电子控制方面,由于电子控制化、自动化是提高工程机械附加值的重要方面,更需要设计者关注用户的需求,从用户角度进行设计在节能方面,进一步提高器件单体效率的难度将越来越大,重点将转移到提髙发动机一液压系统整体最佳效率的匹配研究[23],以及研发新的实用化的节能液压元件及系统,如自由活塞发动机[24]、二次调节系统及相关的液压变压器[3’25]等;并更多关注能量的回收技术,如出口节流控制损耗能量、回转制动能量等的回收。目前在汽车上已开始应用的混合动力系统也将开始应用于工程机械上,日本曰立建机公司已研制出世界上第一台采用发动机和电池混合动力的轮式装载机,取得了良好的节能效果。
随着工程机械应用领域的不断拓展,安全法规越来越严,其可靠性和安全性要求也不断提高。提高耐环境性,如耐振性、耐水性、耐热性以及相关器件(特别是电子控制关联器件)的可靠性,将是今后一个重要研究方向。同时还需关注工程机械的安全性、功能可维修性等。
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