CN102506020A - 对电控手柄进行选择和参数设计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对变量泵用控制手柄进行选择和参数设计的方法，适合两种不同的控制手柄。首先，根据手柄类型设定变量因子和变化单位，建立坐标系，输出各支路电流变化曲线；然后选择微调量，确定微调幅度，实时输出电流变化曲线；最后对一系列所述电流变化曲线进行比较，选出电流变化平稳的曲线所对应的电路参数值。本发明的优点是：与现有手柄选择方法相比较，上述方法的使用避免了手柄的盲目选择，保证了手柄和变量泵选用的适配性；同时对各相关量进行分类处理后能够很方便地利用计算机工具来解决技术问题，克服了繁琐的人工计算所带来的错误，提高了设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种对电控手柄进行选择和参数设计的方法，用于变量泵用电控手柄。
背景技术
很多工程机械使用电气控制变量泵，电控手柄的匹配与否直接关系到泵输出排量的平稳性。然而，很多时候仅仅根据电压和最大电流的匹配来选择手柄型号，而没有对手柄和油泵的电气参数进行动态的分析，即没有对手柄输出电流随电位器(手柄部件)位置变化而变换的情况进行深入分析，从而导致了泵排量变化的不平稳，降低了整个液压系统中相应动作的平稳性。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对变量泵进行电控手柄特性分析、选择以及参数设计的方法，以帮助设计人员合理的选择电控手柄，以及必要时对手柄参数进行匹配性设计，从而提高设计质量和设计效率。
按照本发明提供的技术方案，对单电位器控制手柄进行选择和参数设计的方法如下：
单电位器控制手柄电路包括：控制电压UI正极依次通过串接的第零电阻、第一电阻、第二电阻到地，第零电阻通过第零电位器到地，第零电位器的触点接变量泵电磁线圈的一端，变量泵电磁线圈另一端接所述第一电阻、第二电阻之间的节点；设第零电位器总电阻为RL，第零电位器触点两端的电阻分别为R3、R4；
首先，设定变量因子和变化单位，建立坐标系，输出各支路电流变化曲线：取R3为变量，记为i，i变化范围为0～RL，则R4＝RL-i，为避免分母为零，将R4加上一个极小正值，将i加上一个极小正值，则各支路电流及电阻发热功率计算公式为：
Ix＝1000*UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
Px＝(Ix/1000)2*Rx；
P0＝(I0/1000)2*R0；
P1＝(I1/1000)2*R1；
P2＝(I2/1000)2*R2；
P3＝(I3/1000)2*i；
P4＝(I4/1000)2*R4；
其中，a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/i)*i/(R1*R4-R2*i)；
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*i)；
Ix-流经Rx的电流；
I0-流经R0的电流；
I1-流经R1的电流；
I2-流经R2的电流；
I3-流经R3的电流；
I4-流经R4的电流；
Px-电阻Rx发热功率；
P0-电阻R0发热功率；
P1-电阻R1发热功率；
P2-电阻R2发热功率；
P3-电阻R3发热功率；
P4-电阻R4发热功率；
随着i的递增各电路相应的输出一系列电流值，将其对应关系一一显示在坐标系中即得到电流变化曲线；坐标系的水平坐标轴代表i的变化，竖直坐标轴代表相应电流的变化；
第二步，选择微调量，确定微调幅度，实时输出电流变化曲线：选定微调量为R0、R1、R2、RL，随着R0、R1、R2或RL的不断调整，所述坐标系实时地输出电流变化曲线；
第三步，对一系列所述电流变化曲线进行比较，选出电流变化平稳的曲线所对应的电路参数值。
对双电位器控制手柄进行选择和参数设计的方法如下：
双电位器控制手柄电路包括：控制电压UI正极依次通过串接的第零电阻、第一电位器到地，第零电阻通过第二电位器到地，第二电位器的触点接变量泵电磁线圈的一端，变量泵电磁线圈另一端接所述第一电位器的触点；所述第一电位器和第二电位器触点位置成等比例变化；设第一电位器总电阻为RL1，第一电位器触点两端的电阻分别为R1、R2，第二电位器总电阻为RL2，第二电位器触点两端的电阻分别为R3、R4；
