一种基于CAN总线的多路换向多级调节液压系统

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现有由发动机、变量液压泵、变量液压马达及行走机构组成的负荷驱动系统是-个多变量的复杂系统。

为使该系统在任何状态下都有最佳的性能输出，必须对该系统进行控制，这必然会影响多路换向的液压系统运作效果。目前，大量的研究只是对液压泵，马达本身的压力和排量进行控制，而当各元件组成-个系统时，为达到最佳性能和工作寿命及制造成本的控制目标和控制方式，均需要从发动机性能、液压传动和车辆理论方面进行综合研究才能得出结论，而这-研究的成果还很少，暂时无法解决现有技术中存在的技术问题。

CAN总线能够对分布式控制系统和过程式控制系统进行简洁而有效的支配，其优势在于管理 自动化和系统分散化。在各种复杂系统运作的过程中有着卓越的特性及很高的可靠性。特别是对液压系统进行多路运作时，进行多级调节，机械效率将可以大大提升。

最重要的是 CAN总线系统的经济效益好，启动成本低，且能够大大简化各种复杂线路，运作维护费用低、节约成本。

1 总体结构设计如图 1所示，本设计是针对上述现有技术存在的不足，提供-种功能更优、控制管理化、制造成本低、维护费用低、工程机械效率更高且灵活多变的开放模式，可适用于各种车辆与工程机械相结合的，基于 CAN总线的多路换向多级调节液压系统 。

设计-种基于 CAN总线的多路换向多级调节液压系统，包括液压缸驱动承载子系统、多路换向拈化子系统、CAN总线控制子系统和水平对置双级活塞发动机 动力装置。水平对置双级活塞发动机动力装置与液压缸驱动承载子系统连接，用于提供动力。多路换向拈化子系统与液压缸驱动承载子系统连接，用于调控液压缸驱动承载子系统。CAN总线控制子系统分别与多路换向拈化子系统连接，用于进行模块化控制。水平对置双级活塞发动机动力装置作为动力源，首先对系统中的液压泵提供能量，然后带动液压缸驱动承载子系统，通过两个三位四通电磁换向阀控制工程机械作为前、后支腿的前单活塞杆缸和后单活塞杆缸的运动 ，与此同时，CAN总线控制子系统控制的多路换向拈化子系统就会对工程机械各个外部输出进行多级调节，使得整个工程液压系统在运作过收稿 日期 ：20133-04作者简介 ：李杰浩(1989-)，男，广东肇庆人，本科 ，研究方 向为汽车发动机及其零部件设计开发。

2013年第9期 液压与气动 69图1 液压系统设计总图程中平稳、合理、有效进行。因此，基于 CAN总线控制的多路换向多级调节工程机械液压系统可以制造得更简单 ，结构更清晰、成本更低，拈系统合理分配，使得效率更高、节约能源，更加符合绿色节能环保的需求。

2 CAN总线控制系统设计CAN总线控制子系统 J，包括信息采集拈，CAN总线协议和ECU控制单元，所述信息采集拈为安装在多路换向拈化子系统中的压力传感器和流量传感器，以及安装在水平对置双级活塞发动机动力装置中的转速传感器和油温传感器。信息采集拈与ECU控制单元连接 ，通过CAN总线把各个拈统-起来，实现点对点，-点对多点及全局控制方式。用-种简洁、快速、实时反馈对各个执行元件进行有效支持分布式控制和过程式控制。

3 液压缸驱动承载系统系统设计如图2所示，液压缸驱动承载子系统 J，其包括油箱、过滤器、双活塞发动机、定量液压泵、三位四通电磁换向阀、液压锁、前单活塞杆缸、后单活塞杆缸 ；油箱通过过滤器与双活塞发动机连接，双活塞发动机通过定量液压泵和由 CAN总线控制的三位四通电磁换向阀与前单活塞杆缸和后单活塞杆缸连接；两个前单活塞杆缸和两个后单活塞杆缸均为并联油路控制，分别由液压锁双向锁紧。液压锁运作时，系统的油源为双活塞发动机输出传动箱的输出轴驱动的定量液压泵，发动机可以为整个液压系统提供全部动力，液压泵的最高压力由溢流阀设定。液压油经过油路进入由 CAN总线控制的三位四通电磁换向阀，控制作为前、后支腿的前单活塞杆缸和后单活塞杆缸，用来支承工程机械车身和加载的负载，消除运作时对车轮的损伤。其中块两个前单活塞杆缸和两个后单活塞杆缸均为并联油路控制，分别由液压锁双向锁紧∝止阀和压力指示器对油路进行实时监控。协调合理的运作使得液压系统平稳，安全，高效进行。

