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【摘 要】本文介绍了工程机械液压系统的动力匹配问题及控制技术的分析，分别从单泵恒功率控制技术和双泵恒功率控制技术出发，主要介绍了双泵恒功率控制技术的分功率技术、交叉传感技术、负反馈交叉传感功率技术。然后着重介绍了计算机控制功率优化控制技术。并提出了当前工程机械液压系统动力匹配控制技术存在的问题。
【关键词】恒功率；控制技术；计算机
工程液压系统动力匹配及控制技术在国外起步较早，发展较快，新成果、新技术不断涌现，很多技术在国外使用后，很快进入中国市场，目前国内已经由引进和模仿状态，对相应的技术进行了创新和改进。
一、单泵恒功率控制技术
在单泵控制系统中，通过变量控制机构实现对变量泵排量的控制，在最早的恒功率控制技术中，通过对变量机构二根弹簧弹力的不同设定，实现对变量泵输出流量的控制，其工作曲线为折线，当系统压力达到第一根弹簧设定力后，变量泵排量开始减小。当系统压力克服第二根弹簧设定力后，变量泵变量曲线斜度变化。通过以上控制，使其变量曲线上乘积的离散值趋近于常数。通过以上控制大大提高发了动机功率的利用系数，又能保证发动机不会因为过载而产生熄火。在力士乐公司开发的恒功率控制技术中，通过杠杆原理对变量控制机构进行了改良，使其功率曲线近似为反比例曲线，功率利用系数更高。
二、双泵恒功率控制技术
在双泵或多泵系统中，由于存在多泵之间功率分配的技术难题，如何使发动机功率合理地分配到各泵之中，使各执行机构协调工作，都能尽可能发挥其最大效能，最大程度发挥出发动机功率。目前，在这方面控制技术中，有不同组合形式。
（一）分功率技术。分功率控制是根据各泵所负责的执行机构实际需用功率将发动机的功率按一定比例分配给各泵，在分功率控制中，每个泵均有其独立的变量控制机构，使其负责的执行机构在其预先设定的工作曲线上工作。但分功率控制存在最大的缺点是不能充分利用发动机功率，当某一个泵因某种情况不需要其工作时，其功率不能给另一个泵使用而白白浪费掉，因此极易出现发动机“大马拉小车”的现象，无法满足大型工程机械的使用要求。
（二）交叉传感技术。交叉传感控制系统是日本公司于80年代中期在总功率控制和分功率控制的基础上研制出的一种新型功率控制技术。它是在分功率控制的基础上，通过将两个泵工作压力互相交叉控制来实现，每个泵具有各自的变量机构，因此其流量可以不同，但同时当其中一个泵的功率利用系数少于总功率的50%时，其多余功率将被另一个泵利用，当两个泵的功率利用系数都达到50%时，两个泵每个都利用50%，交叉传感控制技术集中了总功率控制和分功率控制的优点，同时又摒弃他们的缺点，是一个较为理想的功率控制系统。但其缺点是仍不能全部利用发动机功率，而且功率分配在多执行机构共同工作且工作速度不同时仍显不合理，尤其是当某一个泵所负责的执行机构工作速度调至很低，而因工作负载较大时，由于交叉传感已将压力反馈一个泵，这时另一个泵只能利用最多50%功率，而第一个泵却也没用完50%，显然在这种工况下，发动机功率利用系数仍然偏低。
（三）负反馈交叉传感功率技术。交叉传感控制技术虽然在某种程度最大限度地利用了发动机的功率，但其只限于两个主泵之间。而对于多泵控制系统，由于每个泵并不同时处于工作状态，或者虽然每个泵都处于工作状态，但并不同时以最大排量或最大压力点工作，这样还是无法准确确定变量泵的实际应输出功率，易造成功率设定超载或过于保守。
三、计算机控制功率优化控制技术
传统工程机械液压系统动力匹配及控制技术采用了很多方法，虽然取得了不少效果，但都未能从根本上解决问题。但随着现代计算机技术的发展，90 年代以来，国外很多公司将计算机技术成功地应用到动力匹配及控制技术中，取得了良好的效果。传统的恒功率控制中，控制系统与柴油机的匹配非常保守，油泵的输出扭矩要远低于发动机的最大输出扭矩，且当柴油机性能下降时，易使柴油机转速下降导致熄火。
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室新建的节能实验台，采用的是计算机功率优化控制系统。它设有多种工作选择模式和怠速模式，用户可按负载大小和实际工作需要进行选择，每一个工作模式对应于一定的油门位置。当设定好一定的工作模式后，电脑向步时电机发出输出指令，给定一个油门开度，同时控制系统可根据工作模式，在系统数据库中查出该油门开度下的柴油机目标转速。同时该系统还有一个输出模式选择，即最大功率模式和最节省燃油模式。在设定了功率模式和输出模式后，通过检测柴油机的工作转速的变化对油门和主泵排量进行电比例无级控制，从而使发动机始终处于柴油机目标转速范围内工作。