首先，设定变量因子和变化单位，建立坐标系，输出各支路电流变化曲线：取R3为变量，记为i，i变化范围为0～RL2，则R4＝RL2-i，R1＝R4*RL1/RL2，R2＝RL1-R1，为避免分母为零，将前面得到的R4、R1、R2和i均加上一个极小正值，则各支路电流及电阻发热功率计算公式为：
Ix＝1000*UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
Px＝(Ix/1000)2*Rx；
P0＝(I0/1000)2*R0；
P1＝(I1/1000)2*R1；
P2＝(I2/1000)2*R2；
P3＝(I3/1000)2*i；
P4＝(I4/1000)2*R4；
其中，a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/i)*i/(R1*R4-R2*i)；
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*i)；
Ix-流经Rx的电流；
I0-流经R0的电流；
I1-流经R1的电流；
I2-流经R2的电流；
I3-流经R3的电流；
I4-流经R4的电流；
Px-电阻Rx发热功率；
P0-电阻R0发热功率；
P1-电阻R1发热功率；
P2-电阻R2发热功率；
P3-电阻R3发热功率；
P4-电阻R4发热功率；
随着i的递增各支路电流相应的输出一系列数值，将其对应关系一一显示在坐标系中即得到电流变化曲线；坐标系的水平坐标轴代表i的变化，竖直坐标轴代表支路电流的变化；
第二步，选择微调量，确定微调幅度，实时输出电流变化曲线：选定微调量为R0、RL1、RL2，随着R0、RL1或RL2的不断调整，所述坐标系实时地输出电流变化曲线；
第三步，对一系列所述电流变化曲线进行比较，选出电流变化平稳的曲线所对应的电路参数值。
上述坐标系的水平坐标轴单位为1Ω，竖直坐标轴单位为1mA。
本发明的优点是：与现有手柄选择方法相比较，上述方法的使用避免了手柄的盲目选择，保证了手柄和变量泵选用的适配性；同时对各相关量进行分类处理后能够很方便地利用计算机工具来解决技术问题，克服了繁琐的人工计算所带来的错误，提高了设计效率。
附图说明
图1是电控手柄选择和参数设计方法的流程图；
图2是单电位器控制手柄电路原理图；
图3是双电位器控制手柄电路原理图；
图4是已知手柄参数进行计算分析的电脑界面图；
图5是已知手柄参数进行计算分析的电流变化曲线图；
图6是进行手柄参数设计过程的电流变化曲线图；
图7是进行手柄参数设计过程的电脑界面图。
具体实施方式
下面结合图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的设计方案是：根据相应手柄的电路原理，来获取电控手柄的电流变化曲线，并进行分析比较；对电控手柄的参数进行调整以达到优化设计。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下由计算机来执行的步骤，其流程如图1所示。
1、确定电控手柄的电路原理及各支路相应参数的计算公式
本发明针对以下两种电路原理的手柄进行设计：
1)对单电位器控制手柄，其电路图见图2，应用电路基本公式可推导得各支路电流计算公式分别为：
Ix＝UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
各支路发热功率计算公式分别为：
Px＝Ix2*Rx
P0＝I02*R0
P1＝I12*R1
P2＝I22*R2
P3＝I32*R3
P4＝I42*R4
其中
a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/R3)*R3/(R1*R4-R2*R3)
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*R3)
式中：
UI-控制电压；
R0-干路电阻；
R1-支路电阻；
R2-支路电阻；
R3-电位器触点到一端的电阻；
R4-电位器触点到另一端的电阻；
RL-电位器总电阻；
Rx-变量泵电磁线圈电阻；
