工程机械多路阀研发进展（2）

原作：焦宗夏，彭传龙，吴帅

3  电液控制技术的应用

随着电液比例技术的成熟，传感器技术的发展以及电液控制技术可靠性的提高，电液控制技术开始应用于多路阀的控制中。电液控制技术在多路阀中的应用主要体现在在多路阀控制系统中引入电液控制技术以及利用电液比例技术精确的控制多路阀的阀芯位移等两个方面。

1）电液控制技术用于多路阀控制系统

在电液控制系统中，通常采用传感器代替梭阀等元件检测多路阀的系统压力信息，将采集的压力信号输入至控制器中，用于对系统进行控制。采用电液控制技术控制时采用电信号传输，有效的解决了液压多路阀控制系统中存在的管路布局复杂，结构设计困难的问题，提高了多路阀系统的设计是灵活性。此外，采用传感技术采集压力能够有效的避免液压控制信号的长距离传输，减小液压容腔，有效的解决了液压控制中存在的控制信号滞后，扰动等问题。采用电液控制技术对多路阀系统进行控制时能够在传统控制方法上进行改进和组合提高多路阀系统的控制效果。

2）电液比例技术的应用

应用电液比例技术的多路阀被称为电液比例多路阀，在近十年中，比例多路阀有明显的增长。其具有满足工程机械使用中的电液控制与手动两种功能同时存在，具有比例调节的功能，满足工程机械运动受控的要求，以及控制精度高，响应速度快等优点。多路阀采用电液比例先导控制，不但提高了执行器的工作性能，更为进一步的远控与无线遥控建立了坚实基础。比例多路阀的工作原理如图4所示。

多路换向阀的比例控制，是先导阀接受模拟或数字式信号，控制出口油液的压力和流量，驱使主阀芯与输入量成比例地移动或者由驱动装置直接驱动主阀芯动作，改变节流口截面积，从而控制多路阀工作油液的流量大小。

电液比例多路阀的驱动元件通常采用比例电磁铁，音圈电机等进行驱动。某型电磁比例多路阀采用比例电磁铁作为先导压力控制的驱动元件，其工作原理如图5所示。

该多路阀由主阀，控制油缸和电磁比例换向阀（先导阀）组成。比例电磁铁通入一定直流电流时，先导阀芯在电磁铁的推动下移动与输入电流信号成比例的位移，先导阀从而输出相应比例流量的压力油到控制油缸的工作腔，控制油缸在压力油的作用下带动主阀芯移动，从而实现主阀的换向。

随后，数字控制技术开始在多路阀上应用，数字式多路阀较电液比例多路阀而言，具有结构简单，抗污染能力强，抗干扰能力好等特点。数字式多路阀中通常采用步进电机或开关阀作为驱动元件，控制多路阀的阀芯动作。以美国SAUER DANFOSS公司的PVG数字式多路阀为例，它以数字阀为先导阀实现对多路阀的比例控制，其工作原理如图6所示。

电液控制单元输入系列脉冲电压，阀在工作过程中不停地开关动作，输出系列脉冲流量。调节脉宽占空比，控制输出的脉冲流量的大小，得到与占空比成比例的脉冲流量。此脉冲流量作为导阀的控制量，输入主阀芯的左右控制容腔，经过控制容腔的积分过程使主阀芯产生成比例的位移，主阀出口就获得了与导阀输入占空比成比例的流量。

4  负载口独立控制技术的应用

负载独立口控制技术由德国Back教授提出。负载独立口控制是采用两个换向阀分别控制进出口的流量和压力。这种控制方法改变了传统换向阀中进出口节流面积关联，出油侧需要加入平衡阀或者节流阀增加背压的结构，两个阀芯的开口度可以分别进行控制，这种控制方法使多路阀的控制灵活性和节能效果有了进一步的提高。如Husco公司展出的基于负载独立口控制技术的新型挖掘机，其节能性能较传统挖掘机提高了25%。

随着电液控制技术的成熟，负载独立口控制技术与电液控制技术结合成为了多路阀研究的一个重要趋势。瑞典李雪平大学提出用四个锥阀控制一个执行机构的方法，经理论研究可以获得良好的控制性能和节能效果。Illinois大学用对五个双向滑阀分别独立控制，实现普通比例方向阀的功能。丹麦的Aalhorg大学对独立控制策略以及阀的结构参数对负载口独立控制性能的影响进行了研究。美国Purdu大学的Binho和Husco公司的SongLiu用5个高速开关阀组成控制阀组，通过软件编程控制方式，对5个高速开关阀进行逻辑控制，实现能量回收，降低系统工作压力，同时对5个开关阀的联动控制特性进行研究，采用鲁棒自适应控制策略来保证阀组在受到外界干扰因素的作用下能保持稳定，并进行了实验验证。

目前研究负载口独立技术的国外公司主要有Husco公司、美国EATON公司等。Husco公司推出的基于负载口独立技术的系统称为ICOVA系统，其采用独立的电液比例锥阀（EHPV）取代传统的三位四通滑阀，和传统系统不同之处在于，该种类型的阀可以根据操作者的指令，通过执行器端口压力来调节阀的开度，并通过J1939总线进行信号传递控制，提高了整个系统的控制柔度和系统的节能性能，由于锥阀良好的密封性能，可以避免由于使用平衡阀带来的不稳定性。

EATON公司推出的负载独立口多路阀执行机构进口和出口各有一个独立的两位三通阀控制，各进油口和回油口均装有压力传感器实时检测压力，位移传感器实时检测主阀芯位移并将监测到的压力和位移信号实时反馈到控制器，构成闭环控制。其结构如图7所示，该多路阀各联的先导压力分别采用音圈电机进行控制，内置微处理器可以根据实际负载通过编程的方式改变控制策略达到优良的控制性能和效率。

负载独立口控制的多路阀控制灵活性增加的同时，也给控制带来了一定的困难，如单执行器的动态稳定性问题，变载荷，变工况时执行器进油口压力补偿问题，以及多执行器复合控制时各执行器的流量分配问题等将是后续对负载独立口控制研究中需要解决的难题。

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