黃家仕，陸 紅，劉宏鵬，強(qiáng) 偉

（1.徐州壓力機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004；2.徐州煤礦工程機(jī)械裝備有限公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

當(dāng)前，在鍛壓、 煤礦等諸多使用重型設(shè)備的行業(yè)，其設(shè)備液壓動(dòng)力調(diào)控輸出多已選用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。作為以PLC 和先導(dǎo)比例閥為電液一體化核心的數(shù)控系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)液壓動(dòng)力的電液調(diào)控系統(tǒng)，具有空間占用小、性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。但由于重型機(jī)械設(shè)備工作環(huán)境相對(duì)惡劣，對(duì)精密數(shù)控系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的電控干擾及不良影響，使得電液調(diào)控系統(tǒng)的實(shí)際輸出產(chǎn)生較大偏差。本文期望借助歐姆定律“ 并聯(lián)分流”的電路原理，設(shè)計(jì)基于PLC 的多閥并聯(lián)先導(dǎo)節(jié)流液壓回路，以電磁閥矩陣“ 通”和“ 斷”實(shí)施相鄰密集調(diào)速梯度的流量調(diào)控輸出，從而獲取密集液壓梯度的等效“ 準(zhǔn)數(shù)控”電液調(diào)速驅(qū)動(dòng)。

1 液壓系統(tǒng)流量的密集梯度調(diào)控

先進(jìn)重型設(shè)備液壓動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)速度輸出，基本要求調(diào)控輸出就是數(shù)控?zé)o級(jí)調(diào)速。而在設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況下，也并不苛求無梯度的絕對(duì)平滑曲線調(diào)速。惡劣環(huán)境下重型機(jī)械設(shè)備的電液操控系統(tǒng)，調(diào)控輸出的持續(xù)穩(wěn)定性是主導(dǎo)，而調(diào)速輸出的快慢精度和系統(tǒng)的性價(jià)比則處于次要地位。

1.1 并聯(lián)密集梯度調(diào)速回路

依據(jù)電氣并聯(lián)電路原理設(shè)計(jì)的液壓回路，采取矩陣先導(dǎo)節(jié)流閥組的密集梯度調(diào)速，是基于PLC 程序調(diào)控輸出使各先導(dǎo)電磁閥通斷動(dòng)作的有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)密集梯度流量變換調(diào)控的模擬無級(jí)調(diào)速。如圖1 所示。

1.2 密集梯度調(diào)速回路

圖1 密集梯度調(diào)速回路

如圖1，在重型設(shè)備的液壓動(dòng)力源中，以旁路先導(dǎo)控制并聯(lián)節(jié)流調(diào)速的形式，以預(yù)置連續(xù)的模擬量電訊號(hào)輸入PLC（圖中未標(biāo)示），經(jīng)PLC 程序運(yùn)算轉(zhuǎn)換輸出對(duì)應(yīng)的開關(guān)量，從而控制各自獨(dú)立的Yv 先導(dǎo)電磁閥。由此按調(diào)速輸出要求的順序動(dòng)作，依次對(duì)應(yīng)調(diào)控節(jié)流流量液壓閥件的啟閉，使液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“ 模擬連續(xù)性”的數(shù)控流量輸出。其在PLC 程序控制下的典型調(diào)速能效說明如下：

（1）僅有先導(dǎo)電磁閥Yv1 通電時(shí)，通徑Dg8mm的可調(diào)節(jié)流閥導(dǎo)通； 調(diào)控來自液壓動(dòng)力源的節(jié)流流量,經(jīng)此輸出小于40L/min 的含功驅(qū)動(dòng)液壓油。

（2）僅有先導(dǎo)電磁閥Yv2 通電時(shí)，通徑Dg10mm的可調(diào)節(jié)流閥導(dǎo)通； 調(diào)控來自液壓動(dòng)力源的節(jié)流流量,經(jīng)此輸出小于70L/min 的含功驅(qū)動(dòng)液壓油。