Ix-流经Rx的电流；
I0-流经R0的电流；
I1-流经R1的电流；
I2-流经R2的电流；
I3-流经R3的电流；
I4-流经R4的电流；
Px-电阻Rx发热功率；
P0-电阻R0发热功率；
P1-电阻R1发热功率；
P2-电阻R2发热功率；
P3-电阻R3发热功率；
P4-电阻R4发热功率；
2)双电位器控制手柄，其电路图见图3，应用电路基本公式可推导得各支路电流计算公式分别为：
Ix＝UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+b)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
各支路发热功率计算公式分别为：
Px＝Ix2*Rx
P0＝I02*R0
P1＝I12*R1
P2＝I22*R2
P3＝I32*R3
P4＝I42*R4
其中
R1＝(RL2-R3)*RL1/RL2；
R2＝RL1-R1；
R4＝RL2-R3；
a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/R3)*R3/(R1*R4-R2*R3)
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*R3)
式中：
UI——控制电压；
R0——干路电阻；
R1——电位器RL1触点到一端的电阻；
R2——电位器RL1触点到另一端的电阻；
R3——电位器RL2触点到一端的电阻；
R4——电位器RL2触点到另一端的电阻；
RL1——电位器1总电阻；
RL2——电位器2总电阻；
Rx——变量泵电磁线圈电阻；
Ix——流经Rx的电流；
I0——流经R0的电流；
I1——流经R1的电流；
I2——流经R2的电流；
I3——流经R3的电流；
I4——流经R4的电流；
Px——电阻Rx发热功率；
P0——电阻R0发热功率；
P1——电阻R1发热功率；
P2——电阻R2发热功率；
P3——电阻R3发热功率；
P4——电阻R4发热功率；
2、设定变量因子和变化单位，建立坐标系，输出各支路电流变化曲线
1)设定变量因子和变化单位
由电路原理图可知各支路随着电位器触点的变化而变化，固选取电位器触点到某一端的阻值为常变量，记为“i”，单位为1Ω。此时相应变化如下：
1.1)单电位器电路
取R3为常变量，记为“1”，其变化范围为0-RL，此时：
R4＝RL-i
为了避免分母为零，需要将某些量进行调整(加上一个极小正值)，但调整后对结果不会产生大的影响。所述极小正值根据电阻值大小而定，建议为阻值的百万分之一，一般为10-6～10-5即可：
R4＝RL-i+0.000005
i＝i+0.00001
1.2)双电位器电路
此时认为两个电位器触点位置成等比例变化，即随着手柄操纵杆的角度变化，两个电位器触点的运动所产生的电阻变化量对应其各自本身阻值的百分比相等。
取R3为变量，记为“i”，其变化范围为0-RL2，此时：
R4＝RL2-i+0.000005
R1＝(RL2-i)*RL1/RL2+0.000005
R2＝RL1-R1+0.00001
i＝i+0.00001
2)建立坐标系，输出各支路电流变化曲线
将上述“i”替换电路公式中相应的电阻，则随着变量因子“i”的递增各电路电流相应的输出一系列数值，将其对应关系一一显示在坐标系中即可得到电流特性变化曲线。坐标系的水平坐标轴代表“i”的变化，单位为1Ω，竖直坐标轴代表相应支路电流的变化，单位为1mA。
此时各支路电流等的计算公式变为：
单电位器电路：
a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/i)*i/(R1*R4-R2*i)；
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*i)；
Ix＝1000*UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
Px＝(Ix/1000)2*Rx；
P0＝(I0/1000)2*R0；
P1＝(I1/1000)2*R1；
P2＝(I2/1000)2*R2；
P3＝(I3/1000)2*i；
P4＝(I4/1000)2*R4；
