陳 林，李友興

(四川省交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司智能裝備分公司裝備研發(fā)中心，四川 成都 610042)

0 引言

筆者所在公司研發(fā)的陸地自動(dòng)化機(jī)具液壓鉆機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)類似于汽車吊的主臂起升，其工況惡劣。在主起升機(jī)構(gòu)下放過程中，結(jié)構(gòu)為負(fù)負(fù)載，且由于三角形力臂變化，導(dǎo)致了其油缸受力急速變化，且在下放階段的最后行程，載荷最大；同時(shí)在行程最后段，還需要做減速處理，讓載荷低速平穩(wěn)下放，所以導(dǎo)致了集低速、載荷快速變化、負(fù)負(fù)載的極限工況。

公司采用WESSEL-HYORAULIK的LHW系統(tǒng)平衡閥，性能優(yōu)異，適合該工況。在國內(nèi)，環(huán)境溫度為-18℃～50℃，設(shè)備在這個(gè)環(huán)境溫度下一直運(yùn)行平穩(wěn)，沒有任何異常。但當(dāng)該機(jī)具設(shè)備在中東沙漠環(huán)境進(jìn)行工作時(shí)，由于該地區(qū)夏季環(huán)境溫度最高約55℃，加上是沙漠戈壁環(huán)境，其地表及1 m以上空間的溫度均在70℃以上。沙漠環(huán)境水資源寶貴，無法供應(yīng)水冷系統(tǒng)需要的水源，故采用了風(fēng)冷。由于環(huán)境溫度太高，液壓系統(tǒng)和環(huán)境溫度的溫差很小，液壓系統(tǒng)的熱平衡閥溫度只能保持在65℃～75℃，在這個(gè)溫度下設(shè)備運(yùn)行，其臂架結(jié)構(gòu)下放最后行程段的減速效果減弱，導(dǎo)致了下放沖擊加大，甚至無緩沖。油溫越高，其沖擊越大，緩沖效果越差。沖擊的加大，不僅增加了噪音，還增加了結(jié)構(gòu)的變形量，減少了油缸的軸承壽命，影響了設(shè)備的壽命。

1 液壓系統(tǒng)優(yōu)化

1.1 問題分析

原平衡閥的控制原理如圖1所示。平衡閥通過對(duì)邊引油控制，通過調(diào)整多路閥的控制電流大小來調(diào)整閥開度，從而實(shí)現(xiàn)速度控制。油缸帶有位移傳感器，其加減速控制都是通過油缸位移作為控制輸入條件的。其電控速度控制邏輯如圖2所示。

1—液壓油源；2—多路閥；3—控制手柄；4—平衡閥；5—執(zhí)行結(jié)構(gòu)(油缸/馬達(dá))。圖1 平衡閥控制原理

圖2 電控速度控制邏輯

根據(jù)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)采用ISO VG32液壓油，油溫超過65℃時(shí)，其沖擊加大，可以通過調(diào)節(jié)多路閥的最小控制電流來減弱沖擊，但是在油溫在35℃～60℃時(shí)，油缸又會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不到位置就停止的情況?？梢缘弥?，在不同油溫下，油液黏度不一樣，導(dǎo)致了閥的響應(yīng)特性不一致，該方案對(duì)于多路閥的性能要求高。同時(shí)在測試中發(fā)現(xiàn)，采用國外一流品牌的多路閥和采用國產(chǎn)多路閥的設(shè)備相比，其受閥特性受油溫影響要小得多，但是考慮到成本、貨期及渠道穩(wěn)定性，國產(chǎn)化才是趨勢，所以必須從系統(tǒng)優(yōu)化方面來考慮，降低對(duì)多路閥的性能要求。

1.2 解決方案

為了解決該問題，從系統(tǒng)優(yōu)化方面，可以從優(yōu)化控制方式和控制邏輯兩個(gè)方面進(jìn)行解決。

1.2.1 優(yōu)化控制方式

對(duì)平衡閥的控制方式進(jìn)行優(yōu)化，由對(duì)邊直接控制改為先導(dǎo)控制，這樣做有以下優(yōu)勢：單獨(dú)控制更為精準(zhǔn)，可以采用電比例控制閥進(jìn)行先導(dǎo)控制，控制精度高，效果佳；減少控制流量，避免油溫對(duì)流量的影響，根據(jù)平衡閥的控制流量需求來選擇合適的先導(dǎo)控制閥。其控制原理如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的控制原理

液控方案一:先通過減壓閥來限制控制壓力，并通過阻尼橋?qū)α髁窟M(jìn)行限制，并對(duì)控制壓力進(jìn)行比例縮小。

液控方案二:先通過阻尼橋?qū)刂屏髁窟M(jìn)行限制，并對(duì)控制壓力進(jìn)行比例縮小，再通過溢流閥來限制最高的控制壓力。

電比例控制方案:通過電比例減壓閥來直接控制到平衡閥先導(dǎo)的壓力和流量。

上述3個(gè)控制方案都可以完成對(duì)先導(dǎo)控制的精確控制，各有優(yōu)缺點(diǎn)(見表1)，可以根據(jù)情況需求選擇合適的方案。

表1 控制方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

1.2.2 優(yōu)化控制邏輯

對(duì)電氣的控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，油溫的變化導(dǎo)致最小電流對(duì)應(yīng)閥的開度和流量發(fā)生了變化，同樣以位移作為控制的輸入量時(shí)，并不能保證機(jī)構(gòu)在行程結(jié)束時(shí)，剛好完成減速動(dòng)作，故可以提前完成減速動(dòng)作，并在最后一段，讓其按照最低速度運(yùn)動(dòng)即可，這樣就可以控制住最后一段的速度，從而減少?zèng)_擊。人為地在控制上增加了一段“低速爬行段”，其電氣更改后的控制邏輯如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后電控速度控制邏輯

該控制邏輯會(huì)犧牲掉一部分效率，增加了運(yùn)行時(shí)間，但是該方案不用增加額外的成本。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的控制方案的可行性，制作了測試閥組，其測試閥組的控制原理及實(shí)體如圖5和圖6所示。

(a)先導(dǎo)液控方案

(b)液控閥組圖5 液控方案測試原理及閥組

(a)電比例控制方案

(b)電比例控制閥組圖6 電比例方案測試原理及閥組

為了驗(yàn)證優(yōu)化控制邏輯的可行性，在調(diào)試界面增加了爬行段，用以配合減速速度控制，調(diào)試界面如圖7所示。

圖7 調(diào)試界面

經(jīng)過試驗(yàn)，2種方式都可以有效降低高油溫的沖擊，所以2種方式都可行。

3 結(jié)語

本文對(duì)公司自動(dòng)化機(jī)具臂架結(jié)構(gòu)在低速、載荷快速變化、負(fù)負(fù)載綜合工況下，在高溫下出現(xiàn)平衡閥控制下放沖擊和緩沖失效的問題進(jìn)行了分析，找出引發(fā)振動(dòng)的原因，并對(duì)原理和控制邏輯進(jìn)行了優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果證明：優(yōu)化后的控制方式能解決高油溫下臂架結(jié)構(gòu)的下放沖擊和緩沖失效問題，提高了產(chǎn)品性能。