探究開(kāi)關(guān)理論與方向控制作用的聯(lián)系

李傳坤

（鄂東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

0 引言

流體動(dòng)力回路中的方向控制性能直接影響到整個(gè)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，流體動(dòng)力回路中的方向控制閥具有對(duì)流束的開(kāi)、關(guān)和方向改變作用。本文通過(guò)介紹開(kāi)關(guān)理論觀點(diǎn)，將其與液體動(dòng)力回路中的方向控制作用聯(lián)系起來(lái)，并進(jìn)行了理論分析。

1 開(kāi)關(guān)理論的觀點(diǎn)

開(kāi)關(guān)理論是以布爾代數(shù)為基礎(chǔ)的，布爾代數(shù)能提供一種方法將邏輯回路簡(jiǎn)化成最簡(jiǎn)單的形式，并由布爾方程式可以很快地組成一個(gè)回路，以進(jìn)行所需邏輯運(yùn)算。在布爾代數(shù)中，“乘”被專門用來(lái)表示“與”功能，符號(hào)AB的正確讀法為“A與B”。函數(shù)AB＝P的意義是說(shuō)只有當(dāng)A與B都存在時(shí)，輸出P才存在。“加”被專門用來(lái)表示“或”功能，符合A＋B的正確讀法為A“或”B。函數(shù)A＋B＝P的意義是說(shuō)A或B兩者中的任何一個(gè)存在，就有一個(gè)輸出P。開(kāi)關(guān)理論涉及的是兩個(gè)狀態(tài)的變量，該變量不是處在這種狀態(tài)下，就是處在另一種狀態(tài)下。這里把一個(gè)量的存在狀態(tài)用“1”表示，另外一種狀態(tài)（即意味著非1）用“0”表示。

在流體動(dòng)力回路中，一個(gè)兩通閥類似于一個(gè)流體開(kāi)關(guān)，閥芯有兩個(gè)位置：一個(gè)位置是關(guān)閉流體經(jīng)過(guò)閥的通道，回路斷開(kāi)；另一個(gè)位置是使流體通過(guò)閥，回路接通。則用布爾代數(shù)語(yǔ)言，接通回路的情況以1表示，未接通回路的情況以0表示，該規(guī)定適用于任何閥的連接口狀態(tài)。這兩種狀態(tài)是互不相容的，即一個(gè)閥的連接口不是斷開(kāi)狀態(tài)就是接通狀態(tài)，但不能既斷開(kāi)又接通。

這里指出，只要信號(hào)大的足以完成其工作，開(kāi)關(guān)理論是不考慮信號(hào)的強(qiáng)度的，當(dāng)信號(hào)（例如壓力）等于或超過(guò)臨界值（即完成任務(wù)所必須的最小值）的任何強(qiáng)度時(shí)，就表示接通；當(dāng)信號(hào)不存在或低于其臨界值時(shí)，就表示斷開(kāi)。

2 用布爾方程表示方向控制作用

這里用字母P代表一個(gè)二通閥下游管路中的信號(hào)（壓力），字母A代表閥的狀態(tài)。例如，在常閉式二通閥中當(dāng)無(wú)操縱信號(hào)時(shí)，其狀態(tài)是0（閥的連接口被關(guān)閉），因而如有輸出P，就必須有一個(gè)操縱信號(hào)。于是方程式P＝A或“P對(duì)應(yīng)于A”就描繪了閥的功能。換句話說(shuō)，當(dāng)一個(gè)操縱信號(hào)加到閥上時(shí)，在閥的出口就有壓力存在。符號(hào)“＝”不含有相等的意義，它讀作“對(duì)應(yīng)于”，表示方程左邊項(xiàng)是右邊項(xiàng)的體現(xiàn)。為加深理解，我們用圖1所示的幾個(gè)閥進(jìn)行說(shuō)明。

圖1 二位閥

圖1（a）中，常開(kāi)二通閥沒(méi)有動(dòng)作時(shí)（當(dāng)A斷開(kāi)或A＝0時(shí)），閥的連接口處有一壓力P，該狀態(tài)的方程式為意味著P對(duì)應(yīng)于“非A”。即表示：當(dāng)閥的操縱裝置上沒(méi)有信號(hào)作用時(shí)，閥的出口處有壓力，系統(tǒng)工作。

同理，圖1（b）是一個(gè)常閉二通閥，狀態(tài)方程式可表示為P＝A；圖1（c）是一個(gè)常閉三通閥，狀態(tài)方程式可表示為P＝A；圖1（d）是一個(gè)常開(kāi)三通閥，狀態(tài)方程式可表示為