在混凝土泵车行业，目前三一重工开发出的柴油机转速闭环控制装置，该装置利用PLC中的PID控制指令对柴油机的输出转速进行PID调节，该控制系统有效地减小了发动机工作转速在液压系统输出功率加大后造成的波动，使控制系统在不同负荷下，都能维持同一工作转速。该控制系统的使用提高了整机的输出功率和工作效率，使柴油机在较低转速工作时，不会因为过载而产生掉速或熄火现象，因此使液压系统和柴油机之间的匹配得以优化。但该控制系统只是实现了对柴油机工作转速的闭环控制，在系统超载而产生柴油机失速后，只是通过加大油门开度而实现转速的恒定，而系统中并没有实现对液压油泵排量的控制，因此该控制系统并没有真正意义上实现对对液压系统和柴油机之间的最佳匹配和控制，而且当系统在较高转速工作时，控制效果并不理想。计算机功率优化控制技术的出现，不但使柴油机和匹配实现最优化，还使液压系统更趋于简单化。
四、当前存在的主要问题
目前国内对液压系统动力匹配及控制技术的研究还不够，很多技术的核心还集中在国外专业公司手中，缺乏自主创新能力，无法对已有产品进行必要的改进和提高。液压系统数学模型建立较为复杂，很多研究还集中在定性方面，缺乏理论计算基础。液压系统动力匹配及控制技术的研究需要研究者在发动机技术，液压系统控制技术，电气控制（主要涉及PLC控制领域）方面都有全面的理解，对三者进行有效接口，拿出系统控制方案，因此研究难度较大。缺乏必要的测试手段，液压系统动力匹配及控制技术的研究在系统编程及调试过程中，需要采集很多输入输出实践数据，和对发动机、液压系统进行测试，但目前在测试手段还很缺乏。很多研究成果还是在实验室内完成的，只是一种理论成果，并未经实际检验，实验室往往无法完全模仿出实际工作状况。
参考文献：
[1]沈千里.工程机械液压系统动力匹配及控制技术研究[D].吉林：吉林大学.2005。
[2]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：北京机械工业出版社，2002。
作者简介：
黎茂佳（1983，10，04--），男，贵州遵义人，助理工程师，从事机械液压相关工作研究。
【关键词】恒功率；控制技术；计算机
工程液压系统动力匹配及控制技术在国外起步较早，发展较快，新成果、新技术不断涌现，很多技术在国外使用后，很快进入中国市场，目前国内已经由引进和模仿状态，对相应的技术进行了创新和改进。
一、单泵恒功率控制技术
在单泵控制系统中，通过变量控制机构实现对变量泵排量的控制，在最早的恒功率控制技术中，通过对变量机构二根弹簧弹力的不同设定，实现对变量泵输出流量的控制，其工作曲线为折线，当系统压力达到第一根弹簧设定力后，变量泵排量开始减小。当系统压力克服第二根弹簧设定力后，变量泵变量曲线斜度变化。通过以上控制，使其变量曲线上乘积的离散值趋近于常数。通过以上控制大大提高发了动机功率的利用系数，又能保证发动机不会因为过载而产生熄火。在力士乐公司开发的恒功率控制技术中，通过杠杆原理对变量控制机构进行了改良，使其功率曲线近似为反比例曲线，功率利用系数更高。
二、双泵恒功率控制技术
在双泵或多泵系统中，由于存在多泵之间功率分配的技术难题，如何使发动机功率合理地分配到各泵之中，使各执行机构协调工作，都能尽可能发挥其最大效能，最大程度发挥出发动机功率。目前，在这方面控制技术中，有不同组合形式。
（一）分功率技术。分功率控制是根据各泵所负责的执行机构实际需用功率将发动机的功率按一定比例分配给各泵，在分功率控制中，每个泵均有其独立的变量控制机构，使其负责的执行机构在其预先设定的工作曲线上工作。但分功率控制存在最大的缺点是不能充分利用发动机功率，当某一个泵因某种情况不需要其工作时，其功率不能给另一个泵使用而白白浪费掉，因此极易出现发动机“大马拉小车”的现象，无法满足大型工程机械的使用要求。