双电位器电路：
R1＝(RL2-i)*RL1/RL2；
R2＝RL1-R1；
R4＝RL2-i；
a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/i)*i/(R1*R4-R2*i)；
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*i)；
Ix＝1000*UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
Px＝(Ix/1000)2*Rx；
P0＝(I0/1000)2*R0；
P1＝(I1/1000)2*R1；
P2＝(I2/1000)2*R2；
P3＝(I3/1000)2*i；
P4＝(I4/1000)2*R4；
3、选择微调量，确定微调幅度，实时输出电流变化曲线
在实际使用中，电源UI一般是24V，此处认为是不常变量；Rx为变量泵的电气参数，当泵选定后，此处认为也是不常变量；即只有电控手柄的各电阻值是可以进行调整的，选定微调量为：R0、R1、R2、RL1、RL2(其中一般情况下又有R1＝R2、RL1＝RL2)。微调幅度的确定随各电阻值的大小而定。随着R0或R1(R2)或RL1(RL2)的不断调整，上述标题2中2)所述坐标系便会实时地输出相应的电流变化曲线。
因为本技术问题变量数不是唯一的，所以此处并没有特定的解，然而对一系列的电流特性变化曲线(包括成熟产品)进行比较后，我们大可以获得比较优秀的解，而这足以满足手柄的选择和设计要求。
以下举实例进行简单的说明。
本公司为某电控变量泵选择了某电控手柄，在使用中发现机器的启动与停止很不平稳，于是应用本方法对手柄进行分析：
已知：
变量泵的电气控制部分阻值为：Rx＝20Ω；
变量泵的电气控制部分所需电流为：85±18mA；
变量泵的电气控制部分最大承受电流为：250mA；
控制电源为直流电：UI＝24V；
手柄类型为：单变位器控制手柄，其各部分阻值对应如下：
R0＝50Ω；
R1＝R2＝33Ω；
RL2＝1080Ω；
将以上数据输入图4所示界面，根据前述对电控手柄进行选择和参数设计的方法可以获得图5所示手柄电流变化曲线，由此变化曲线我们可以看出其电流变化很不平稳，这与手柄实际使用情况相符合。
为了解决上述技术问题，根据前述对电控手柄进行选择和参数设计的方法对上述手柄各支路电阻进行了调整，调整后其电流变化曲线见图6，由此变化曲线我们可以看出其电流变化已经变得很平稳，此电流变化曲线对应的各支路电阻值如下(见图7)：
R0＝50Ω；
R1＝R2＝53Ω；
RL2＝180Ω；
根据以上所得参数进行手柄的实物配置，在实际的工程使用中效果良好，可见本发明确实具有较强的实用意义。
Claims (4)
1.对单电位器控制手柄进行选择和参数设计的方法，其特征是，单电位器控制手柄电路包括：控制电压UI正极依次通过串接的第零电阻(R0)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)到地，第零电阻(R0)通过第零电位器(RL)到地，第零电位器(RL)的触点接变量泵电磁线圈(Rx)的一端，变量泵电磁线圈(Rx)另一端接所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)之间的节点；设第零电位器总电阻为RL，第零电位器触点两端的电阻分别为R3、R4；
首先，设定变量因子和变化单位，建立坐标系，输出各支路电流变化曲线：取R3为变量，记为“i”，i变化范围为0～RL，则R4＝RL-i，为避免分母为零，将R4加上一个极小正值，将i加上一个极小正值，则各支路电流及电阻发热功率计算公式为：
Ix＝1000*UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
Px＝(Ix/1000)2*Rx；
P0＝(I0/1000)2*R0；
P1＝(I1/1000)2*R1；
P2＝(I2/1000)2*R2；
P3＝(I3/1000)2*i；
P4＝(I4/1000)2*R4；
其中，a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/i)*i/(R1*R4-R2*i)；
