傳統換向閥的進(jìn)出油口控制通過(guò)一根閥芯來(lái)進(jìn)行，兩油口聽(tīng)開(kāi)口對應關(guān)系早在閥芯設計加工時(shí)已確定，在使用過(guò)程中不可能修改，從而使得通過(guò)兩油口的流量或壓力不能進(jìn)行獨立控制，互不影響。
隨著(zhù)微處理控制器、傳感器元件成本的下降，控制技術(shù)的不斷完善，使得雙閥芯控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域得以應用。英國Utronics公司利用自己的技術(shù)研制出雙閥芯多路換向閥，已廣泛應用于JCB、Deere、DAWOO、CASE等公司的挖掘機、*車(chē)、裝載機及挖掘裝載機等產(chǎn)品上。為適應中國工程機械產(chǎn)品對液壓系統功能要求。穩定性以及自動(dòng)化控制程度的不斷提高，Utronics公司產(chǎn)品適時(shí)進(jìn)入中國市場(chǎng)，現已初步完成廈工（5t）裝載機、詹陽(yáng)（8t）挖掘機樣機調試并進(jìn)入試驗階段。
1、傳統單閥芯換向閥的缺陷
傳統的單閥芯換向閥所組成的液壓系統難以合理解決好以下功能和控制之間存在的矛盾：
（1）液壓系統設計時(shí)為提高系統穩定性，減少負載變化對速度的影響，要么犧牲部分我們想實(shí)現的功能，要么增加額外的液壓元件，如調速閥、壓力控制閥等，通過(guò)增加阻尼，提高系統速度剛度來(lái)提高系統的穩定性。但是這樣元件的增加又會(huì )降低效率，浪費能源；還會(huì )使得整個(gè)系統的可*性降低、增加成本。
（2）由于換向結構的特殊性，使得用戶(hù)在實(shí)現某一功能時(shí)必須購買(mǎi)相應的液壓元件，再加上工程機械廠(chǎng)家會(huì )根據不同終用戶(hù)要求設計出相應的功能，這樣會(huì )造成生產(chǎn)廠(chǎng)家采購同類(lèi)、多規格的液壓控制元件來(lái)滿(mǎn)足不同功能要求的需要，不利于產(chǎn)品通用化及產(chǎn)品管理，同時(shí)會(huì )大大提高產(chǎn)品成本.
（3）由于執行機構進(jìn)出液壓油通過(guò)一根閥芯進(jìn)行控制，單獨控制執行機構兩側壓力是不可能的。因此，出油側背壓作用于執行機構運動(dòng)的反方向，隨著(zhù)出油側背壓升高，為保質(zhì)執行機構的運動(dòng)，必須提高進(jìn)油側壓力。這樣會(huì )使得液壓系統消耗的功能增加，效率低，發(fā)熱增加。
采用雙閥芯技術(shù)的液壓系統，由于執行機構進(jìn)出油側閥口閥芯位置及控制方式各自獨立，互不影響，這樣通過(guò)對兩閥芯控制方式的不同組合，利用軟件編程能很好解決傳統單閥系統不能解決的問(wèn)題，同時(shí)還可以輕易實(shí)現傳統液壓系統中難以實(shí)現的功能。
2、雙閥芯換向閥的兩種基本控制策略
由于雙閥芯換向兩油口控制的靈活性，兩油口可分別采取流量控制、壓力控制或流量壓力控制。正面介紹兩種簡(jiǎn)單的控制策略。
（1）負載方向在整個(gè)工作過(guò)程中保持不變
我們知道，對于汽車(chē)起重機、挖掘機、裝載機等而言，其液壓缸在整個(gè)工作過(guò)程中負載方向始終維持不變。下面以起重機變幅液壓缸為例來(lái)探討雙閥芯的控制策略。
起重機變幅缸在工作過(guò)程中其受力，負載方向始終保持不變，因此我們可以采取液壓缸有桿控用壓力控制、無(wú)桿腔用流量控制的控制策略。
無(wú)桿腔流量控制是通過(guò)檢測連接到無(wú)桿腔側閥前后兩側的壓差，再根據所需流入或流出流量的多少，計算出閥芯開(kāi)口大??；有桿腔側采用壓力控制，使該側維持一個(gè)低值的壓力，使得更加節能、高效。
由于我們在無(wú)桿腔采用了流量控制，因此原控制系統中所用的平衡閥可用一個(gè)液控單向閥來(lái)代替。這樣可消除因平衡閥所帶來(lái)的系統不穩定，從而提高系統穩定性。
（2）負載方向在工作過(guò)程中發(fā)生改變
在這種情況下，采取“進(jìn)油側壓力控制，出油側流量控制”，在液壓缸有桿腔側用壓力控制，無(wú)桿腔側有流量控制。
如負載方向不變，由于出油側采取了流量控制，我們可將雙向平衡閥用液控單向閥來(lái)替換，從而提高系統的穩定性。進(jìn)油側用壓力控制器來(lái)維持一個(gè)較低的參考壓力，一方面提高系統效率，另一方面使系統不發(fā)生氣穴。
