【摘要】介紹了Ultronics電子液壓控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，指出了雙閥芯液壓系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)單閥芯液壓系統(tǒng)的優(yōu)越性，給出了基于該系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制策略，設(shè)計(jì)了基于該系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)。
　　【關(guān)鍵詞】液壓挖掘機(jī)；Ultronics；電子液壓控制系統(tǒng)；雙閥芯Ultronics電子液壓控制系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械的全新電液控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用CAN總線通訊、軟件壓力補(bǔ)償、雙閥芯控制技術(shù)，為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性、節(jié)約能源、功能多樣化一級(jí)產(chǎn)品快速升級(jí)換代等方面提供了新的思路，并使得機(jī)電液一體化控制技術(shù)在工程機(jī)械上的廣泛應(yīng)用成為可能。該系統(tǒng)在國外已廣泛應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)、隨車起重機(jī)、森林機(jī)械、伸縮臂叉裝機(jī)、挖掘裝載機(jī)等產(chǎn)品，并取得了良好的效果。
　　1 Ultronics控制系統(tǒng)簡介
　　完整的Ultronics電子液壓控制系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件2部分組成。
　　1.1 系統(tǒng)硬件
　　Ultronics電子液壓控制系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件非常簡單，執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的功能都通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)硬件主要是指系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥片、工作閥片、控制裝置ECU、手柄以及CAN總線等。
　?。?）系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥片。
　　系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥片的主要功能是負(fù)責(zé)系統(tǒng)工作壓力的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)工作時(shí)，通過手柄指令控制輸入比例閥電磁鐵的電流大小來控制比例閥閥芯的開口，從而控制比例閥入口處的工作壓力，該壓力加上彈簧力構(gòu)成變量泵LS口處的工作壓力。對比例閥入口處壓力的調(diào)節(jié)也就是對變量泵LS口處壓力的調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)變量泵斜盤的擺角，從而調(diào)節(jié)恒功率變量泵的排量以實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)工作壓力的調(diào)節(jié)。
　?。?）工作閥片。
　　Ultronics控制系統(tǒng)的核心在于其獨(dú)特的雙閥芯控制技術(shù)。其每一工作閥片都有2個(gè)閥芯，進(jìn)、出油路各一，相當(dāng)于將1個(gè)三位四通閥片變成2個(gè)三位三通閥片的組合，工作閥片的2個(gè)閥芯由先導(dǎo)閥片的2個(gè)相應(yīng)的閥芯進(jìn)行控制。工作閥片的2個(gè)閥芯可以進(jìn)行單獨(dú)控制，也可以根據(jù)控制邏輯進(jìn)行成對控制。2個(gè)工作油口都有壓力傳感器，2個(gè)主閥閥芯都有LVDT位移傳感器，通過對傳感器所檢測到的反饋信號(hào)進(jìn)行控制，可以分別實(shí)現(xiàn)對2個(gè)工作油路壓力或流量的控制，具有很高的控制精度；通過對2個(gè)工作油路進(jìn)行壓力、流量控制的不同組合，可以得到多種控制方案，從而滿足不同液壓系統(tǒng)的功能需求。
　?。?）控制裝置ECU。
　　控制裝置ECU有25路和50路2中，可以采用模擬方式或者數(shù)字方式與系統(tǒng)進(jìn)行連接。它主要用于接收手柄所輸入的信號(hào)，經(jīng)過處理之后發(fā)出相應(yīng)的控制指令以驅(qū)動(dòng)相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。同時(shí)，它還提供CAN卡接點(diǎn)，以便從PC機(jī)上下載編寫好的應(yīng)用程序，并對所編寫的應(yīng)用程序進(jìn)行在線調(diào)試。
　　（4）手柄。
　　手柄主要用于向控制裝置ECU輸入指令信號(hào)以驅(qū)動(dòng)相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以輸出模擬、數(shù)字和CAN總線3種信號(hào)。手柄的瞬間延遲與輸出曲線可以通過JoyCal Can Edition進(jìn)行調(diào)節(jié)與校準(zhǔn)。
　　（5）CAN總線。
　　采用CAN 2.0B無源兩線式串行電纜將系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥片、工作閥片、控制裝置EVU、手柄等連接起來；通過轉(zhuǎn)接頭還可以將CAN卡與PC機(jī)相連，以進(jìn)行用戶程序的下載與在線調(diào)試工作。其傳輸速度為1Mbps、最大傳輸長度為30m、最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為100個(gè)，最多可以8個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步通訊。
　　1.2 系統(tǒng)軟件
　　與傳統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)不同的是，Ultronics控制系統(tǒng)的所有功能均在系統(tǒng)軟件中進(jìn)行開發(fā)，所以系統(tǒng)軟件也是Ultronics控制系統(tǒng)的重要組成部分。系統(tǒng)軟件主要是指程序編輯與編譯環(huán)境CodeWright、工具軟件CanTools以及手柄調(diào)節(jié)與校準(zhǔn)工具JoyCal Can Edition。
　　（1）CodeWright。
　　CodeWright是一個(gè)C語言編輯與編譯環(huán)境，用戶可以在該環(huán)境中應(yīng)用C語言開發(fā)自己的程序以實(shí)現(xiàn)所需要的功能。同時(shí)，該軟件還可以將編譯好的用戶程序通過CAN卡下載到ECU中，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序所設(shè)計(jì)的功能。
　?。?）CanTools。
　　CanTools是Ultronics控制系統(tǒng)的工具軟件。通過該軟件可以對閥芯的工作模式、先導(dǎo)閥片的更換等進(jìn)行管理，可以對閥芯的流量配置參數(shù)、零位指令時(shí)的閥芯位置、閥芯允許的最大流量、閥口的最大工作壓力、閥口的溢流壓力、連接設(shè)備兩腔的面積比，鏟斗振動(dòng)掘削的頻率、振幅以及輸入波形等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還可以實(shí)現(xiàn)對壓力控制器、流量控制器的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及對系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥片進(jìn)行訓(xùn)練以生成前饋曲線等等。此外，還可以在該軟件中開展閥片和手柄的模擬工作，以對所編寫的應(yīng)用程序進(jìn)行離線調(diào)試。
　?。?）JoyCal Can Edition。
　　手柄的按鈕開關(guān)、軸方向可以在該軟件中進(jìn)行校準(zhǔn)，手柄的瞬時(shí)延遲與輸出曲線也可以在該軟件中進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　2 雙閥芯換向閥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
　　由傳統(tǒng)的單閥芯換向閥所組成的液壓控制系統(tǒng)，其進(jìn)、出油口通過1根閥芯來進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖1所示。兩油口的開口對應(yīng)關(guān)系在閥芯設(shè)計(jì)加工時(shí)就已經(jīng)確定，在使用過程中不能被修改，使得通過兩油口的流量或壓力不能進(jìn)行獨(dú)立地調(diào)節(jié)，難以合理解決以下功能和控制之間存在的矛盾。

圖1　傳統(tǒng)單閥芯液壓系統(tǒng)

　?。?）設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，為了提高系