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电容式压力变送器在多功能抢险救援车中的应用

作时间:2019-08-27  来源:  编辑:
   
摘 要 :简要先容了电容式压力变送器液压原理和组成部分,解析了双阀芯好立设计和阀芯闭环控制等优点。阐述了在多功能抢险救援车中减小压力损失、复合动作流量分配模式的应用。
 
多功能抢险救援车作为一种重型应急救援车辆,主要应用于地震、塌方、洪水、泥石流等自然灾害发生时,道路清障、堰塞湖疏通、废墟清理、掩埋救援等方面,主要具有挖掘、起重、拖拽、推土清障功能,同时还配置多种作业机具,通过快换接头实现破碎、抓取、剪切、切割等多种功能[1]。液压主阀作为液压系统的核心零部件,正确的选用液压主阀直接关系到整机的操控性、复合动作协调性、可靠性、维护性。
 
1  电容式压力变送器简述
电容式压力变送器是一种新型负载敏感电容式压力变送器,主要特点有:集成控制器、采用双阀芯好立设计、集成压力和位移传感器、支撑CAN总线通信。电容式压力变送器主要由进油模块和工作模块组成,其中进油模块包括:溢流阀、减压阀、先导阀、LS负载压力反馈阀、位移传感器、压力传感器;工作模块包括:先导阀、主阀、二次溢流阀、位移传感器、压力传感器,图1为电容式压力变送器液压原理图。
 
 
2  优点解析
常规的实行机构的进出油口节流通过一根阀芯来控制,其结构如图 2 所示。阀芯的进出油口开口对应关系是固定不变的,在阀芯加工时就已经确定,进出油口的压力和流量不能进行好立控制,控制灵活性差,实现一些特殊功能需要额外增加液压元件,客户化设计互换性差,设计成本高。
 
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双阀芯好立设计的结构如图3所示,该结构的特点在于连接实行机构的工作油路由两个好立的阀芯控制,相当于用两个三维三通阀代替一个三位四通阀,两个三位三通阀分别连接实行机构的进出油口。双阀芯的油路上设有薄膜压力传感器,同时还集成LVDT直线位移传感器。通过对油路压力传感器和阀芯位移传感器信号的闭环控制,可以准确的对实行机构进行压力和流量控制。采用双阀芯好立设计的液压主阀,通过对两个好立阀芯的控制方式进行组合,可以轻易的实现常规的单阀芯设计难以实现的功能。
 
双阀芯好立设计的工作模式如下表所示 :
 
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电容式压力变送器控制系统结构如图4所示,主要包括主控制器、控制手柄、电容式压力变送器、实行机构。控制手柄发出控制信号到主控制器,集成在电容式压力变送器上的子控制器接收到主控制器发出的指令,双阀芯主阀在相应的指令下控制实行机构在对应的模式下工作。其中主控制器和子控制器通过CAN总线进行通信,支撑J1939和CANOPEN两种通信协议。电容式压力变送器采用闭环控制,子控制器发出指令给先导阀芯,双阀芯主阀在先导油的作用下实行响应的动作,同时集成在双阀芯中的传感器将主阀的压力和位移信号反馈给子控制器,从而可以准确的控制压力和流量。
 
3电容式压力变送器在多功能抢险救援车中的应用
多功能抢险救援车液压系统采用负载敏感系统,负载敏感泵补偿压力的设定必须与系统向匹配。补偿压力设定过小,阀芯的微动性能非常好,但是会导致阀芯开到非常大也无法使泵的排量达到非常大,导致满足不了负载非常大速度要求;补偿压力值设定过大,导致阀芯还没开到非常大泵排量就已经达到非常大,因此阀芯的微动性能差,压力损失大,发热量大。
多功能抢险救援车中的LS压力通过电容式压力变送器中的LS负载反馈阀反馈给泵,该压力根据实际要求通过专用App配置调节,负载压力、泵出口压力和LS压力三者的关系如图5所示。常规的负载敏感系统LS压力等于非常大的负载压力,从图5中可以看出,在满足系统压力补偿设定值要求的前提下,使用电容式压力变送器要比使用常规的负载敏感电容式压力变送器节省压力10bar。以流量Q=100L/min,效率η=0.85计算,节省的功率P=?P×Q/600/η=10×100/600/0.85=1.96kW。[2]
 
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多功能救援车挖掘作业与液压挖掘机作业过程一样,一个完整的作业过程包括:挖掘、满载回转、卸载、空载回转[3],具体复合动作分析如表 2 所示。
 
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从表2中可以看出,挖掘作业时每个动作都需要至少两个实行机构复合动作,主要实行机构需要频繁启动、换向、制动,冲击和振动比较大,对复合动作协调性要求比较高,因此需要合理的分配复合动作的流量。目前负载敏感系统主要分为阀前和阀后补偿两种系统,当系统流量饱和时,阀前补偿系统优先满足负载小的动作,这就会导致负载大的动作速度缓慢复合动作不协调;阀后补偿系统所有复合动作速度等比例下降,没有优先功能,灵活性比较差。
电容式压力变送器通过高级算法可以实现系统流量饱和时复合动作多种流量分配模式,主要包括等比例下降、指定比例下降、等值下降、指定优先等多种分配模式。一个的典型应用90°回转加动臂提升,即满载回转作业,动臂提升到指定位置时回转正好转过90°停在卸料的位置。已知系统总的流量为Q,运动的时间为t,则:Q=Q1+Q2V1/Q1=Q2×1000/Vg×ηv=tQ1为动臂的流量,L/min;Q2为回转的流量,L/min;V1为动臂提升到指定位置需要的油液容积,L;Vg为回转马达的排量,ml/r。
通过计算可以得出回转的和动臂各自需要的流量和比例关系。可以看出改变复合动作的之间的关系只需要对App程序进行相关参数配置,就可以得到需要的效果,传统的挖掘机复合动作流量分配一般出厂时就固定下来了,如果需要其它效果只能更换阀芯。同理其它的复合动作也可以根据相关计算得到理想的效果。需要特别主要的是,需要将系统的总流量反馈给电容式压力变送器,判断系统流量是否饱和。
 
4结语
电容式压力变送器集成控制器,双阀芯好立设计,集成压力传感器和位移传感器,基于CAN总线通信,通过高级算法实现双阀芯好立和协同控制,通过App配置实现客户化,实时监测机器运行状态和参数,调试周期短,非常适合在新产品中推广应用。
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