電控比例泵在液壓機的應用

當前國產液壓機控制普遍采用閥控技術，這種技術雖然動態性能好，但其突出的問題是能源利用率低，通常很大一部分液壓能以節流或溢流的形式損失掉。泵控系統能量利用高，但對泵的動靜態性能有較高的要求。在此以通用壓機為基礎搭建了實驗研究平臺，圍繞系統速度、負載特性、重復精度與節能特性開展實驗。

1．工作原理

(1)液壓系統組成及工作原理。圖40給出了某型號通用壓機液壓系統原理圖，圖中D1為原閥控系統供油泵，D2為改造后泵控系統的動力源——電控比例液壓泵，兩套供油系統通過電磁換向閥進行切換。換向閥YA10通電，電控比例液壓泵接人，液壓系統處于泵控狀態；換向閥YA10斷電，原系統導通，液壓系統處于閥控狀態。換向閥YA10出口處的壓力傳感器T1用來測試系統壓力，光柵尺采集主缸活塞的位置信號。圖中插裝閥系統用來調節主缸上下腔的壓力，壓邊缸作為模擬負載。工作時，原閥控系統壓力的控制主要由溢流閥來調節，改造后的泵控系統壓力調節則由電控比例液壓泵根據負載的大小自動調節。

(2)測控系統。圖41是基于Matlab的xPC控制模塊的采集系統原理框圖。xPC控制策略是一種簡單、有效的控制采集模式，其硬件系統主要包括宿主機、目標機、I/O板和兩機之間的連接設備。軟件系統主要是由MATLAB、Simulink、RTW、xPCTarget、C編譯器及相應板卡驅動程序構成。xPC目標系統工作的原理是采用主從通信的雙機模式（見圖41）。宿主機主要用于運行Simulink，編譯生成目標應用程序，目標機主要用于執行所生成的控制程序。實時目標應用程序是RTW代碼生成器從Simulink模型生成的，經編譯成Windows XP應用程序，可實時地運行在有實時內核而無任何操作系統的標準PC機上，具有很高的執行效率。

根據上述原理搭建了試驗的采集測控系統(見圖42)，系統中宿主機為普通PC機，目標機采用研華工控機，目標機內嵌研華的多功能采集卡PCIl716和計數卡PCL833，被測對象為通用壓機。宿主機運行基于Windows XP操作系統的Matlab軟件，目標機載有xPC的實時內核，負責實時程序的控制，宿主機和目標機通過TCP/IP協議通信。由于Matlab中沒有現成的PCI1716和PCL833驅動程序，因此需要開發相應的驅動模塊。采集系統工作過程為：在充分利用原壓機電控系統的基礎上，首先，宿主機將生成實時控制程序下載到目標機，接著起動壓機，其工作狀態信號經由PC11716的DI模塊采集到目標機，目標機的實時控制程序分析判斷后，通過PC11716朐D/A輸出相應的壓力/流量信號給專用控制器Super Unit，進而實現對泵組的控制，PCL833計數卡采集來自光柵尺的信號從而確定主缸活塞的位置信息。

2．實驗結果及分析

(1)負載一位移、壓力和速度試驗。為測試閥控和泵控狀態下壓機在同溫度不同負載下位移壓力和速度特性，分別以原泵和電控比例液壓泵為動力源驅動液壓系統，采集系統壓力和主缸的位移信息，調節邊缸溢流閥的壓力設定值，使分別為14、10MPa和5MPa，模擬不同的負載工況，于是得到系統響應曲線，如圖43和圖44所示。

比較圖43和圖44兩組壓力曲線可以發現：①原閥控系統在不同負載下壓制的周期不同，而電控比例液壓泵控系統在不同負載下壓制周期基本一致；②為了使液壓缸獲得較好的響應速度，卸壓后，原閥控系統的壓力仍然存在較大壓差，這在一定程度上加大了能量的損耗；而在泵控系統中，卸壓后系統壓力壓差很小，這很大程度上減少系統的溢流損失，同時也獲了較好的響應速度。

比較圖43和圖44兩組位移曲線可知：原閥控系統在不同負載下壓制的速率不同（位移斜率不同），而電控比例液壓泵控系統在不同負載下壓制的速率基本一致。

(2)重復性試驗。比較圖45和圖46壓力及位移曲線可知，電控比例液壓泵控壓機和原閥控系統具有相似的重復精度。

(3)節能性試驗。從圖47中可知電控比例液泵控系統消耗的能量明顯要小于原閥控系統所消耗的能量，根據計算可知若讓系統各自做2000個工作循環，那么電控比例液壓泵控系統較原閥控系統可節能10kW·h。

3．總結

電控比例液壓泵在通用液壓機上的應用是可行的，電控比例液壓泵控系統的速度及壓力的特性較原閥控系統更穩定，不會因為負載的改變而發生變化，同時電控比例液壓泵控系統降低了系統能量消耗，節能效率可達15%，而且保壓時間越長，系統節能效果越明顯。