洪启升 何承元

摘 要：电液比例控制技术是介于普通液压阀的开关控制技术和电液伺服控制技术之间的一种控制技术，它可实现液体压力和流量连续按比例地跟随控制信号而变化，可简化系统，实现远距离控制、复杂程序控制，可提高液压系统动作的稳定性和可靠性，可利用反馈提高控制精度，因此，电液比例控制技术是一种可靠、价廉的控制方式，已成为现代控制工程的基本技术之一，被广泛应用于工业控制系统中。传统伸缩臂叉车液压系统主要采用液控多路换向阀、先导控制阀和液压泵实现工作装置的作业控制，其速度控制精度、系统工作的稳定性及自动化程度受液控多路换向阀及先导控制阀的影响较大，系统较复杂。采用电液比例控制技术的伸缩臂叉车液压系统，系统简单，可实现叉车工作装置运动速度的连续、比例控制，控制性能好，可实现高效节能和叉车的智能化作业。基于此，本文主要对电液比例控制技术在伸缩臂叉车中的应用进行分析探讨。

关键词：电液比例控制技术；伸缩臂叉车；应用研究

1、电液比例控制技术概述

电液比例控制技术是二十世纪后期兴起的一门科学技术，它是控制领域及液压领域的重要构成部分。在比例技术兴起之前，主要以开关控制和伺服控制为主。开关控制控制精度低，不适合控制质量要求高的场合，而伺服控制控制精度高、响应速度快，但其对工作介质有很高的清洁度要求，同时耗能大、制造成本高及维护技术要求高。电液比例控制技术在控制精度、响应速度、工作介质清洁度、系统能耗、制造成本及后期维护等都较为符合工程实际的要求，在这种情况下，为满足工程技术实际需要，由于电液比例控制技术具有上述优势，其逐步成为装备制造业的一个重要构成部分。电液比例控制技术能够实现系统的被控制量与控制量之间保持线性关系，从而保证输入量变化时对应的输出量按比例变化

1.1 比例技术与伺服技术的比较

电液比例控制技术的主要部分就是电液比例阀，而电液比例阀的由来主要有两大类：一类是在传统液压阀的基础上，采用比例电磁铁代替手动调节装置而形成的；另一类是在电液伺服阀的基础上对其结构进行简化，降低其精度而得来的。比例阀通过比例电磁铁控制阀芯的往复运动，电磁铁产生的电流与阀输出的流量或压力成正比，因此当输入电信号发生改变时可以连续的控制流量及压力。比例技术可以降低液压元件的数量，从而使液压系统得以简化，同时计算机的应用，也使其控制自动化程度得以较大提高。

比例技术与伺服技术都是线性系统，它们的基本要求都是实现系统输出量与系统输入量的线性关系。二者的不同有发明的历史背景不同、采用的技术手段不同和使用范围不同等，但最主要的还是它们涉及的控制单元不同，电液比例控制系统的控制单元主要为比例阀与比例泵，而伺服控制系统的控制元件主要为伺服阀。

1.2 电液比例控制技术的发展状况

上世纪六十年代后期，出现了早期的比例阀，它的独特之处是在控制阀中通过比例电磁铁来控制阀芯的运动，以瑞士Beringer公司开发的比例复合阀为典型代表产品。七十年代末期，比例控制技术得到快速发展，各种类型的比例阀陆续研制成功；八十年代，随着电控器件特性的增强和比例元件设计原理的完善，比例阀的动态特性以及稳态精度都有了很大的提高；九十年代后，伺服比例阀研制成功，其主要应用与闭环控制要求死区小的场合。随着计算机技术与比例元件的结合，数字式比例元件和系统得以发展，其逐步成为比例控制技术发展的新方向。

1.3 比例控制技术的构成分类及特点

电液比例控制系统具体来说包括动力源、动力执行单元、电液比例控制单元、电子放大及校正单元、负载及信号检测反馈处理单元。应用电子设备作为系统的指令及放大元件，比例电磁铁作为电一机械转换元件，它的功能是将放大器输出的控制电压或电流信号，转化成机械量的控制信号。液压缸或液压马达作为液压执行元件，其输出的参数一般为力和位移，或转矩和角速度。信号处理单元广泛采用数字式集成电路，其具有高精度、高可靠性和高稳定性等优点。

比例控制系统主要分为节流控制系统和容积控制系统两大类。其中，节流控制具有动态响应快的优点，通过对定量泵的控制来控制各类执行元件，其缺点就是功率利用率低；容积控制采用变量泵，在功率发生改变时泵的排量随时发生改变，从而几乎没有溢流及节流损失，功率利用率高，但这种变量泵的成本较高。