（二）交叉传感技术。交叉传感控制系统是日本公司于80年代中期在总功率控制和分功率控制的基础上研制出的一种新型功率控制技术。它是在分功率控制的基础上，通过将两个泵工作压力互相交叉控制来实现，每个泵具有各自的变量机构，因此其流量可以不同，但同时当其中一个泵的功率利用系数少于总功率的50%时，其多余功率将被另一个泵利用，当两个泵的功率利用系数都达到50%时，两个泵每个都利用50%，交叉传感控制技术集中了总功率控制和分功率控制的优点，同时又摒弃他们的缺点，是一个较为理想的功率控制系统。但其缺点是仍不能全部利用发动机功率，而且功率分配在多执行机构共同工作且工作速度不同时仍显不合理，尤其是当某一个泵所负责的执行机构工作速度调至很低，而因工作负载较大时，由于交叉传感已将压力反馈一个泵，这时另一个泵只能利用最多50%功率，而第一个泵却也没用完50%，显然在这种工况下，发动机功率利用系数仍然偏低。
（三）负反馈交叉传感功率技术。交叉传感控制技术虽然在某种程度最大限度地利用了发动机的功率，但其只限于两个主泵之间。而对于多泵控制系统，由于每个泵并不同时处于工作状态，或者虽然每个泵都处于工作状态，但并不同时以最大排量或最大压力点工作，这样还是无法准确确定变量泵的实际应输出功率，易造成功率设定超载或过于保守。
三、计算机控制功率优化控制技术
传统工程机械液压系统动力匹配及控制技术采用了很多方法，虽然取得了不少效果，但都未能从根本上解决问题。但随着现代计算机技术的发展，90 年代以来，国外很多公司将计算机技术成功地应用到动力匹配及控制技术中，取得了良好的效果。传统的恒功率控制中，控制系统与柴油机的匹配非常保守，油泵的输出扭矩要远低于发动机的最大输出扭矩，且当柴油机性能下降时，易使柴油机转速下降导致熄火。
浙江大学流体传动及控制国家重点实验室新建的节能实验台，采用的是计算机功率优化控制系统。它设有多种工作选择模式和怠速模式，用户可按负载大小和实际工作需要进行选择，每一个工作模式对应于一定的油门位置。当设定好一定的工作模式后，电脑向步时电机发出输出指令，给定一个油门开度，同时控制系统可根据工作模式，在系统数据库中查出该油门开度下的柴油机目标转速。同时该系统还有一个输出模式选择，即最大功率模式和最节省燃油模式。在设定了功率模式和输出模式后，通过检测柴油机的工作转速的变化对油门和主泵排量进行电比例无级控制，从而使发动机始终处于柴油机目标转速范围内工作。
在混凝土泵车行业，目前三一重工开发出的柴油机转速闭环控制装置，该装置利用PLC中的PID控制指令对柴油机的输出转速进行PID调节，该控制系统有效地减小了发动机工作转速在液压系统输出功率加大后造成的波动，使控制系统在不同负荷下，都能维持同一工作转速。该控制系统的使用提高了整机的输出功率和工作效率，使柴油机在较低转速工作时，不会因为过载而产生掉速或熄火现象，因此使液压系统和柴油机之间的匹配得以优化。但该控制系统只是实现了对柴油机工作转速的闭环控制，在系统超载而产生柴油机失速后，只是通过加大油门开度而实现转速的恒定，而系统中并没有实现对液压油泵排量的控制，因此该控制系统并没有真正意义上实现对对液压系统和柴油机之间的最佳匹配和控制，而且当系统在较高转速工作时，控制效果并不理想。计算机功率优化控制技术的出现，不但使柴油机和匹配实现最优化，还使液压系统更趋于简单化。
四、当前存在的主要问题
目前国内对液压系统动力匹配及控制技术的研究还不够，很多技术的核心还集中在国外专业公司手中，缺乏自主创新能力，无法对已有产品进行必要的改进和提高。液压系统数学模型建立较为复杂，很多研究还集中在定性方面，缺乏理论计算基础。液压系统动力匹配及控制技术的研究需要研究者在发动机技术，液压系统控制技术，电气控制（主要涉及PLC控制领域）方面都有全面的理解，对三者进行有效接口，拿出系统控制方案，因此研究难度较大。缺乏必要的测试手段，液压系统动力匹配及控制技术的研究在系统编程及调试过程中，需要采集很多输入输出实践数据，和对发动机、液压系统进行测试，但目前在测试手段还很缺乏。很多研究成果还是在实验室内完成的，只是一种理论成果，并未经实际检验，实验室往往无法完全模仿出实际工作状况。
参考文献：
[1]沈千里.工程机械液压系统动力匹配及控制技术研究[D].吉林：吉林大学.2005。
[2]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：北京机械工业出版社，2002。
作者简介：
黎茂佳（1983，10，04--），男，贵州遵义人，助理工程师，从事机械液压相关工作研究。