如图2所示，液压缸驱动承载子系统中还设置用于与 ECU控制单元连接的压力传感器和压力指示器。

1.油箱 2.过滤器 3、22.截止 阀 4.双级活塞发动机5.双向定量液压泵 6.比例溢流阀 7.流量传感器8、15.三位四通电磁换向阀 9～12、16～19.液压单向控制阀l3、14.前支腿双作用单活塞杆缸 2O、21.后支腿双作用单活塞杆缸23.压力指示器图2 液压缸驱动拈4 多路换向拈化系统设计如图3所示，多路换向拈化子系统 J，其包括回转拈、伸缩拈、变幅拈、制动拈和起升拈。

回转拈由三位四通电磁换向阀和与回转马达组成；伸缩拈由双作用单活塞杆的伸缩缸、可调节流阀、溢流阀、单向阀和三位四通电磁换向阀组成，伸缩缸通过可调节流阀、溢流阀和单向阀与三位四通电磁换向阀；变幅拈由双作用单活塞杆 的变幅缸、溢流阀、可70 液压与气动 2013年第9期调节流阀、单向阀和三位四通电磁换向阀组成，变幅缸通过溢流阀、可调节流阀和单向阀与三位四通电磁换向阀；制动拈由制动缸、压力传感器、可调节流阀和单向阀组成，制动缸通过可调节流阀与三位四通电磁换向阀连接，且设置有与可调节流阀并联的单向阀，还有压力传感器，制动缸为弹簧复位单作用液压缸；起升拈由起升马达，单向阀，可调节流阀，溢流阀和三位四通电磁换向阀组成，起升马达通过单向阀，可调节流阀和溢流阀与三位四通电磁换向阀连接。系统的执行元件分为拈化，各个拈的启动，停止和换向都是用CAN总线控制子系统进行多级调节，可以顺序操作，多路操作，也可以单独操作。在运作过程中，基于CAN总线控制子系统会对油路情况进行实时监控，对各个拈的开度多级调节，达到效率利用最大化、减少损失、节能高效。

回转拈 伸缩拈 变幅拈 制动拈 起升拈。 ， st 留25 27 339 43二士 二士 二士2424.过滤器 25、27、33、43.三位四通电磁换向阀 26.回转马达28、34、40、44.单向阀 29、35、45.溢流阀3O、36、39、46.可调节流阀 31、37、41、47.压力传感器32.伸缩缸 38.变幅缸 42.制动缸 48.起升马达图3 多路换向拈5 水平对置双级活塞发动机设计如图4所示，水平对置双级活塞发动机 j，由-级直动连杆齿轮式的主动活塞系统和与所述主动活塞系统相对应的-级旋转式的辅助活塞系统组合而成，设有四对主动活塞系统和与其相配合的辅助活塞系统，且采用水平对置的方式，每个缸体内有-组动活塞系统和辅助活塞系统组成的双级活塞。主动活塞做功同时，辅助活塞旋转往返运动配合主动活塞，形成-种新型的双级活塞运动方式。双级活塞同时做功，包括同时进气、同时压缩、同时燃烧、同时排气四个冲程，在新图4 双级活塞发动机型的运动组合方式中，可使高能量下气体利用充分、功率增加、节能高效。同时，-级旋转式辅助活塞系统搭载发动机的进气系统，通过旋转连杆，同步控制着发动机进气，与整个双级活塞系统形成-体，系统之间相互配合，高效节能，符合绿色节能需求。

6 结论与现有技术相比，本设计的有益效果是：提供了在CAN总线控制子系统支持下，对液压系统的各个多路换向拈进行有效支持分布式控制和整体式实时控制；在 ECU伺服控制中，信号控制电磁伺服换向阀既是信号元件，又是功率放大元件；伺服换向阀将控制系统中的电气部分与液压部分连接起来，从而实现电液信号的转换和放大，对液压执行元件进行控制；通过CAN总线把各个执行拈和控制拈连接，大大降低了制造成本，维护检测费用大大减少 ；在 CAN总线控制下，可以多主方式工作，支持有效分布式控制和整体式实时控制；整个工程机械液压系统分成各个拈，进行拈化管理，同时各个拈可以按照用户需求进行组装和制造，功能选择大大提高；系统中各类传感器和伺服系统准确地控制和反馈液压系统的实时情况；设置单独的散热、加热、过滤回路，系统油温温度控制方便，保证了油液清洁度；把 CAN现场总线运用在液压系统是本实用新型的创新点，同时用过 ECU控制单元控制各个系统，通过 PID模糊算法和脉冲信号进行准确控制，各个实时监控拈对液压各路系统进行监控和自我修复，实现了液压系统的电液信-体化控制。