液压转向器的大型化与电控信息化

液压转向器的大型化与电控/信息化许仰曾萨澳行走液压(上海)有限公司200233关键词：电液转向元件，大排量转向器，工程机械转向一、概述萨澳-丹佛斯(Sauer-Danfoss)是世界上制造非公路车辆静液压转向系统最大的生产厂商。提供从二轮转向（Ackermann转向）、铰接式转向、复式四轮转向、通过传感器的自动转向以及到通过卫星的远程控制转向的全系列液压转向元件。当代，人们对转向技术已从轻型或中小型提升到重型或特大型工程机械；从降低转向劳动强度转为到提高转向的舒适性，从而提高生产率；从控制的现场性到控制的遥控化、信息化；另外也从满足基本的转向功能提高到转向的控制精度，甚至可以达到厘米级的转向精度。这是因为重型非公路车辆的可控性与控制的完美性符合人们对工作条件提高的追求，而控制精度的提高是公路建设、田间播种、庄稼保护与收割等应用提出的要求。Sauer-Danfoss与卡特皮勒（Caterpillar）共同开发的OSPL1200及自己研发的EHPS(ElectronicHydraulicPowerSteering)就是这一技术的开拓者。这种新一代的大排量转向器及电液转向系统，与传统的现用的转向系统相比，表现为极大地加大了转向器的最大排量，提高了驾驶者的舒适性，使操纵室呈现了现代技术的综合性。不仅内涵先进，外观也极具吸引力；与此同时减少了驾驶室内的噪音，使铰接式转向的车辆侧加速最小，消除了转向盘的偏差,并实现了可变的转向比；同样重要的是系统可以通过卫星利用现代GPS技术，实现了现代转向技术的信息化功能。二、大排量转向器通常转向器的排量在40-1000ml/r,Sauer-Danfoss开发的OSPL型转向器的排量为520–1000ml/r。这种转向器主要用于重型或大型工程机械中。图一表示了经常应用OSPL型转向器的大型装载机。如果对转向器的要求高于1000ml/r,则可采用特殊的负载敏感转向器诸如OSPBXLS、OSPLXLS及OSPCXLS等并带OSQ流量放大器。此时，排量可达到5000ml/r,从而满足要求。然而，当Caterpillar需要采用OSPL型转向器用于铰接式自卸车时，对转向器排量的要求大于1000ml/r,达到1200ml/r。尽管OSPLX+OSQ的方案可以满足性能要求，但是安装较复杂，而且成本也较高。为此，Sauer-Danfoss开发了新产品，使转向器的排量达到1200ml/r,满足了转向的要求。同时,OSPL也是国内大型轮式装载机较为理想的转向系统解决方案。OSPL1200LS转向器见图二所示。图三则表示了采用OSPL1200LS的自卸车.三、电控液压转向系统图四则表示了新一代的电控液压转向系统。图一应用OSPL型转向器的大型装载机图二OSPL1200转向器图三采用OSPL1200的自卸车.图四EHPS电控液压转向系统示意图图五电控液压动力转向阀(EHPS阀）1）电控液压转向系统的组成传统的转向系统是采用转向器直接驱动，系统十分简单，适用于小功率的工程机械或功能要求简单的转向机构之中。随着目前工程机械单机容量的增大及对转向要求的提高，因此在转向系统中已常采用流量放大器。由于流量放大的采用，不仅可以使流量放大（放大比可达4、5以至8），而且可集成许多其它阀的功能在内，诸如先导溢流、优先、缓冲、补油和背压等，一般系统压力可达28MPa；如果用方向盘直接带动OSP，可使转向器排量高达1000ml/r，操作力矩可显著减少到只有0.5Nm。同时在工程机械的比例多路阀的领域中也解决了电控与手控共存的问题，那就是比例多路阀的一端使用传统的手控手柄，而另一端对被控制的多路阀阀芯进行双向电控，这就是比例多路阀的比例电控阀，即PVE(ProportionalValveElectricActuator)。（有关这一方面的资料可参考Sauer-Danfoss的比例多路阀PVG32或PVG120的样本或其他公司的类似产品）现在将比例电控阀与转向器的流量放大器相结合，就形成了电控液压动力转向阀（图五）。此时此液压放大器可以同时接受二个信号（或输入），一个来自液压转向器（作为前置先导级），另一个可以来自电信号，诸如遥控手柄、远程电信号等等，这二个信号所起的功能与作用是并联的，即不论哪一个信号进入流量放大器，都会产生相应所要求的转向功能，不过，为了安全起见，从最大安全级别考虑，液压的输入优先于比例电控阀的输入。