圖1（e）是一個(gè)二位四通閥，是一個(gè)能“保持位置”的閥，閥芯能保留在原來(lái)的位置，直到有信號(hào)將它換向?yàn)橹梗ㄟ@類閥也叫存儲(chǔ)元件，因它能記憶最后一個(gè)信號(hào)的來(lái)源）。對(duì)于圖1（e）有：①當(dāng)電磁鐵A通電而電磁鐵B不通電時(shí)，有一個(gè)壓力輸出P1；②無(wú)論A發(fā)生什么變化，只要B不通電就繼續(xù)有壓力輸出；③無(wú)論B發(fā)生什么變化，只要A接通（P1A），就繼續(xù)有壓力P1。用布爾方程式可表示為P1＝A B＋

圖1（f）是一個(gè)三位四通彈簧對(duì)中中開(kāi)式閥。對(duì)于圖1（f）有：①當(dāng)電磁鐵A通電而電磁鐵B不通電時(shí)，有一個(gè)壓力輸出P1，用布爾方程式表示為P1＝當(dāng)電磁鐵B通電而電磁鐵A不通電時(shí)，有一個(gè)壓力輸出P2，用布爾方程式表示為當(dāng)兩個(gè)電磁鐵都不通電時(shí)，既無(wú)P1也無(wú)P2，用布爾方程式表示為

3 開(kāi)關(guān)理論與方向控制作用的聯(lián)系

3．1 用布爾方程反映流體動(dòng)力回路的工作狀態(tài)

圖2為三位四通閥與缸直接連接。圖2中，若將與缸相連接的三位四通閥通到缸活塞端的壓力記作P，到缸桿端的壓力記作閥移動(dòng)時(shí)，P和是互補(bǔ)的并且同時(shí)變化，只要滑閥不控制其他元件只控制一個(gè)缸，布爾方程式就可以這樣表示：

圖2 三位四通閥與缸直接連接

圖3為兩個(gè)常閉二通閥控制活塞桿伸出和縮回，是在圖2的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，用限位閥（或開(kāi)關(guān)）控制活塞桿伸出和縮回的終端位置。圖3中用了兩個(gè)凸輪控制的常閉兩通閥，缸的伸出和縮回的布爾方程式可以用圖2所用的方法來(lái)列出?，F(xiàn)在信號(hào)C對(duì)應(yīng)于缸的縮回位置，除了缸縮回之外的全部狀態(tài)都為同理，D對(duì)應(yīng)于缸的伸出位置，所有其他狀態(tài)都為這樣，就可以說(shuō)D＝P和于是就可以嚴(yán)格地根據(jù)開(kāi)關(guān)信號(hào)寫(xiě)為

3．2 用布爾方程對(duì)復(fù)雜流體動(dòng)力回路簡(jiǎn)化表述

假定有一個(gè)多缸回路，在此回路中，必須維持缸A的伸出位置，而缸B、C和D可變化。我們用圖4的表格表示這些狀態(tài)，其中，1＝缸伸出狀態(tài)，0＝缸縮回狀態(tài)。

圖3 兩個(gè)常閉二通閥控制活塞桿伸出和縮回

圖4 狀態(tài)的表示

3．3 用布爾方程優(yōu)化流體動(dòng)力回路邏輯設(shè)計(jì)

圖5是一個(gè)流體動(dòng)力回路圖，根據(jù)開(kāi)關(guān)理論布爾代數(shù)原則，方程式可表示為：P＝A（A＋B）。接通此通路，必須將閥1通電，并使閥2和閥3之一通電，而使閥1通電的同一信號(hào)A也使閥2通電，這樣就完全不需要閥3了，開(kāi)關(guān)代數(shù)法則A（A＋B）＝A就說(shuō)明了這一點(diǎn)，它能提供一種流體動(dòng)力回路邏輯設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法。

圖5 流體動(dòng)力回路圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析，我們?cè)诰哂辛黧w動(dòng)力回路的基礎(chǔ)知識(shí)上，合理地將開(kāi)關(guān)理論與流體動(dòng)力回路中方向控制作用聯(lián)系起來(lái)，為流體動(dòng)力回路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析提供了一定的理論基礎(chǔ)，并可更直觀地用來(lái)解決流體動(dòng)力回路中的一些實(shí)際問(wèn)題。

［1］ 拉塞爾W亨克．流體動(dòng)力回路及系統(tǒng)導(dǎo)論［M］．河北機(jī)電學(xué)院流體傳動(dòng)與控制教研室，譯．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985．

［2］ 林國(guó)重．液壓傳動(dòng)與控制［M］．北京：北京理工大學(xué)出版社，1991．