摘 要 ：簡(jiǎn)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(diǎn)。闡述了在多功能搶險救援車(chē)中減小壓力損失、復合動(dòng)作流量分配模式的應用。
多功能搶險救援車(chē)作為一種重型應急救援車(chē)輛，主要應用于地震、塌方、洪水、泥石流等自然災害發(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)機具，通過(guò)快換接頭實(shí)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的核心零部件，正確的選用液壓主閥直接關(guān)系到整機的操控性、復合動(dòng)作協(xié)調性、可靠性、維護性。
1 電容式壓力變送器簡(jiǎn)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(diǎn)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(xiàn)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(diǎn)解析
常規的執行機構的進(jìn)出油口節流通過(guò)一根閥芯來(lái)控制，其結構如圖 2 所示。閥芯的進(jìn)出油口開(kāi)口對應關(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)現一些特殊功能需要額外增加液壓元件，客戶(hù)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(diǎn)在于連接執行機構的工作油路由兩個(gè)好立的閥芯控制，相當于用兩個(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行機構的進(jìn)出油口。雙閥芯的油路上設有薄膜壓力傳感器，同時(shí)還集成LVDT直線(xiàn)位移傳感器。通過(guò)對油路壓力傳感器和閥芯位移傳感器信號的閉環(huán)控制，可以準確的對執行機構進(jìn)行壓力和流量控制。采用雙閥芯好立設計的液壓主閥，通過(guò)對兩個(gè)好立閥芯的控制方式進(jìn)行組合，可以輕易的實(shí)現常規的單閥芯設計難以實(shí)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、執行機構�？刂剖直l(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(guò)CAN總線(xiàn)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)出指令給先導閥芯，雙閥芯主閥在先導油的作用下執行響應的動(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(chē)中的應用
多功能搶險救援車(chē)液壓系統采用負載敏感系統，負載敏感泵補償壓力的設定必須與系統向匹配。補償壓力設定過(guò)小，閥芯的微動(dòng)性能#好，但是會(huì )導致閥芯開(kāi)到#大也無(wú)法使泵的排量達到#大，導致滿(mǎn)足不了負載#大速度要求；補償壓力值設定過(guò)大，導致閥芯還沒(méi)開(kāi)到#大泵排量就已經(jīng)達到#大，因此閥芯的微動(dòng)性能差，壓力損失大，發(fā)熱量大。
多功能搶險救援車(chē)中的LS壓力通過(guò)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(shí)際要求通過(guò)專(zhuān)用軟件配置調節，負載壓力、泵出口壓力和LS壓力三者的關(guān)系如圖5所示。常規的負載敏感系統LS壓力等于#大的負載壓力，從圖5中可以看出，在滿(mǎn)足系統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的負載敏感電容式壓力變送器節省壓力10bar。以流量Q=100L/min，效率η=0.85計算，節省的功率P=?P×Q/600/η=10×100/600/0.85=1.96kW。[2]
多功能救援車(chē)挖掘作業(yè)與液壓挖掘機作業(yè)過(guò)程一樣，一個(gè)完整的作業(yè)過(guò)程包括：挖掘、滿(mǎn)載回轉、卸載、空載回轉[3]，具體復合動(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)執行機構復合動(dòng)作，主要執行機構需要頻繁啟動(dòng)、換向、制動(dòng)，沖擊和振動(dòng)比較大，對復合動(dòng)作協(xié)調性要求比較高，因此需要合理的分配復合動(dòng)作的流量。目前負載敏感系統主要分為閥前和閥后補償兩種系統，當系統流量飽和時(shí)，閥前補償系統優(yōu)先滿(mǎn)足負載小的動(dòng)作，這就會(huì )導致負載大的動(dòng)作速度緩慢復合動(dòng)作不協(xié)調；閥后補償系統所有復合動(dòng)作速度等比例下降，沒(méi)有優(yōu)先功能，靈活性比較差。
電容式壓力變送器通過(guò)高級算法可以實(shí)現系統流量飽和時(shí)復合動(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)的典型應用90°回轉加動(dòng)臂提升，即滿(mǎn)載回轉作業(yè)，動(dòng)臂提升到指定位置時(shí)回轉正好轉過(guò)90°停在卸料的位置。已知系統總的流量為Q，運動(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為回轉馬達的排量，ml/r。
通過(guò)計算可以得出回轉的和動(dòng)臂各自需要的流量和比例關(guān)系�？梢钥闯龈淖儚秃蟿�(dòng)作的之間的關(guān)系只需要對軟件程序進(jìn)行相關(guān)參數配置，就可以得到需要的效果，傳統的挖掘機復合動(dòng)作流量分配一般出廠(chǎng)時(shí)就固定下來(lái)了，如果需要其它效果只能更換閥芯。同理其它的復合動(dòng)作也可以根據相關(guān)計算得到理想的效果。需要特別主要的是，需要將系統的總流量反饋給電容式壓力變送器，判斷系統流量是否飽和。
4結語(yǔ)
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(xiàn)通信，通過(guò)高級算法實(shí)現雙閥芯好立和協(xié)同控制，通過(guò)軟件配置實(shí)現客戶(hù)化，實(shí)時(shí)監測機器運行狀態(tài)和參數，調試周期短，非常適合在新產(chǎn)品中推廣應用。