图六电控液压动力转向系统的形式由上所述可见，传统转向器与流量放大器相结合而组成的转向系统是电控液压动力转向系统的基础，我们称之为电控液压转向系统0型（或0型电液转向系统）(见图六)。如果将PVE与流量放大器相结合，形成了电控液压动力转向阀（EHPS阀），此时如加上电信号元件的输入部分就形成了电控液压动力转向系统I型（或I型电液转向系统）。I型系统不仅可由转向器操纵产生转向，也可以由电遥控手柄操作产生转向。如果说在I型系统的基础上增加方向盘的传感及转向车辆传感器，通过微处理器与相应软件形成的控制器控制PVE，这就是电控液压动力转向系统II型（或II型电液转向系统）。这种II型系统就完全具备了自动转向的功能，包括采用全球定位系统（GPS）来进行转向控制。由于电液转向系统采用的是模块式结构，因此彼此间很容易转化与组装。2）电控液压转向系统的特点众所周知，对于并无电控的0型系统而言，液压转向装置的先导压力低于3.0MPa，极低的噪音甚至不会引起驾驶者对噪音的主意，同时可极大降低侧加速，进一步增加舒适性，形成极好的人机工作协调的工程环境，特别是对那些铰接式转向装置，其侧加速常使驾驶者难以长时间承受。试验表明EHPS系统能比传统系统的侧加速减少75%以上。I型系统除去具有0型系统的所有特点之外，还可用遥控手柄或者小型方向盘操纵转向，不仅舒适有加且生产率会提高。由于可以同时采用电控与液控，而且液控要求的系统压力比比例电控阀要高，因此液控具有优先性。所以即使电控失效也不会影响液压，这种双重的安全保险使许多国家准许采用遥控手柄与小型方向盘，就是因为这种液控的备用性。II型系统由于具有方向盘与转向车轮的传感器以及由微处理器与转向软件组成的控制器来控制比例电控阀，从而转向比可调，使驾驶者可在制停之间来增加或减少方向盘的转动圈数，这也就是说，驾驶者可以根据不同的情况与路面条件及各人的意愿来改变转向特性，即转向比是可调的；也正是这样一种特性，是通过II型系统中转向软件来进行，这就是说它的转向速度变化可以通过预先编程去实施。II型还有一个令人感兴趣的特点是它对可能的内泄进行补偿，这样就可以避免方向盘的飘移。这时方向盘依据行进中车轮的位置来保持其位置，驾驶者可以安全地控制电开关，从而使工程车辆上的驾驶者可以像开小轿车一样去控制车辆不同的功能开关。3)EHPS通过卫星的自动转向由上所述可见，II型系统由于具有闭环系统的电控功能，因此十分适合用它来进行自动转向，只是它的可变转向比与自动消除方向盘飘移偏差的特性更能在自动转向下显示其优势。此时需要在II型系统上装上相应的自动导向装置及相应传感器。如果装上行间导向传感器，装有II型系统的车辆就可以较高速行进并且在行间耕作时有较高精度；如果车辆装有全球定位鉴别系统（DGPS），那么装有II型系统的车辆就可以利用全球定位系统（GPS）来使车辆定位至米级以下甚至厘米级。这时通过卫星的自动转向就可实现。利用卫星自动转向时，II型系统具有一个接收器，可以探测到GPS的信号以及精确计算出车辆的位置。然后通过装在转向系统上的PC及该区域地理信息与位置的软件，经过计算给出所需要的转向方向信号，再通过微处理控制器与车辆位置传感器发出。此时，根据发出的信号，流量进入转向油缸直至达到车辆的方向。这套当代机器自动定位系统可由TSD公司提供。该公司是由Sauer-Danfoss与加利福尼亚的Topcon激光系统公司合资组成。它提供的接收器与软件可用于II型系统，使其可接收卫星信号实现自动转向。自动转向系统是转向的革命性进步，特别是对农业机械。无论是工程机械驾驶者还是农业机械驾驶者可以利用这一技术使车辆行进更快更精确。例如在农田驾驶农业操作机械，诸如收割、犁地、种植、施肥等，厘米级的操作精度可以保护庄稼，而且并不影响行进速度。有些情况下，驾驶者可以在能见度很低的情况下工作，例如可以在夜晚工作，避免那些难以挽回的时间损失。4)EHPS应用的场合与优点电控液压动力转向系统由于具有PVE与EHPS阀，使转向系统从手动进入了自动的发展阶段。它适合于重载工程机械、农业机械以及建筑机械之中，像轮式装载机、自动卸载车、大型拖拉机、饲料收割机、联合收割机等机器之中（图七），并已显示了明显的优势，是今后工程车辆转向的发展方向。由于EHPS系统能与卫星技术结合，使转向与GPS技术结合起来。EHPS不仅提供了驾驶者操作的舒适性，也提高了转向的其它特性，诸如安全性、可控性、舒适性、精确性，可以预料这种自动转向的电控液压动力转向系统（EHPS）将会得到越来越广泛的应用。图七GPS通过EHPS使车辆转向