防爆電控泵控制系統(tǒng)研究范文

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1防爆電比例減壓閥輸出特性試驗(yàn)

搭建防爆電比例減壓閥輸出特性試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示，調(diào)節(jié)電位器使電壓信號(hào)在0～5V范圍內(nèi)，分別以0.1V遞增和遞減輸入，記錄每一電壓輸入值穩(wěn)定后閥的輸出壓力值。

1.1防爆電比例減壓閥輸出特性曲線防爆電比例減壓閥輸出特性曲線如圖3所示。圖3(a)中1和2兩條線為閥分別在遞增和遞減電壓輸入下的壓力輸出值連線，圖3(c)中3和4兩條線分別為閥連續(xù)兩次在遞增電壓輸入下的壓力輸出值連線。由曲線1、2、3、4可知閥的輸出特性整體呈平緩曲線。應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)上述四組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行二項(xiàng)式擬合處理，得相應(yīng)二項(xiàng)式曲線，如圖3(b)中的曲線1'、2'和如圖3(d)中的曲線3'、4'所示，對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)方程分別為式(1)～(4)。

1.2輸入電壓與輸出壓力關(guān)系線性函數(shù)關(guān)系由圖3可看出，防爆電比例減壓閥輸出特性在NFPE泵的伺服排量控制壓力范圍(0～26bar)(即輸入電壓0.3～3V)內(nèi)，線性特征明顯(如圖4中曲線5所示)，所以將該段數(shù)據(jù)用最小二乘法處理，得閥控制電壓與輸出壓力曲線(如圖4中曲線5'所示)和擬合函數(shù)方程式。

2NFPE泵回?cái)[特性試驗(yàn)

搭建NFPE泵回?cái)[特性試驗(yàn)系統(tǒng)，通過可調(diào)壓力油源，分別提供泵正反轉(zhuǎn)閉式泵正反轉(zhuǎn)工況下的伺服控制壓力(3～21bar)，通過可變節(jié)流孔施加載荷，調(diào)整泵的出口壓力(50～350bar，試驗(yàn)間隔50bar)，通過測(cè)量泵出口的流量和原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，換算泵此時(shí)的排量。

2.1NFPE泵回?cái)[特性分析在不同伺服控制壓力和不同轉(zhuǎn)速下，泵工作壓力和排量比關(guān)系如圖5所示。從圖5可以看出，在同一伺服壓力下，泵排量與工作壓力成反比;泵的工作壓力一定時(shí)，伺服壓力越大，泵的排量越大［6］;不同轉(zhuǎn)速對(duì)泵的回?cái)[特性影響不大，因此在泵與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配過程，不考慮轉(zhuǎn)速對(duì)泵回?cái)[特性的影響。

2.2NFPE泵最大扭矩與伺服壓力的函數(shù)關(guān)系依據(jù)T=pvη6.28(其中T為泵扭矩值，p為泵的工作壓力，v為泵的排量，η為泵的容積效率，取0.88)，計(jì)算并整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得泵在不同排量控制壓力下的最大扭矩，泵最大扭矩與伺服壓力關(guān)系曲線如圖6中曲線6所示，并利用最小二乘法做線性處理，得擬合曲線6'和對(duì)應(yīng)的方程式(6)。

3NFPE泵與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配

發(fā)動(dòng)機(jī)與閉式泵匹配的目標(biāo)為:合理的設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，使復(fù)合動(dòng)力裝置既滿足不同工況階段的工作要求，又能最大限度地保證功率利用率。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做臺(tái)架試驗(yàn)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，如圖7中曲線Mc所示。圖7中，n0為泵排量啟調(diào)轉(zhuǎn)速，nMmax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大矩工況轉(zhuǎn)速，nH為發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。圖中曲線1－2－3為90%功率利用率的理想目標(biāo)值負(fù)荷曲線。由于在低速(n0～nMmax)范圍內(nèi)是車輛處于起步和作業(yè)的階段，為保障復(fù)合動(dòng)力裝置既有高效率的動(dòng)力性能，又有一定的動(dòng)力儲(chǔ)備，利于提高加速能力，不必要追求理想目標(biāo)值，負(fù)荷目標(biāo)值設(shè)定為1'－2'，使泵排量隨轉(zhuǎn)速升高而增大，進(jìn)入更高扭矩點(diǎn)工作。由于液壓系統(tǒng)的特性是粘性摩擦扭矩隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，導(dǎo)致高轉(zhuǎn)速下傳動(dòng)系統(tǒng)各效率顯著降低。將中高速范圍內(nèi)的負(fù)荷取等值，將負(fù)荷率由最大扭矩點(diǎn)的90%變?yōu)樽畲蠊β庶c(diǎn)的100%，如圖所示直線2－2'－3'，使泵的排量隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，用以補(bǔ)償高轉(zhuǎn)速引起的效率降低的負(fù)面影響。在n2″～nH范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)超負(fù)荷工作，轉(zhuǎn)速則會(huì)由nH降至n2'，兩轉(zhuǎn)速差并不大，但n2'比nH油耗低且n2'能充分利用額定工況附近功率。因此，實(shí)際目標(biāo)值負(fù)荷曲線如圖中1'－2－2'－3'所示。

