工程机械多执行器电液控制技术研究现状及最新进展

　　0引言

　　液压技术的优势是具有大的功率密度和实现单泵多执行器并联驱动，因而在工程、建筑机械等移动式自动化装备中获得了广泛应用。但因实际工作过程中，各个液压执行器负载往往差别很大，造成的最大问题是系统效率低、能耗大。因此研究节能的元件和系统集成方法，改善系统能量效率，始终是这一领域国内外重要的研究课题，也是这一领域需要解决的国际性关键难题。20世纪90代初，在机械液压负载敏感技术基础上，提出的电液负载敏感控制原理，是体现多执行器系统机电液集成和实现节能的前沿技术。在2004年，德国机械工程师协会组织的1次研讨会上，有关方面的专家都认为，在工程、建筑等移动式自动化装备中，应当尽快推广电液负载敏感控制技术。本文将重点介绍电液负载敏感控制技术的最新进展，分析各种控制技术的优点与不足，希望能为我国自主研发具有国际竞争力、能满足环境和能源要求的低能耗、高效率工程机械多执行器电液控制系统提供有益帮助。

　　1液压一机械负载敏感控制技术

　　液压一机械负载敏感控制是目前多执行器并联运动系统，为降低节流损失普遍采用的技术，其基本原理就是让系统的压力始终和最高的负载相匹配，有开式回路和闭式回路2种形式。开式回路负载敏感，用一个3通型的流量控制阀和定量泵实现系统压力与负载压力的匹配，由于成本低、回路简单，目前国产的注塑机和装载机中大多仍采用这一原理。不足之处是整个系统存在较大的旁路损失和当负载差别较大时负载较小支路存在较大的节流型能量损失。闭式回路负载敏感系统用压差控制的变量泵取代了3通型的流量阀和定量泵，可消除旁路部分的能量损失。

　　20世纪80年代初，液压一机械式负载敏感控制原理开始用于主机，图1给出液压一机械闭式负载敏感的控制回路原理及工作工程中的能量消耗分配情况。

　　系统的工作原理是，通过压力检测管网和梭阀，检测出系统中最高的负载压力，用这一压力值作为变量泵的控制信号，改变液压泵的输出流量，使泵的出口压力始终高于最高负载压力一个恒定的值，一般为2MPa。为了使各个执行器的速度不受负载变化的影响，在每一联控制阀的进口都装有压差补偿器，保证控制阀的压差恒定。从图1可以看出，当系统处于中位时，系统的压力和流量都最小，消耗的能量也非常小。如果仅有一个液压执行器工作，则只存在和压差补偿器及控制阀口压差相关的损失，能量损失也较小。当系统有多个执行器同时工作时，只有压力最高一联执行器所对应的节流损失较小，其他联的损失则较大，压力差别越大，引起的节流损失也越大，这也是负载敏感技术最大的不足。此外存在的问题还有，用机械式比例减压阀控制液控多路阀、采用机械式控制变量泵和机械式压力检测管网，远距离控制，管路复杂，需另外的辅助泵提供控制压力;管道长度、检测管网引起压力信号的滞后，降低了系统的稳定性，容易产生振动;压力检测管网复杂，造成机器整体布局困难;为使各执行器速度互不影响，要附加压差补偿阀和梭阀，造成高的调节力和大的压力损失;系统性能受环境变化影响大。为了改善这一系统的性能，国外发展了用电子比例阀代替机械式手控减压阀的负载敏感技术，可省掉先导阀的液压控制管网，但变量泵仍采用液压一机械控制方式，是当今国外行走机械液压系统的主要控制原理，对于整个系统而言，仍属于液压一机械控制方式。德国Rexroth公司进一步发展了称为LUDV的抗流量饱和负载敏感控制原理，在负载流量大于动力源所能提供的最大流量时，所有执行器的运动速度都按相同的比例减小，保证速度的相对稳定性。日本的公司还发明了负流量控制原理，通过检测旁通流道的压力，控制液压泵的输出流量，获得了与负载敏感控制类似的效果。