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【关键词】液压挖掘机；Ultronics；电子液压控制系统；双阀芯Ultronics电子液压控制系统是一种广泛应用于工程机械的全新电液控制系统。该系统采用CAN总线通讯、软件压力补偿、双阀芯控制技术，为增加系统稳定性、节约能源、功能多样化一级产品快速升级换代等方面提供了新的思路，并使得机电液一体化控制技术在工程机械上的广泛应用成为可能。该系统在国外已广泛应用于液压挖掘机、随车起重机、森林机械、伸缩臂叉装机、挖掘装载机等产品，并取得了良好的效果。
1 Ultronics控制系统简介
完整的Ultronics电子液压控制系统由系统硬件和系统软件2部分组成。
1.1 系统硬件
Ultronics电子液压控制系统的系统硬件非常简单，执行机构所需要的功能都通过软件编程来实现。系统硬件主要是指系统调节阀片、工作阀片、控制装置ECU、手柄以及CAN总线等。
（1）系统调节阀片。
系统调节阀片的主要功能是负责系统工作压力的调节。系统工作时，通过手柄指令控制输入比例阀电磁铁的电流大小来控制比例阀阀芯的开口，从而控制比例阀入口处的工作压力，该压力加上弹簧力构成变量泵LS口处的工作压力。对比例阀入口处压力的调节也就是对变量泵LS口处压力的调节，进而调节变量泵斜盘的摆角，从而调节恒功率变量泵的排量以实现液压系统工作压力的调节。
（2）工作阀片。
Ultronics控制系统的核心在于其独特的双阀芯控制技术。其每一工作阀片都有2个阀芯，进、出油路各一，相当于将1个三位四通阀片变成2个三位三通阀片的组合，工作阀片的2个阀芯由先导阀片的2个相应的阀芯进行控制。工作阀片的2个阀芯可以进行单独控制，也可以根据控制逻辑进行成对控制。2个工作油口都有压力传感器，2个主阀阀芯都有LVDT位移传感器，通过对传感器所检测到的反馈信号进行控制，可以分别实现对2个工作油路压力或流量的控制，具有很高的控制精度；通过对2个工作油路进行压力、流量控制的不同组合，可以得到多种控制方案，从而满足不同液压系统的功能需求。
（3）控制装置ECU。
控制装置ECU有25路和50路2中，可以采用模拟方式或者数字方式与系统进行连接。它主要用于接收手柄所输入的信号，经过处理之后发出相应的控制指令以驱动相关的执行机构。同时，它还提供CAN卡接点，以便从PC机上下载编写好的应用程序，并对所编写的应用程序进行在线调试。
（4）手柄。
手柄主要用于向控制装置ECU输入指令信号以驱动相关的执行机构，可以输出模拟、数字和CAN总线3种信号。手柄的瞬间延迟与输出曲线可以通过JoyCal Can Edition进行调节与校准。
（5）CAN总线。
采用CAN 2.0B无源两线式串行电缆将系统调节阀片、工作阀片、控制装置EVU、手柄等连接起来；通过转接头还可以将CAN卡与PC机相连，以进行用户程序的下载与在线调试工作。其传输速度为1Mbps、最大传输长度为30m、最大节点数为100个，最多可以8个节点进行同步通讯。
1.2 系统软件
与传统液压控制系统不同的是，Ultronics控制系统的所有功能均在系统软件中进行开发，所以系统软件也是Ultronics控制系统的重要组成部分。系统软件主要是指程序编辑与编译环境CodeWright、工具软件CanTools以及手柄调节与校准工具JoyCal Can Edition。
（1）CodeWright。
CodeWright是一个C语言编辑与编译环境，用户可以在该环境中应用C语言开发自己的程序以实现所需要的功能。同时，该软件还可以将编译好的用户程序通过CAN卡下载到ECU中，从而实现应用程序所设计的功能。
（2）CanTools。
CanTools是Ultronics控制系统的工具软件。通过该软件可以对阀芯的工作模式、先导阀片的更换等进行管理，可以对阀芯的流量配置参数、零位指令时的阀芯位置、阀芯允许的最大流量、阀口的最大工作压力、阀口的溢流压力、连接设备两腔的面积比，铲斗振动掘削的频率、振幅以及输入波形等参数进行设置，还可以实现对压力控制器、流量控制器的PID参数进行调节，以及对系统调节阀片进行训练以生成前馈曲线等等。此外，还可以在该软件中开展阀片和手柄的模拟工作，以对所编写的应用程序进行离线调试。
（3）JoyCal Can Edition。
手柄的按钮开关、轴方向可以在该软件中进行校准，手柄的瞬时延迟与输出曲线也可以在该软件中进行调节。
2 双阀芯换向阀系统结构及特点
由传统的单阀芯换向阀所组成的液压控制系统，其进、出油口通过1根阀芯来进行调节，如图1所示。两油口的开口对应关系在阀芯设计加工时就已经确定，在使用过程中不能被修改，使得通过两油口的流量或压力不能进行独立地调节，难以合理解决以下功能和控制之间存在的矛盾。
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| 图1 传统单阀芯液压系统 |
（1）设计液压系统时，为了提高系
