史文龍

摘 要：文章針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)極限載荷保護(hù)問(wèn)題，在分析其實(shí)現(xiàn)機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用以單神經(jīng)元PID自適應(yīng)控制為基礎(chǔ)的功率匹配方法，建立了基于轉(zhuǎn)差率的控制模型，當(dāng)外負(fù)載變化時(shí)，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速感應(yīng)信號(hào)較好地調(diào)整液壓泵的排量，使發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓泵基本實(shí)現(xiàn)功率匹配，從幾方面分析了發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)須功率儲(chǔ)備即可穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：極限載荷保護(hù)；單神經(jīng)元；極限載荷控制；功率匹配

在高效液壓功率匹配回路的研究中，可以發(fā)現(xiàn)大中型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)多采用不同形式、不同型號(hào)的變量泵代替定量泵進(jìn)行循環(huán)工作，變量泵的好處是可變性和靈活性高，根據(jù)機(jī)械液壓系統(tǒng)的任何微小的改變進(jìn)行自身的改變，無(wú)論是系數(shù)的大小和循環(huán)的快慢，以輔助提高大中型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)效率和改善系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)作性能為主要內(nèi)容。另外，因?yàn)闄C(jī)械液壓系統(tǒng)需要更穩(wěn)定和更安全的內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行功率匹配的電路回流，所以需要電壓更穩(wěn)定，功率更穩(wěn)定和匹配更穩(wěn)定的系數(shù)指數(shù)和循環(huán)效果。

隨著液壓功率匹配控制技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓內(nèi)部系統(tǒng)的電路高質(zhì)量和功率高效率已經(jīng)得到業(yè)界的認(rèn)可和肯定。目前高效液壓功率匹配回路適應(yīng)控制技術(shù)，一般是由功率系統(tǒng)和匹配系統(tǒng)進(jìn)行同步運(yùn)作，主要是由負(fù)載功率匹配傳感控制與流量適應(yīng)控制兩部分組成。負(fù)載功率匹配傳感控制因?yàn)橛捎谝簤罕幂敵龅膲毫Α⒘髁颗c負(fù)荷所需要的壓力、流量不匹配（至少不能總是匹配），從而在系統(tǒng)的非執(zhí)行元件上造成較大的壓力、流量損失。因此，設(shè)法實(shí)現(xiàn)液壓泵與負(fù)載的功率匹配控制，以提高系統(tǒng)效率，是液壓系統(tǒng)節(jié)能的一種有效方法。流量適應(yīng)控制是由于用液壓比例方向節(jié)流閥、減壓閥、直流直線(xiàn)測(cè)速傳感器等元件設(shè)計(jì)了液壓比例閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱向進(jìn)給裝置的速度進(jìn)行控制。高效液壓功率匹配回路適應(yīng)控制技術(shù)融合了發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能和高效率的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，不但可以提高機(jī)械液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，還可以降低機(jī)械系統(tǒng)能耗損失，促使發(fā)動(dòng)機(jī)加快技術(shù)的進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)，不斷提高自身的系數(shù)指數(shù)和循環(huán)作用。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在液壓系統(tǒng)節(jié)能中的一個(gè)有效應(yīng)用是將高效液壓功率匹配回路的動(dòng)能和位能，以壓力能和動(dòng)力能的形式進(jìn)行有效的回收和利用，根據(jù)系統(tǒng)的系數(shù)變化而形成連續(xù)不斷的循環(huán)效果，從而減少液壓系統(tǒng)能量損失和發(fā)熱作用。因?yàn)檫M(jìn)行有效的回收和利用，可以幫助液壓系統(tǒng)在日后的節(jié)能工作中更好地節(jié)約成本和資源，不但可以減少浪費(fèi)，還可以增加能量的轉(zhuǎn)換。而在高效液壓功率匹配回路工作時(shí)，由于各類(lèi)液壓元件（變量泵、安全閥及執(zhí)行元件等）和電壓管路中存在壓力損失、容積損失和機(jī)械損失等，這些損失不但構(gòu)成了高效液壓功率匹配回路的能量損失，還會(huì)導(dǎo)致高效液壓功率匹配回路工作效率的降低。高效液壓功率匹配回路工作效率的好壞，循環(huán)的快慢，對(duì)液壓設(shè)備的性能發(fā)揮產(chǎn)生著重要的影響。

在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)功率工作過(guò)程中，系統(tǒng)所負(fù)載所需的壓力大小、流量多少是變化的。而系統(tǒng)的系數(shù)改變則直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的功率改變，要提高系統(tǒng)的工作效率就要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配效率，必須盡可能使每個(gè)元件部分在正常的工況下進(jìn)行變量泵的輸出壓力、流量輸出、負(fù)載壓力和流量輸入相匹配，較好的辦法就是采用壓力補(bǔ)償控制、負(fù)載傳感控制及兩者綜合作用的壓力負(fù)載傳感控制和能量轉(zhuǎn)換補(bǔ)償控制。顯然，消除高效液壓功率匹配回路中專(zhuān)用節(jié)流傳感元件的能量損失，會(huì)使液壓系統(tǒng)效率進(jìn)一步提高。數(shù)控變量泵功率匹配節(jié)能系統(tǒng)，著眼于消除液壓系統(tǒng)中的溢流閥和節(jié)流閥的能量損失。