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*i)；
Ix-流经Rx的电流；
I0-流经R0的电流；
I1-流经R1的电流；
I2-流经R2的电流；
I3-流经R3的电流；
I4-流经R4的电流；
Px-电阻Rx发热功率；
P0-电阻R0发热功率；
P1-电阻R1发热功率；
P2-电阻R2发热功率；
P3-电阻R3发热功率；
P4-电阻R4发热功率；
随着i的递增各支路电流相应的输出一系列数值，将其对应关系一一显示在坐标系中即得到电流变化曲线；坐标系的水平坐标轴代表i的变化，竖直坐标轴代表支路电流的变化；
第二步，选择微调量，确定微调幅度，实时输出电流变化曲线：选定微调量为R0、R1、R2、RL，随着R0、R1、R2或RL的不断调整，所述坐标系实时地输出电流变化曲线；
第三步，对一系列所述电流变化曲线进行比较，选出电流变化平稳的曲线所对应的电路参数值。
2.如权利要求1所述对单电位器控制手柄进行选择和参数设计的方法，其特征是所述坐标系的水平坐标轴单位为1Ω，竖直坐标轴单位为1mA。
3.对双电位器控制手柄进行选择和参数设计的方法，其特征是，双电位器控制手柄电路包括：控制电压UI正极依次通过串接的第零电阻(R0)、第一电位器(RL1)到地，第零电阻(R0)通过第二电位器(RL2)到地，第二电位器(RL2)的触点接变量泵电磁线圈(Rx)的一端，变量泵电磁线圈(Rx)另一端接所述第一电位器(RL1)的触点；所述第一电位器(RL1)和第二电位器(RL2)触点位置成等比例变化；设第一电位器总电阻为RL1，第一电位器触点两端的电阻分别为R1、R2，第二电位器总电阻为RL2，第二电位器触点两端的电阻分别为R3、R4；
首先，设定变量因子和变化单位，建立坐标系，输出各支路电流变化曲线：取R3为变量，记为“i”，i变化范围为0～RL2，则R4＝RL2-i，R1＝R4*RL1/RL2，R2＝RL1-R1，为避免分母为零，将前面得到的R4、R1、R2和i均加上一个极小正值，则各支路电流及电阻发热功率计算公式为：
Ix＝1000*UI/((a+b)*R0+a*R1+(a+1)*R2)；
I0＝(a+b)*Ix；
I1＝a*Ix；
I2＝(a+1)*Ix；
I3＝b*Ix；
I4＝(b-1)*Ix；
Px＝(Ix/1000)2*Rx；
P0＝(I0/1000)2*R0；
P1＝(I1/1000)2*R1；
P2＝(I2/1000)2*R2；
P3＝(I3/1000)2*i；
P4＝(I4/1000)2*R4；
其中，a＝(Rx+R2+R4+R4*Rx/i)*i/(R1*R4-R2*i)；
b＝(Rx+R2+R4+R2*Rx/R1)*R1/(R1*R4-R2*i)；
Ix-流经Rx的电流；
I0-流经R0的电流；
I1-流经R1的电流；
I2-流经R2的电流；
I3-流经R3的电流；
I4-流经R4的电流；
Px-电阻Rx发热功率；
P0-电阻R0发热功率；
P1-电阻R1发热功率；
P2-电阻R2发热功率；
P3-电阻R3发热功率；
P4-电阻R4发热功率；
随着i的递增各支路电流相应的输出一系列数值，将其对应关系一一显示在坐标系中即得到电流变化曲线；坐标系的水平坐标轴代表i的变化，竖直坐标轴代表支路电流的变化；
第二步，选择微调量，确定微调幅度，实时输出电流变化曲线：选定微调量为R0、RL1、RL2，随着R0、RL1或RL2的不断调整，所述坐标系实时地输出电流变化曲线；
第三步，对一系列所述电流变化曲线进行比较，选出电流变化平稳的曲线所对应的电路参数值。
4.如权利要求3所述对双电位器控制手柄进行选择和参数设计的方法，其特征是所述坐标系的水平坐标轴单位为1Ω，竖直坐标轴单位为1mA。
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2011
- 2011-09-29 CN CN2011103077054A patent/CN102506020A/zh active Pending
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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