4系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

美國SAUER－DANFOSS公司的MC024－012控制器，通過PLUS+1GUIDE軟件可對(duì)其靈活設(shè)定控制邏輯，調(diào)整相應(yīng)的控制參數(shù)，開發(fā)個(gè)性化的車輛控制程序。

4.1系統(tǒng)功能設(shè)定本文設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，輸出為電磁閥的輸出電壓。因此，在SystemOverview頁面，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來自于PPU，對(duì)電磁閥輸出電壓信號(hào)，其他功能取消。

4.2發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)置在“EngineSpeed”頁面，進(jìn)行如下設(shè)定:PinConfig0為3，PinConfig1為0;系統(tǒng)選用傳感器脈沖電平高低門檻電壓DigInConfigHigh和DigInConfigLow分別為5000mV和0mV;發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周觸發(fā)的脈沖數(shù)，也就是感應(yīng)齒數(shù)為8Numb/R;Time為濾波時(shí)間常數(shù)，默認(rèn)值為100，一般不需要調(diào)整;發(fā)動(dòng)機(jī)最大允許轉(zhuǎn)速M(fèi)ax為2200PM，start為700PM;開始行走的發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速StartMotionEngineSpeed為1000PM。

4.3比例泵電磁閥參數(shù)設(shè)置由于系統(tǒng)選用的閉式泵的排量控制壓力0～26bar和開始行走的發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速為1000r/min，依據(jù)防爆電比例減壓閥的輸出特性，在“PumpValveOut”頁面，設(shè)定比例電磁鐵最大電壓MaxVoltage設(shè)置為3V，StrtVoltage泵比例電磁鐵起始電壓為0.3V。

4.4控制策略設(shè)置根據(jù)本文所研究的控制策略和控制電壓與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的理論關(guān)系式(9)，設(shè)置六點(diǎn)坐標(biāo)作為系統(tǒng)控制依據(jù)。由于起始轉(zhuǎn)速為1000r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速1500r/mim，2100r/min為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，并均勻取其之間三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值，依照式(9)得到相應(yīng)控制電壓值，規(guī)整后，得到六點(diǎn)坐標(biāo)見表1。

5結(jié)論與展望

將本文所開發(fā)的防爆電比例排量控制系統(tǒng)應(yīng)用到支架搬運(yùn)車液壓閉式行走系統(tǒng)上，與原液控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試最高車速為17.8km/h，提高了10.8%，爬坡速度1.28km/h，提高了13.9%，油耗為3.43g/km，降低了5.8%。防爆電比例排量控制系統(tǒng)的成功開發(fā)與應(yīng)用，使煤礦井下全液壓驅(qū)動(dòng)車輛的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能得到很大提高。本文對(duì)防爆電比例排量控制系統(tǒng)做了初步研究，今后，可以通過擴(kuò)展系統(tǒng)硬件，如同時(shí)監(jiān)測(cè)閉式系統(tǒng)壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板行程等參數(shù)，研究更合理的控制策略，控制泵的排量，使復(fù)合動(dòng)力裝置傳動(dòng)效率和功率利用率更高。開發(fā)防爆控制系統(tǒng)的自動(dòng)駐車、剎車優(yōu)先功能和故障報(bào)警等功能，使車輛駕駛更舒適方便。

作者：樊瑞龍 柳玉龍 劉德寧 單位：中國煤炭科工集團(tuán) 太原研究院