| 1 比例控制技术原理
作为开关技术和闭环调节（伺服）技术之间的连接纽带，比例控制技术在现今的液压技术中已被广泛使用。其控制原理如图1所示：
图1 控制原理图
根据一个输入电信号电压值的大小，通过电子放大器，将该输入电压信号（一般在0～±9V之间）转换成电流信号。这个电流信号作为输入量被送入电磁铁，从而产生和输入信号成比例的输出量——力或位移。该力或位移又作为输入量加给液压伐，后者产生一个与前者成比例的流量或压力。通过这样的转换，一个输入电压信号的变化，不但能控制机械设备上工作部件的运动方向，而且可对其作用力和运动速度进行无级调节。此外，还能对时间过程，例如在一段时间内流量的变化、加速度和减速度的变化等进行无级调节。比例控制技术的优点，首先在于其转换过程是可控的，设定值可无级调节；其次在于方便迅速，可精确地实现工作循环过程，满足切换过程要求。
下面结合TB880E型掘进机的换步和掘进工况，分析一下比例控制技术在其中的应用。
2 比例控制技术在掘进机工况中的应用
TB880E型掘进机是由德国维尔特公司制造的，主机采用双X形支腿凯式结构设计。该机刀盘直径ø8.8m，主机重量800多吨。
2.1 换步工况
掘进机换步对推进系统的要求有三点：
1．外凯的移动速度必须可调。正常换步时，其最大移动速度为1.7m/min；石质破碎地段需作前后微调，这时其移动速度相对较低。
2．换步时外凯平行移动，要求拖动每个外凯的4根推进油缸的动作必须同步。
3．每个外凯重107吨，运动质量很大，要求外凯在启动、加速、减速和停止时，运动平稳，减少振动和冲击。
维尔特公司采用先导式比例方向阀结合二通压力补偿器实现了换步工况对推进液压系统的要求，推进液压系统简图如图2：
图2 换步工况推进液压系统简图
在这里，比例方向阀的先导级配用具有电流——力特性的力调节型比例电磁铁。在控制电流不变时，电磁力在其工作行程内保持恒定。来自电控器的电信号，在比例电磁铁中转化为作用在先导阀芯上的力，与这个力相对应，在方向阀主阀芯的相应端面上得到一个液压力，即先导油压力，推进主阀芯移动。主阀芯位移的大小，即相应阀口开度的大小，取决于作用在主阀芯端面上的先导油压力的高低，这样，便可以根据工况，随时改变电信号的大小，即改变先导油压力的高低，从而改变主阀芯位移开度的大小，改变进入油缸的油的流量，达到控制推进缸速度的目的。
上面所述只有当负载的压力波动不大，即阀口压差变化很小时，比例方向阀才起流量控制器的作用，而实际上掘进机在换步时，每根推进缸的负载可能不一样，为了实现推进同一外凯的油缸同速运动，必须在比例方向阀前加一个二通进口压力补偿器对负载压力进行补偿，使得通过比例方向阀的流量与油缸负载无关。
在上述控制中，电信号的改变<增大或减少>，对应于推进缸速度的改变<增快或减慢>。推进缸的加速度和减速度，表示了单位时间内供油量的变化。这些预设定值，即在哪个时间流量应发生变化进而控制阀芯的位置发生变化，都由操作比例电磁铁的电子放大器内的斜坡发生器来设定。由预调的设定值，在给定的时间内，变化到该设定值的终值，给定的时间即斜坡时间的大小，直接影响推进缸的加速度和减速度，通过恰当的设定斜坡时间，就可使外凯运动平稳。
2.2 掘进工况
掘进工况下，刀盘在推进油缸的高压力所形成的巨大推力的推动下切入岩面，进行破岩，刀盘紧紧压在岩面上，此时，进入推进油缸的油量越多，推进油缸的压力就越大，对刀盘形成的推力也越大。在一定硬度的岩石条件下，推力过大，会造成刀具损坏；推力过小，又影响掘进速度，所以，刀盘推力的精确控制是十分关键的。
如图3，在掘进工况推进液压系统中，采用带有电感式位移传感器的直控式比例方向阀和二通进口压力补偿器，通过精确控制一定开度下流过阀的流量，来实现推进油缸压力的精确控制，达到精确控制刀盘推力的目的。
与换步工况所不同的是，掘进时，流过比例方向阀进入推进缸的流量较小，故选
图3 掘进工况推进液压系统简图
用直控结构；比例方向阀的比例电磁铁是位移调节型电磁铁，并带有电感式位移传感器。由电子放大器来的电信号通过电磁铁直接驱动阀芯运动，阀芯的行程与电信号成比例；同时，电感式位移传感器检测出阀芯的实际位置，并把与阀芯行程成比例的电信号，反馈至电子放大器。在放大器中，实际值（控制阀芯的实际位置）与设定值进行比较，检测出两者的差值后，以相应的电信号输给电磁铁，对实际值进行修正，构成位置的反馈闭环。这一调节过程可能是多次的，最终使阀芯稳定在所要求的精确位置上，这样，使得刀盘推力得以精确控制。改变电信号的大小，刀盘推力随之改变。
3 结束语
掘进机在换步和掘进工况的液压系统中采用电液比例控制技术，既实现了液压的动力传动，又具有电子控制的灵活性。一定用途的比例阀和采取相应的控制方式，即使像掘进机这样运动质量很大，也能对其运动实施精确控制，满足了工况对液压系统的要求。
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