2、基于电液比例控制的伸缩臂叉车液压系统分析

2.1 基于电液比例控制的伸缩臂叉车液压系统构成

根据伸缩臂叉车的功能要求，某型伸缩臂叉车工作装置液压系统由变幅回路、伸缩回路、货叉回路、货叉折臂回路等组成。图1是该型伸缩臂叉车工作装置的局部液压系统图。液压系统的换向阀为具有流量调节和压力补偿功能的电液比例并联多路换向阀，该换向阀在实现执行元件换向的同时，可实现流量的调节和节流口压差的补偿。动力元件采用A10VSO型负载敏感变量泵，该泵的变量控制系统由变量油缸、恒压阀、负载敏感阀组成。系统工作时，电液比例多路阀根据输入的电流信号大小对液体的流量或压力按比例地、连续地控制。负载敏感变量泵通过负载敏感阀的负载敏感反馈油路感应负载需求，使泵的输出流量始终与负载需求相匹配。

2.2 伸缩臂叉车液压系统的负载敏感分析

负载敏感技术是一种利用液压泵出口压力与负载压力之间的压力差值来控制和调节液压泵的输出流量的技術。在图1中，负载敏感液压系统由电液比例多路阀、负载敏感反馈油路LS、梭阀网络油路、变量泵、负载敏感阀、恒压阀、变量油缸等组成。设泵出口压力为sp，负载敏感阀的调定压力为pk，负载压力为pL，pL即为负载敏感反馈压力。变幅回路、伸缩臂回路、货叉回路的负载压力分别为pLv、pLe、pLh。根据梭阀的工作原理，利用梭阀网络油路，使负载敏感反馈油路LS的压力始终为系统的最高负载压力，即负载敏感反馈压力pL=max{pLv、pLe、pLk}。由于油液流经定差减压阀和电液比例阀时存在压降，使得pL

叉车工作装置作业时，电液比例多路阀根据负载需求调节流量，泵排出的流量自动与负载所需流量相匹配。当电液比例多路阀阀口开度减小时，表明负载所需流量减小，泵输出流量大于负载所需流量，使泵的排油压力增大，其压差∆p=ps−pL增大，并大于负载敏感阀的调定压力pk，负载敏感阀右移左位工作，控制油进入变量油缸的大腔，推动泵的斜盘角度减小，泵输出流量降低，直到达到负载所需的流量为止。同理，电液比例多路阀阀口开度增大时，表明负载所需流量增加、泵输出流量小于负载所需流量，使泵的排油压力减小，其压差∆p=ps−pL减小，负载敏感阀左移右位工作，变量油缸的大腔通油箱，泵的斜盘角度增大，流量增大，直到达到负载的所需流量。通过泵的自动调节，使泵的输出流量与负载需求流量相匹配，没有溢流损失，系统效率得到提高。

当负载保压时，ps=pL，负载敏感阀无法开启，sp推动恒压阀阀芯右移，控制油通过恒压阀进入变量活塞右腔，泵斜盘倾角接近零，泵的输出流量仅维持系统压力，泵处保压工作状态，泵的能耗最小，实现节能保压。当负载停止工作时，泵的排油压力为负载敏感阀的调定压力pk，负载敏感阀左位工作，泵斜盘倾角最小、流量接近零，泵在低压、近似零流量下运转。

2.3 電液比例多路阀的压力补偿分析

压力补偿是为了提高电液比例阀的流量控制性能而采取的一种保证措施。本系统采用定差减压阀作为压力补偿元件，用于补偿负载变化时引起的电液比例多路阀进出口压差的变化。为方便讨论，取图2系统两个回路进行简化，由于电液比例多路阀阀口具有节流特性，可简化为可调节流阀，引入定差减压阀进行压力补偿后，当负载压力pL变化时，通过定差减压阀的自动调节作用，对可调节流阀的进口压mp进行自动补偿，使可调节流阀的进出口压差∆p为常值，从而使流经可调节流阀阀口的流量q只与可调节流阀的阀口开度有关，而不受负载压力的影响，提高了流量调节控制精度。

3、小结

将电液比例技术应用于伸缩臂叉车，采用电液比例多路阀取代传统的液控多路换向阀和先导控制阀，不仅可以简化液压系统，实现伸缩臂叉车工作装置运动速度的连续地、按比例地控制，而且可提高系统控制的快速性和控制精度，降低压力或速度变换时的液压冲击，更好地满足工作的平稳性与可靠性要求。同时，将电液比例多路阀与负载敏感变量泵相结合，使变量泵可根据负载需求提供相应的流量或压力，没有溢流损失，使系统效率得到提高，达到节能的要求。而压力补偿技术的应用，使电液比例多路阀的进、出口压差不受负载压力的影响，保证了电液比例多路阀的输出流量只与该阀的阀口开度有关，不受负载压力的影响，提高了阀的流量控制精度。电液比例控制技术的应用，可实现伸缩臂叉车的智能化作业。

参考文献

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[2]许益民.电液比例控制系统分析与设计（第一版）.北京：机械工业出版社，2005

[3]王春行.液压控制系统[J].北荒机械工业出版社，2006