AUTOMATION STUDIO赋能工程机械：复式功能比例换向控制的智能设计与优化

核心应用：工程机械的智能行走与转向机构

在工程机械领域，尤其是那些需要精确控制行走和转向功能的设备，我们提出了一种创新的液压回路方案。该方案巧妙地将压力补偿比例开路控制应用于代替传统的变量泵马达闭环控制，并利用单个泵实现对行走马达和转向油缸的同步控制。这一策略显著降低了系统成本。 AUTOMATION STUDIO LIVE MANIFOLD 软件在其中扮演了关键角色，它使得我们能够深入理解、模拟和优化整个回路的复杂交互，从而为用户带来诸多显著的好处。

回路方案详解与 AUTOMATION STUDIO 的应用：

该液压回路的关键在于其集成的负载压力补偿、优先流量和旁通流量控制方式。

1. 动力源与流量分配：
   • 核心动力： 系统采用单个泵作为动力源。
   • 流量需求： 泵的输出流量必须满足 **优先口（用于转向）和旁通口（用于行走）**的流量需求。关键在于，泵的输出流量必须大于或等于优先口一次油路所需流量，否则将无法满足旁通口二次流量的需求。
   • 安全性设计： 简单来说，只有在优先口（转向）有油时，旁通口（行走）才有油通过。这意味着，只有在转向油缸工作（即系统确认转向操作已启动）时，液压机械才能进行行走。这一设计确保了行走的安全性，防止了在转向未到位时发生的危险。
   • AUTOMATION STUDIO 的价值： 通过该软件，我们可以动态模拟泵的输出变化，精确模拟FRV优先口和旁通口的流量分配逻辑，验证其在各种负载和操作顺序下的准确性。用户可以直观地看到，在模拟中，当优先口流量不足时，行走流量是如何被限制的，从而提前评估系统在极限工况下的表现。
2. 阀门配置与功能：
   • 转向控制： 使用两个2位3通电磁阀来控制马达的转向。
   • 行走速度控制： 采用比例流量阀来实现行走的比例调速。
   • 减速缓冲与制动： 双向平衡阀在常态下提供行走马达的冲击缓冲和静压制动功能。
   • 离合器控制： 梭阀用于控制静压制动离合器的开启。
   • AUTOMATION STUDIO 的价值： 软件能够模拟这些阀门（电磁阀、比例流量阀、平衡阀、梭阀）的动态响应，展示它们如何协同工作。例如，可以模拟电磁阀的切换过程，观察转向油缸的运动；模拟比例流量阀的电流输入如何影响行走速度；以及在不同工况下，平衡阀和梭阀如何提供缓冲和制动。这使得设计者能够预先优化所有阀门的参数设置，避免实际调试中的繁琐和昂贵。
3. 关键阀门工作流程解析：
   • 行走电磁阀工作时：
     • 比例减压阀得电。
     • 油泵供油压力经过比例减压阀。
     • 通过比例调节调速阀的滑阀开度，实现行走马达速度的精确调节。
     • AUTOMATION STUDIO 的价值： 我们可以在软件中模拟比例减压阀的通电过程，实时观察其压力输出如何影响比例流量阀的控制，并精确绘制出不同输入信号下行走速度的曲线，从而精确设定马达的速度范围和响应特性。
   • 3位4通多路阀得电时：
     • 优先流量分配： 无论泵的转速或工作压力如何变化，泵的流量总能按优先口预设值提供一次流量给转向油缸。
     • 同步性能： 二次流量进入比例流量阀的入口，为行走马达提供动力。这样，转向油缸在行走作业时即可获得同步性能，确保操作的平稳性和协调性。
     • AUTOMATION STUDIO 的价值： 这是软件模拟的强大优势体现。我们可以模拟一个完整的操作周期：同时激活转向和行走功能。软件会精确展示：
       • 泵的流量如何首先被导向优先口（转向），确保转向油缸的优先动作。
       • 剩余流量如何被送往比例流量阀，控制行走马达的速度。
       • 在软件中，我们可以直观地看到转向和行走机构的运动轨迹，评估其同步性，并优化控制逻辑以达到最佳的协调效果。 这种虚拟集成设计大大缩短了从概念到实用的时间。

结合 AUTOMATION STUDIO LIVE MANIFOLD 的用户好处与效率提升：

• 加速设计验证与优化：
  • 可视化模拟： AUTOMATION STUDIO 提供了强大的可视化模拟环境，让用户能够直观地观察液压回路在各种工况下的动态表现，包括阀门的切换、压力的传递、流量的分配以及执行器的运动。这有助于快速理解复杂回路的交互作用，并在早期识别潜在的设计缺陷。
  • 参数调优： 通过在软件中模拟调整比例流量阀的输入电流、VP减压阀的压力设定、EP3和EC2的补偿参数等，用户可以快速找到最佳的工作点，实现对行走速度和转向的精确控制，无需反复进行昂贵而耗时的物理试验。
  • 预测与规避风险： 软件模拟可以帮助预判在极端负载、转速或操作顺序下可能出现的问题（如优先流量不足导致行走失效），从而在设计阶段就采取预防措施。
• 提升系统性能与效率：
  • 同步性保障： 通过精确模拟转向与行走间的联动逻辑，确保了在复杂作业中的同步性，提高了操作的平稳性、精确性和安全性。
  • 降低能耗与发热： 软件模拟有助于优化流量分配和压力控制策略，确保泵的输出始终服务于实际需求，最大限度地减少了能量损耗和液压油发热。
  • 提高生产力： 由于控制的精确性和系统的可靠性，操作员可以更高效、更安全地完成作业，直接提升了设备的生产力。
• 降低开发成本与上市时间：
  • 减少物理样机： 大部分设计验证和参数调优可以在虚拟环境中完成，大幅减少了对昂贵物理样机的需求。
  • 缩短调试周期： 虚拟调试和预优化大大加快了实际安装和调试的速度，有效缩短了产品上市时间。

总结：

通过结合负载敏感技术与 AUTOMATION STUDIO LIVE MANIFOLD 软件，我们提供了一种面向工程机械行走、转向机构的智能液压控制解决方案。这种方案不仅在技术上实现了高精度、高效率的同步控制，更通过软件的强大模拟能力，为用户带来了显著的设计、验证和优化优势，最终实现成本效益的最大化和市场竞争力的提升。