（3）僅當(dāng)先導(dǎo)電磁閥Yv1 和Yv2 同時(shí)通電時(shí)，通徑Dg8mm 和Dg10mm 的可調(diào)節(jié)流閥同時(shí)導(dǎo)通；調(diào)控輸出總量小于（40+70）L/min 的含功驅(qū)動(dòng)液壓油。不同相鄰梯度的流量輸出，以此不同的交叉組合方式獲得最小至最大諸多的梯度流量系列。

（4）按上述方式單獨(dú)通電或分別組合通電并聯(lián)導(dǎo)通，先導(dǎo)電磁閥則控制對(duì)應(yīng)的可調(diào)節(jié)流閥獲取不同梯度的流量輸出，圖示調(diào)速回路可實(shí)現(xiàn)的調(diào)速梯度分級(jí)數(shù)等于：

調(diào)速分級(jí)數(shù)＝（2n-1）

式中：n——先導(dǎo)電磁閥的個(gè)數(shù)。僅當(dāng)n 取值5 時(shí)：調(diào)速回路中調(diào)速分級(jí)數(shù)＝（25-1）＝31。

1.3 密集調(diào)速梯度

設(shè)定圖示調(diào)速回路要求的最大可達(dá)到840L/min，則平均調(diào)速相鄰梯度僅有27.1L/min 左右（840/31≈27.097L/min）。顯然這對(duì)于鍛壓、煤礦等重型機(jī)械行業(yè)的液壓設(shè)備而言，液壓動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際輸出的調(diào)速（流量）梯度、液壓系統(tǒng)及儀表示值等附加誤差的總和，往往是等于或超過27.1L/min 這一相鄰梯度值的。另外，由于重型設(shè)備輸入控制電源的電壓電流也不是絕對(duì)穩(wěn)定不變的，因此調(diào)控輸出小于27.1L/min 的相鄰流量梯度，應(yīng)在重型液壓動(dòng)力設(shè)備最小調(diào)速許可的范疇之列。

若要進(jìn)一步減小液壓系統(tǒng)輸出的平均調(diào)速梯度，只需在此基礎(chǔ)上取值遞增指數(shù)n+1=（5+1），則每增加一組先導(dǎo)電磁節(jié)流閥（組），即可使調(diào)速回路的調(diào)速相鄰梯度數(shù)陡增一倍。

2 調(diào)速回路的實(shí)施可行性

（1）為了全面覆蓋本液壓回路中各閥流量的可調(diào)范圍，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)公稱通徑系列從小通徑到大通徑依次并聯(lián)排列。

（2）與使用環(huán)境條件較高的比例調(diào)速閥調(diào)控相比，密集梯度調(diào)速回路操控的可靠性更高。雖有占用較大立體空間的弊端，但對(duì)于非移動(dòng)使用的重型液壓設(shè)備來說，便于故障排查維修和配件的快捷更換。

（3）密集梯度調(diào)速回路對(duì)液壓油的理化品質(zhì)、過濾精度等相關(guān)指標(biāo)，遠(yuǎn)不如精密型比例調(diào)速閥所必須的要求苛刻。

3 結(jié)束語(yǔ)

以多組先導(dǎo)調(diào)速（可調(diào)節(jié)流）閥并聯(lián)組合的調(diào)控，對(duì)鍛壓、煤礦等重型機(jī)械液壓系統(tǒng)實(shí)施“ 模擬連續(xù)”流量的輸出，克服了比例調(diào)速閥調(diào)控系統(tǒng)對(duì)供電電源、比例放大器和液壓油苛刻的要求。所述電液密集調(diào)速液壓回路，只需依據(jù)PLC 程序控制的輸出指令，即可完成比例放大器和比例調(diào)速閥的等效調(diào)控。而占有立體空間較大的此類多閥組合回路，可以設(shè)計(jì)完善標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)速（回路）功能閥島或疊加閥組，應(yīng)用于先進(jìn)重型液壓設(shè)備的數(shù)控設(shè)計(jì)及升級(jí)改造。

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