负载口独立控制系统中防止气穴的理论研究

　　早在20世纪八九十年代就已经有学者开始研究负载口独立控制技术[1],该新型系统引入了既可以控制执行器进口油液又可以控制执行器出口油液的阀组单元,增加了系统的控制自由度,使得该系统在满足传统比例、伺服控制系统性能要求的情况下,还具有节能(利用再生流量)、减少系统辅助功能单元(平衡阀)的特点。限于传感器的性能以及微机控制的成本,当时并未得到广泛的应用。但是,随着计算机技术、微电子技术及传感器技术等的飞速发展,负载口独立控制技术成为现今研究的一个热点,国外EA-TON公司已经设计出应用于工程机械的新型阀组,但国内这方面的研究尚处于起步阶段,整个负载口独立控制系统的设计理论仍未成形。

　　气穴现象是指在液压系统中,当某处的液体压力低于该温度下的空气分离压时,溶解在液体中的空气迅速分离出来,产生大量气泡。液压系统中出现气穴现象时,会造成流量和压力的不稳定,甚至在局部引起振动和噪声,应在系统的设计中予以重视。当液压缸的活塞杆速度较快,进入液压缸的油液不足以补充由于活塞杆运动引起的容腔的扩大,导致液压缸扩大腔出现零压或者负压,从而导致气穴现象的产生。气穴现象可以通过确保足够的压力油液供应到液压缸扩大腔来防止。在负载口独立控制系统中,研究如何设计控制器的关键参数来避免气穴现象,对整个负载口独立控制系统的设计具有指导意义。

　　1　负载口独立控制系统工作原理介绍

　　负载口独立控制系统的组成如图1所示,主要包括控制器、溢流阀、泵源、负载口独立控制阀组单元、液压缸、控制器等部分。阀组单元由4个可以单独调节的节流阀1、2、3、4组成。

　　当操作者给出指令信号时,控制器根据传感器检测到的系统状态及得出的工作模式,综合分析每个节流阀控制电流的大小,给出控制信号。在每一种控制模式下,控制单元有2个节流阀被选中,即有2路控制信号,较传统的伺服、比例系统多了1个控制自由度,增加了系统的控制灵活性。

　　2　负载口独立控制系统的工作模式分析

　　根据负载的大小、方向和液压缸活塞杆输出的速度,确定负载口独立控制系统有以下几种工况:

　　(1)阻抗伸出工况

　　负载阻碍液压缸的输出,高压液压油通过阀1进入液压缸的无杆腔,推动活塞杆运动,有杆腔的液压油通过阀4流回油箱。

　　(2)阻抗缩回

　　负载阻碍液压缸的缩回,高压液压油通过阀2进入液压缸的有杆腔,推动活塞杆运动,无杆腔的液压油通过阀3流回油箱。

　　(3)超越伸出

　　负载辅助液压缸活塞杆伸出,有杆腔的液压油通过阀2和阀1回流到无杆腔,减少液压泵的供油,从而起到节能的作用。