為了使負載方向變化的工作機構能得到很好控制，另外一個(gè)PI控制器將被運用到有桿腔的壓力控制器中，當負載方向改變后，無(wú)桿腔的壓力將減??；如果仍將有桿腔維持一個(gè)很低的壓力，當負載很大時(shí)，液壓缸將向反方向運動(dòng)。此時(shí)我們可用所增加的PI控制器監視無(wú)桿腔壓力的變化，當PI控制器檢測到無(wú)桿腔壓力低于所設定的參考值時(shí)，將提高有桿腔壓力控制器所設定的壓力，從而系統的正常工作。
3、Ultronics液壓控制系統
Ultronics公司是一家集設計、研究和制造的電子液壓技術(shù)公司。其液壓控制系統采用了CAN總線(xiàn)通信，雙閥芯控制技術(shù)，通過(guò)兩個(gè)閥芯的組合控制，可實(shí)現對執行機構多種控制，以提高系統的穩定性，降低能源損耗，同時(shí)還可使得系統更加簡(jiǎn)單，降低成本，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，這些都是傳統的電子系統所不能做到的。
Ultronics控制系統的硬件一般由操縱手柄、電控單元ECU、調節閥、雙閥芯液壓閥組和外接傳感器或開(kāi)關(guān)等組成，其間通過(guò)CAN總線(xiàn)通信，液壓閥組為電控系統與液壓系統的交匯點(diǎn)，系統的另一個(gè)重要組成部分就是軟件。
手柄為光電非接觸形式，多可帶4個(gè)比例輸出或2個(gè)比例輸出和多5個(gè)開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)有比例式和自鎖式供選擇。其防護等級達到了IP67。手柄的延時(shí)特性、輸出曲線(xiàn)和死區等可通過(guò)專(zhuān)用軟件JoyVal進(jìn)行修改。
電控單元ECU其供電壓有12V和24V兩種，25路和50路兩種接口，提供模擬與數字輸入、輸出接口，同時(shí)該電控單元還提供了CAN信接口，使得系統可以接收傳感器或控制信號或與其它系統進(jìn)行連接。ECU中存儲了系統控制所需的所有應用程序，該應用程序可將來(lái)自于手柄或連接于ECU上的其它器件和信號（如傳感器檢測信號、發(fā)動(dòng)機控制系統信息等），經(jīng)處理后轉換成各個(gè)閥芯動(dòng)作的指令。
Ultronics控制系統的關(guān)鍵在于其獨特的雙閥芯控制技術(shù)，每片閥有兩個(gè)閥芯，相當于將一個(gè)三位四通閥變成兩個(gè)三位三通閥的組合，兩個(gè)閥芯既可單獨控制，也可根據控制邏輯進(jìn)行成對控制，并且兩個(gè)工作油口都有壓力傳感器，每一個(gè)閥芯都有位置傳感器，通過(guò)對傳感信號的閉環(huán)控制可以分別對兩路液壓油的壓力或流量進(jìn)行控制，具有很高的控制精度，通過(guò)不同的組合可以得到許許多多的控制方案，以滿(mǎn)足系統的需要。
每片閥都有兩個(gè)完整的設置好的混合信號ASIC（模擬型專(zhuān)用集成電路）和一個(gè)RISC（精簡(jiǎn)指令處理器）。這些控制器給傳感器提供激勵和補償、給控制傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力、提供閥芯控制軟件以及CAN總線(xiàn)通信。閥芯動(dòng)作控制策略以及具體的參數可由用戶(hù)根據被控執行元件的要求進(jìn)行設置或修改?？刂崎y接收到指令后，其內嵌式處理器就運行閥芯動(dòng)作控制軟件實(shí)現設定的機能，多個(gè)閥間的功能協(xié)調是由ECU完成的，從而實(shí)現復雜的系統功能。這種分級控制方式使系統的應用具有非常好的靈活性，同時(shí)易于構建復雜的控制系統。
Ultronics控制系統功能的多樣性是通過(guò)應用軟件實(shí)現的，通過(guò)有針對性的編制控制軟件。Ultronics控制系統可實(shí)現的功能是極其廣泛的。履帶挖掘機、輪式挖掘機、裝載機等機型在操作舒適性、作業(yè)效率、作業(yè)成本消耗、故障診斷、環(huán)境保護等方面所做的努力，比如發(fā)動(dòng)機狀態(tài)與液壓系統的適應控制、特定作業(yè)功能等，采用Ultronics系統都可實(shí)現。
總之，通過(guò)CAN總線(xiàn)通訊、獨特的雙閥芯結構和壓力、位移傳感器的應用以及壓力或流量的閉環(huán)控制技術(shù)、Ultronics公司的電子液壓控制系統使工程機械控制系統在功能的多樣性、實(shí)現的靈活性、較低的性?xún)r(jià)比以及控制理念、維修模式等諸多方面都將引發(fā)一次革命性的變化。
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