基于负载敏感的压缩式垃圾车新型比例控制技术研究

2019-03-26李伟涛1宋颖2

专用汽车 2019年3期

李伟涛1 宋颖2

1.深圳东风汽车有限公司广东深圳 518000

2.汉阳专用汽车研究所湖北武汉 430056

1 前言

由于国内压缩式垃圾车普遍运用开关式单定量泵的液压控制系统，存在效率低、功率损失大、油温偏高，且无法同时进行上料和压缩而导致作业效率低，速度调节特性差，导致运动不平稳且冲击大等缺陷。为解决上述技术问题，本文从基于负载敏感的新型比例控制技术的角度出发,介绍一种先进的液压控制系统，可充分解决以上三个方面的技术缺陷，从而提升压缩式垃圾车的性能。

2 开关式单定量泵液压控制系统

2.1 开关式单定量泵液压控制系统的控制原理

压缩式垃圾车是一种垃圾车收集转运车，其执行动作机构分为上料机构（翻转油缸）、压缩机构（刮板油缸、滑板油缸）及卸料机构（举升油缸、推铲油缸），其传统的开关式单定量泵液压控制原理如图1所示。

图1 开关式单定量泵液压控制系统

开关式单定量泵液压控制系统其动力输出为取力器驱动定量油泵，输出固定流量的高压油。高压油进入开关式液压多路控制阀，其工作状态仅为开与关的状态；通过多路控制阀控制液流方向后进入各执行油缸，若执行动作油缸的速度需进行调节减速，则在多路控制阀与执行油缸之间加入节流调速阀（如翻转油缸、举升油缸），若只需最大速度工作，则由多路控制阀控制后直接进入各油缸（如刮板油缸、滑板油缸、推铲油缸）。

通过以上控制实现了压缩式垃圾车每个执行油缸的动作，从而实现了压缩式垃圾车上料、压缩及卸料等作业功能。

2.2 开关式单定量泵液压控制系统的缺点

通过传统的开关式单定量泵液压控制系统可实现压缩式垃圾车的作业功能，虽然简单，但存在以下明显缺点：

a.不能从动作负载所需求角度输出合适的压力-流量，每个动作均以最大固定流量工作至高压溢流，效率低、功率损失大且油温偏高；

b.每个动作工作时负载不同，依据压力优先特性，无法同时进行上料和压缩而作业效率低；

c.各个动作速度由开关换向阀控制，开关换向阀在换向时，液流冲击大，速度调节特性差，运动不平稳。

下面介绍一种液压比例控制系统，可解决上述技术问题。

3 负载敏感的新型液压比例控制系统

3.1 溢流节流控制原理

如图2所示，溢流节流控制上采用了比例溢流阀与节流阀的并联。节流阀即图4中的电磁比例多路阀开口效果S，其开口大小由作业工况需要进行动态调节，其负载动态压力P4通过负载反馈油路反馈比例溢流阀。

图2 溢流节流控制原理

比例溢流阀是靠定压作用进行压力补偿的一种溢流阀，其定压效果由弹簧压力设定即P0；在主油路上设置安全阀，保证系统的安全性，油泵输出压力为P。

依据压力平衡稳定原理：P=P0+P4（1）

通过比例溢流阀中设定的弹簧压力P0、负载动态压力P4、油泵输出压力为P进行平衡稳定后，保证输出到电磁比例多路阀的压力P和流量刚好满足作业需要（即满足所有动作所需的流量之和），多余流量仅通过弹簧压力P0即低压力下回油箱。

以上溢流节流控制方法，使液压控制系统自动接收压缩式垃圾车液压系统的各个动作压力-流量需求，从负载所需求角度输出所需合适的流量和压力P，实现抗流量饱和功能（即多余流量通过极小的弹簧压力P0下回油箱而不进行高压溢流，抵抗多余流量，即抗流量饱和），效率高、功率损失小、系统发热量少，从而大大降低液压系统的油温。

图3 比例型减压节流控制原理

如图3所示，比例型减压节流控制采用了减压阀和节流阀串联。节流阀即电磁比例多路阀开口效果S，电磁比例多路阀工作联的数量按执行机构多少而可以增加或减少，图3中只列举了3个工作联，其各个工作联的负载动态压力P4（或P2、P3…），取其最大值例如P4通过负载反馈油路反馈比例溢流阀，以实现溢流节流的效果。

减压阀是一种定差作用的减压阀,其设定压力差即弹簧压力P40(（或P20、P30…）。

这个弹簧压力P40(（或P20、P30…）即是节流阀进出油口压差ΔP，通过以上压力平衡后维持节流阀进出油口ΔP压差近于恒定。

根据阀口流量公式：

式中，Q为阀口流量；ΔP为通过进出油口压差(即P40、P20、P30…)；S为阀口面积（即电磁比例多路阀开口）；C为阀口系数（与设计的阀口型式有关）；ρ为液压油的密度。

从上述公式可以看出，通过每一工作联的进出油口压差ΔP由弹簧压力设定并近于恒定，通过每一工作联的流量只与电磁比例多路阀开口S有关，而与动态负载压力大小P4（或P2、P3…）无关。

以上比例型减压节流控制方法，实现了以下功能：

a.通过每一工作联的流量只与电磁比例多路阀开口S有关，而与动态负载压力大小P4（或P2、P3…）无关，这样就可以满足压缩式垃圾车所需流量、压力不同的多个执行机构工作需求，实现同时进行垃圾上料和压缩，提高作业效率；

b.电磁比例多路阀开口S由比例电流大小进行柔性调节，液流冲击大大减小，执行油缸的启停速度柔和，调节特性好，运动平稳而冲击小。

3.3 基于负载敏感的新型比例控制技术在压缩式垃圾车上的实现

如图4所示，溢流节流控制和比例型减压节流控制技术的运用，使得构造负载敏感的新型液压比例控制系统在压缩式垃圾车上得以实现。取力器驱动单定量泵输出固定的流量，通过溢流节流控制实现系统抗流量饱和，保证以最合适的流量-压力进入减压节流模块，实现了压缩式垃圾车上料机构（翻转油缸）、压缩机构（刮板油缸、滑板油缸）同时工作而不受负载大小影响，同时各机构动作通过比例电流驱动电磁比例多路阀柔性调节阀口大小，速度调节特性好，运动平稳。