通過(guò)高效液壓功率匹配回路的研究、分析，提出發(fā)動(dòng)機(jī)-變量泵-負(fù)載三者之間功率相互協(xié)調(diào)匹配的節(jié)能控制方案。將發(fā)動(dòng)機(jī)、變量泵和負(fù)載作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)全面研究，利用機(jī)械液壓系統(tǒng)壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力兩個(gè)方面來(lái)有效實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓泵之間的功率匹配控制和發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)定位控制。另外，還可以利用改變發(fā)動(dòng)機(jī)的變量數(shù)量和液壓系統(tǒng)的排量數(shù)量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)部元件運(yùn)動(dòng)速度的回路，稱(chēng)為機(jī)械液壓系統(tǒng)容積調(diào)速回路。這種液壓系統(tǒng)容積調(diào)速回路因?yàn)榫邆湫矢?、發(fā)熱少和循環(huán)快的特點(diǎn)，一般適用于電壓大、功率大和匹配大設(shè)備的液壓系統(tǒng)。

大中型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)在采用高效液壓功率匹配回路進(jìn)行聯(lián)合調(diào)速中，必須對(duì)于初進(jìn)速度要求的快慢進(jìn)行后進(jìn)速度進(jìn)程的快慢，再采用限壓式變量泵節(jié)流調(diào)速回路進(jìn)行分隔；針對(duì)在后進(jìn)速度進(jìn)程的快慢變化的情況下，配合調(diào)節(jié)初進(jìn)速度要求的快慢，再采用穩(wěn)流式變量泵節(jié)流調(diào)速高效液壓功率匹配回路進(jìn)行節(jié)流；對(duì)于初進(jìn)速度要求的快慢和后進(jìn)速度進(jìn)程的快慢同步進(jìn)行的情況下，機(jī)械液壓系統(tǒng)的供油壓力要求恒定情況下，一般采用恒壓變量泵節(jié)流調(diào)速高效液壓功率匹配回路進(jìn)行循環(huán)。

為了有效解決大中型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)存在的動(dòng)力不足、功率不夠的不足，可以依據(jù)操作人員進(jìn)行手柄位置信號(hào)的定位，而高效液壓功率匹配回路中必須有序控制變量泵輸出流量按一定的比例分配到各個(gè)負(fù)載區(qū)域，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)-變量泵-負(fù)載的功率匹配。而液壓系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)作與發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配系統(tǒng)性能不僅受發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓元件自身性能的影響，外界的條件因素也起著影響作用，還取決于各部分元件參數(shù)之間是否達(dá)到合理的匹配程度。在閥控液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，液壓系統(tǒng)地經(jīng)歷了節(jié)流閥控系統(tǒng)、負(fù)荷傳感（閥控）控制系統(tǒng)到泵控系統(tǒng)的過(guò)程。負(fù)荷傳感的優(yōu)點(diǎn)是按需要向系統(tǒng)提供流量，基本無(wú)溢流損失，降低能源消耗，減少系統(tǒng)發(fā)熱，達(dá)到節(jié)能環(huán)保作用。閥控液壓發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與閥控液壓系統(tǒng)相比較耗能更低，尤其是電子泵控系統(tǒng)與電控發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配，加入各種的參數(shù)設(shè)定，從而達(dá)到低耗能的目的。

閥控液壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作部分液壓系統(tǒng)是靠幾組差動(dòng)液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)的，由于差動(dòng)液壓缸兩腔面積不相等，在動(dòng)作時(shí)，差動(dòng)缸有桿腔與無(wú)桿腔所需要的油液流量也不相等，因此，要想實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)液壓泵閉式直接控制差動(dòng)缸回路，必須滿(mǎn)足液壓泵的兩個(gè)工作油口的輸出油液不相等，從而對(duì)差動(dòng)缸兩腔的流量進(jìn)行補(bǔ)償。將發(fā)動(dòng)機(jī)、變量泵、多路閥和負(fù)載作為一個(gè)整體，采用協(xié)調(diào)控制策略，準(zhǔn)確地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)-泵和泵-負(fù)載環(huán)節(jié)的功率進(jìn)行協(xié)調(diào)，提高了系統(tǒng)功率利用率，減少了系統(tǒng)能量損失；設(shè)計(jì)了閥控液壓發(fā)動(dòng)機(jī)直線(xiàn)行走同步控制回路。閥控液壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配控制系統(tǒng)，是以變量泵的工作壓力為依據(jù)，通過(guò)微機(jī)的計(jì)算可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)。但是由于閥控液壓系統(tǒng)本身存在的不可避免的節(jié)流損失問(wèn)題，在增大系統(tǒng)裝機(jī)功率的同時(shí)，導(dǎo)致閥控液壓發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)燃油使用量大、耗油高、排放差、液壓系統(tǒng)發(fā)熱量大、效率低等問(wèn)題。

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