防爆電控泵控制系統研究范文

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1防爆電比例減壓閥輸出特性試驗

搭建防爆電比例減壓閥輸出特性試驗系統如圖2所示，調節電位器使電壓信號在0～5V范圍內，分別以0.1V遞增和遞減輸入，記錄每一電壓輸入值穩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。應用MATLAB軟件對上述四組數據分別進行二項式擬合處理，得相應二項式曲線，如圖3(b)中的曲線1'、2'和如圖3(d)中的曲線3'、4'所示，對應的擬合函數方程分別為式(1)～(4)。

1.2輸入電壓與輸出壓力關系線性函數關系由圖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，線性特征明顯(如圖4中曲線5所示)，所以將該段數據用最小二乘法處理，得閥控制電壓與輸出壓力曲線(如圖4中曲線5'所示)和擬合函數方程式。

2NFPE泵回擺特性試驗

搭建NFPE泵回擺特性試驗系統，通過可調壓力油源，分別提供泵正反轉閉式泵正反轉工況下的伺服控制壓力(3～21bar)，通過可變節流孔施加載荷，調整泵的出口壓力(50～350bar，試驗間隔50bar)，通過測量泵出口的流量和原動機的轉速，換算泵此時的排量。

2.1NFPE泵回擺特性分析在不同伺服控制壓力和不同轉速下，泵工作壓力和排量比關系如圖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，伺服壓力越大，泵的排量越大［6］;不同轉速對泵的回擺特性影響不大，因此在泵與發動機匹配過程，不考慮轉速對泵回擺特性的影響。

2.2NFPE泵最大扭矩與伺服壓力的函數關系依據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)，計算并整理試驗數據，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'和對應的方程式(6)。

3NFPE泵與發動機參數匹配

發動機與閉式泵匹配的目標為:合理的設置發動機的負荷率，使復合動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。對發動機做臺架試驗，得到發動機外特性曲線，如圖7中曲線Mc所示。圖7中，n0為泵排量啟調轉速，nMmax為發動機最大矩工況轉速，nH為發動機額定轉速。圖中曲線1－2－3為90%功率利用率的理想目標值負荷曲線。由于在低速(n0～nMmax)范圍內是車輛處于起步和作業的階段，為保障復合動力裝置既有高效率的動力性能，又有一定的動力儲備，利于提高加速能力，不必要追求理想目標值，負荷目標值設定為1'－2'，使泵排量隨轉速升高而增大，進入更高扭矩點工作。由于液壓系統的特性是粘性摩擦扭矩隨轉速的提高而增大，導致高轉速下傳動系統各效率顯著降低。將中高速范圍內的負荷取等值，將負荷率由最大扭矩點的90%變為最大功率點的100%，如圖所示直線2－2'－3'，使泵的排量隨轉速的提高而增大，用以補償高轉速引起的效率降低的負面影響。在n2″～nH范圍內發動機可能會超負荷工作，轉速則會由nH降至n2'，兩轉速差并不大，但n2'比nH油耗低且n2'能充分利用額定工況附近功率。因此，實際目標值負荷曲線如圖中1'－2－2'－3'所示。

4系統控制程序設計

美國SAUER－DANFOSS公司的MC024－012控制器，通過PLUS+1GUIDE軟件可對其靈活設定控制邏輯，調整相應的控制參數，開發個性化的車輛控制程序。

4.1系統功能設定本文設計控制系統的輸入為發動機轉速，輸出為電磁閥的輸出電壓。因此，在SystemOverview頁面，選擇發動機轉速來自于PPU，對電磁閥輸出電壓信號，其他功能取消。

4.2發動機轉速參數設置在“EngineSpeed”頁面，進行如下設定:PinConfig0為3，PinConfig1為0;系統選用傳感器脈沖電平高低門檻電壓DigInConfigHigh和DigInConfigLow分別為5000mV和0mV;發動機旋轉一周觸發的脈沖數，也就是感應齒數為8Numb/R;Time為濾波時間常數，默認值為100，一般不需要調整;發動機最大允許轉速Max為2200PM，start為700PM;開始行走的發動機最小轉速StartMotionEngineSpeed為1000PM。

4.3比例泵電磁閥參數設置由于系統選用的閉式泵的排量控制壓力0～26bar和開始行走的發動機最小轉速為1000r/min，依據防爆電比例減壓閥的輸出特性，在“PumpValveOut”頁面，設定比例電磁鐵最大電壓MaxVoltage設置為3V，StrtVoltage泵比例電磁鐵起始電壓為0.3V。

4.4控制策略設置根據本文所研究的控制策略和控制電壓與發動機轉速之間的理論關系式(9)，設置六點坐標作為系統控制依據。由于起始轉速為1000r/min，發動機的最大扭矩點轉速1500r/mim，2100r/min為發動機的額定轉速，并均勻取其之間三個發動機轉速值，依照式(9)得到相應控制電壓值，規整后，得到六點坐標見表1。

5結論與展望

將本文所開發的防爆電比例排量控制系統應用到支架搬運車液壓閉式行走系統上，與原液控系統進行對比測試最高車速為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的成功開發與應用，使煤礦井下全液壓驅動車輛的動力、經濟和環保性能得到很大提高。本文對防爆電比例排量控制系統做了初步研究，今后，可以通過擴展系統硬件，如同時監測閉式系統壓力、發動機轉速和油門踏板行程等參數，研究更合理的控制策略，控制泵的排量，使復合動力裝置傳動效率和功率利用率更高。開發防爆控制系統的自動駐車、剎車優先功能和故障報警等功能，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 太原研究院