工程机械电控系统先导匹配研究

董家威 王换男

摘 要：随着社会经济的发展和工程技术水平的提高，工业生产对工程机械操作舒适性提出更高要求。因此，为提升工程机械电控系统先导匹配实效性，本文立足于该系统先导匹配重要性，总结匹配原则、提供计算工作，实现系统控制效果的改善。

关键词：工程机械电控系统;先导匹配;比例阀;额定流量

引言：工程机械电气控制系统实现对多个系统的控制，例如蓄电池、照明及信号系统、故障诊断系统等。因此，落实先导匹配工作对后续控制工作和指令的实施具有直接影响意义，为此，研究工程机械电控系统先导匹配是十分必要的。

1.探讨工程机械电控系统先导匹配重要性

在科学技术高度发展的时代背景下，工业的快速发展使得用户对工程机械的操作要求逐渐提高，尤其是机械操作舒适性要求，在工程机械领域，电气控制系统已的应用愈加广泛，已成为一种必然趋势。在电气控制系统实际使用过程中，需要与工程机械相结合，那么在工程机械电气控制系统的设计与应用过程中，先导部分作为重要环节，应与比例阀进行精准匹配。在对其进行控制时，主要依托于控制器对比例阀电压或是电流的比例输入进行控制得以实现，为获得理想调压曲线，需要做到比例阀的科学选型，主要根据先导比例阀匹配原则以及相关计算公式，从而保证比例阀选择的科学合理性，进而保证电控系统的稳定运作。由此可见，比例阀相关计算与选择对工程机械电控系统运作具有极强现实意义。

2.研究工程机械电控系统的先导匹配

2.1工程机械电控系统原理

在工程机械电气控制系统运行过程中，主要涉及油箱、变速泵、精滤器、电控变速阀、离合器、前进和后退档离合器、先导过滤器、过滤装置、比例电磁阀、主阀以及压力开关。在实际运行过程中，比例溢流阀是各个档位的先导，具有极强独立性，在调压过程中互不干扰。压力开关信号主要对充油时间进行控制，当比例溢流阀断电后，先导为溢流状态，在复位弹簧的作用下，主阀芯为初始位置，主油路油液无法通至离合器，整机处于未接入档位的状态。但比例溢流阀处于通电状态时，先导则转变为非溢流状态，在先导压力的作用下，主阀芯位置变换，在该情况下主油路油液可以顺利通至离合器，整机处于接入档位状态。对于方向和速度的控制，各个比例溢流阀各有一个通电，整车以标准档位行驶[1]。

2.2工程电控系统先导匹配计算

当比例阀处于不通电状态时，先导油则处于溢流状态，进而导致资源、能量不必要的损失，所以，在对工程机械电控系统先导匹配进行计算与设计时，应对相应结构限制先导流量进行设计，主要涉及阀体、螺塞、两个节流孔以及先导油腔。在该结构中，油液在经过变数滤芯过滤后，会先后流经两个节流孔，然后进入先导油腔。为更好计算电控变速系统先导匹配，将阀体孔径Dk设定为7.4mm，两个节流孔中的b节流孔为0.5mm，螺塞直径DL为7mm，在该情况下，阀体孔径与螺塞之间的距离为0.2mm，相较于节流孔b0.5mm的孔径，需要增设节流孔a，发挥间隙过滤的作用，从而实现对节流孔b的有效保护。在对节流孔a通流面积Aa进行计算时，计算公式为：Aa=π（Dk2-DL2）/4，在上述参数下，即Aa=π（7.42-72）/4=4.52（mm2）。环形节流孔a与直径为Da的圆形节流孔等效，即通流面积相同，那么公式为：，在上述参数下，节流孔a的孔径为2.4mm。

在该系统中，共有5个档位，无论哪一控制档位，其先導比例阀都相同，为此，在对先导匹配进行设计时，分析其中一档先导油路即可。当比例溢流阀处于停电状态时，阀芯是打开状态，当相关指令下发后，按照指定电流通电，那么阀芯会进行相应的闭合，对于该环节，可将其简化为可变节流孔。在具体设计过程中，为降低背压，当不通电时，先导流量应完全卸载，从而降低不良因素对主阀芯的影响。在确定先导背压后，根据样本曲线得到不通电状态下比例溢流阀的流量与压差关系。在该关系下，可以对比例溢流阀的通流面积Ac进行计算，公式为：。其中，Qc为先导油路流量（m3/S）;△Pf为比例阀在断电情况下的进出口压差，C为流量系数，该系统往往处于0.6-0.65范围内;ρ为油液密度，为便于研究，参数为900kg/m3。以比例阀流量Qc为5L/min为例，当其压降为1bar时，Ac为5.25mm2，当比例阀处于断电状态时，油液通流直径dc为2.585mm，油液流经节流孔a、节流孔b、节流孔c的流量相同，即Qa=Qb=Qc，那么△Pc=（Aa2/Ac2）△Pa;△Pb=（Aa2/Ab2）△Pa。在对其他压力损失忽略不计的情况下，液油流经节流孔a、节流孔b、节流孔c的过程中，出现的压差为33bar，因此，△Pa+△Pb+△Pc=△Pa+（Aa2/Ab2）△Pa+（Aa2/Ac2）△Pa=33（bar）。在该情况下，△Pa=33/（1+Aa2/Ab2+Aa2/Ac2），即0.062bar;△Pb为32.89bar，△Pc为0.048bar。

通过上述计算可知，当比例阀以及节流孔a处于断电状态时，通流出不具备较大压差，因此，在该系统分析过程中可以忽略不计。因此，当比例阀处于断电状态且阀芯全部打开时，先导油路的流量与节流孔b的流量相同，公式为：，即0.6292（L/min）。在获得该参数后，先导油路流量的选取应比所选的比例阀额定流量小，进而保证工程机械电控系统的稳定运作。除此之外，为保证稳定的先导压力，相较于比例阀性能测试时施加的流量，工程机械电控系统提供的先导流量应更大一些。只要在该情况下，工程机械电控系统先导比例阀在匹配时，才能够实现电流控制范围的扩大，提高先导压力稳定性，从而为工程机械电控系统的稳定运作奠定良好基础[2]。

结论：综上所述，工程机械电控系统在进行先导比例阀匹配作业时，相关工作人员应以系统压力为基础，科学确定比例阀压力范围，为提升系统控制效果，在比例阀压力变化范围内，应尽可能大的控制电流范围，并根据比例阀合理匹配想到流量，从而保证系统稳定运作。

参考文献：

[1] 夏晓雷. 关于工程机械CAN通信的电控系统设计的研究[J]. 信息通信，2019（9）：200-201.

[2] 崔超康. 工程机械数据采集终端系统的研发及应用[D]. 河南：郑州大学，2018.

（1.沈阳理工大学工程实践中心，辽宁 沈阳 110065;2.沈阳韵腾机电设备有限公司，辽宁 沈阳 110065）