探究开关理论与方向控制作用的联系

李传坤

（鄂东职业技术学院，湖北 黄冈 438000）

0 引言

流体动力回路中的方向控制性能直接影响到整个液压系统的运行质量，流体动力回路中的方向控制阀具有对流束的开、关和方向改变作用。本文通过介绍开关理论观点，将其与液体动力回路中的方向控制作用联系起来，并进行了理论分析。

1 开关理论的观点

开关理论是以布尔代数为基础的，布尔代数能提供一种方法将逻辑回路简化成最简单的形式，并由布尔方程式可以很快地组成一个回路，以进行所需逻辑运算。在布尔代数中，“乘”被专门用来表示“与”功能，符号AB的正确读法为“A与B”。函数AB＝P的意义是说只有当A与B都存在时，输出P才存在。“加”被专门用来表示“或”功能，符合A＋B的正确读法为A“或”B。函数A＋B＝P的意义是说A或B两者中的任何一个存在，就有一个输出P。开关理论涉及的是两个状态的变量，该变量不是处在这种状态下，就是处在另一种状态下。这里把一个量的存在状态用“1”表示，另外一种状态（即意味着非1）用“0”表示。

在流体动力回路中，一个两通阀类似于一个流体开关，阀芯有两个位置：一个位置是关闭流体经过阀的通道，回路断开；另一个位置是使流体通过阀，回路接通。则用布尔代数语言，接通回路的情况以1表示，未接通回路的情况以0表示，该规定适用于任何阀的连接口状态。这两种状态是互不相容的，即一个阀的连接口不是断开状态就是接通状态，但不能既断开又接通。

这里指出，只要信号大的足以完成其工作，开关理论是不考虑信号的强度的，当信号（例如压力）等于或超过临界值（即完成任务所必须的最小值）的任何强度时，就表示接通；当信号不存在或低于其临界值时，就表示断开。

2 用布尔方程表示方向控制作用

这里用字母P代表一个二通阀下游管路中的信号（压力），字母A代表阀的状态。例如，在常闭式二通阀中当无操纵信号时，其状态是0（阀的连接口被关闭），因而如有输出P，就必须有一个操纵信号。于是方程式P＝A或“P对应于A”就描绘了阀的功能。换句话说，当一个操纵信号加到阀上时，在阀的出口就有压力存在。符号“＝”不含有相等的意义，它读作“对应于”，表示方程左边项是右边项的体现。为加深理解，我们用图1所示的几个阀进行说明。

图1 二位阀

图1（a）中，常开二通阀没有动作时（当A断开或A＝0时），阀的连接口处有一压力P，该状态的方程式为意味着P对应于“非A”。即表示：当阀的操纵装置上没有信号作用时，阀的出口处有压力，系统工作。

同理，图1（b）是一个常闭二通阀，状态方程式可表示为P＝A；图1（c）是一个常闭三通阀，状态方程式可表示为P＝A；图1（d）是一个常开三通阀，状态方程式可表示为

图1（e）是一个二位四通阀，是一个能“保持位置”的阀，阀芯能保留在原来的位置，直到有信号将它换向为止（这类阀也叫存储元件，因它能记忆最后一个信号的来源）。对于图1（e）有：①当电磁铁A通电而电磁铁B不通电时，有一个压力输出P1；②无论A发生什么变化，只要B不通电就继续有压力输出；③无论B发生什么变化，只要A接通（P1A），就继续有压力P1。用布尔方程式可表示为P1＝A B＋

图1（f）是一个三位四通弹簧对中中开式阀。对于图1（f）有：①当电磁铁A通电而电磁铁B不通电时，有一个压力输出P1，用布尔方程式表示为P1＝当电磁铁B通电而电磁铁A不通电时，有一个压力输出P2，用布尔方程式表示为当两个电磁铁都不通电时，既无P1也无P2，用布尔方程式表示为

3 开关理论与方向控制作用的联系

3．1 用布尔方程反映流体动力回路的工作状态

图2为三位四通阀与缸直接连接。图2中，若将与缸相连接的三位四通阀通到缸活塞端的压力记作P，到缸杆端的压力记作阀移动时，P和是互补的并且同时变化，只要滑阀不控制其他元件只控制一个缸，布尔方程式就可以这样表示：

图2 三位四通阀与缸直接连接

图3为两个常闭二通阀控制活塞杆伸出和缩回，是在图2的基础上改进的，用限位阀（或开关）控制活塞杆伸出和缩回的终端位置。图3中用了两个凸轮控制的常闭两通阀，缸的伸出和缩回的布尔方程式可以用图2所用的方法来列出。现在信号C对应于缸的缩回位置，除了缸缩回之外的全部状态都为同理，D对应于缸的伸出位置，所有其他状态都为这样，就可以说D＝P和于是就可以严格地根据开关信号写为

3．2 用布尔方程对复杂流体动力回路简化表述

假定有一个多缸回路，在此回路中，必须维持缸A的伸出位置，而缸B、C和D可变化。我们用图4的表格表示这些状态，其中，1＝缸伸出状态，0＝缸缩回状态。

图3 两个常闭二通阀控制活塞杆伸出和缩回

图4 状态的表示

3．3 用布尔方程优化流体动力回路逻辑设计

图5是一个流体动力回路图，根据开关理论布尔代数原则，方程式可表示为：P＝A（A＋B）。接通此通路，必须将阀1通电，并使阀2和阀3之一通电，而使阀1通电的同一信号A也使阀2通电，这样就完全不需要阀3了，开关代数法则A（A＋B）＝A就说明了这一点，它能提供一种流体动力回路逻辑设计的系统方法。

图5 流体动力回路图

4 结语

通过分析，我们在具有流体动力回路的基础知识上，合理地将开关理论与流体动力回路中方向控制作用联系起来，为流体动力回路的设计和系统分析提供了一定的理论基础，并可更直观地用来解决流体动力回路中的一些实际问题。

［1］ 拉塞尔W亨克．流体动力回路及系统导论［M］．河北机电学院流体传动与控制教研室，译．北京：机械工业出版社，1985．

［2］ 林国重．液压传动与控制［M］．北京：北京理工大学出版社，1991．