王建國 劉 軍

(中國第二重型機械集團(tuán)公司設(shè)計研究院，四川 618000)

隨著液壓控制技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是近年來高壓、大流量閥的成功研制，大型液壓機進(jìn)入了一個高速發(fā)展階段，世界各地相繼建成了多臺大噸位鍛造液壓機，我國更是如此。

1 液壓傳動工作介質(zhì)選用

當(dāng)今世界上主要有兩種工作介質(zhì)類型的壓機:水壓機和油壓機。水壓機的系統(tǒng)工作介質(zhì)采用乳化液，油壓機的系統(tǒng)工作介質(zhì)采用液壓油。水壓機所用乳化液一般由2%的乳化脂和98%的軟水?dāng)嚢瓒伞?yōu)點:價格便宜，一次性投資小;體積彈性模量大，不易于壓縮;在軟水中加入油脂，對系統(tǒng)中的元件起潤滑作用;不易于燃燒，有利于消防。缺點:易腐化變質(zhì)，需要用攪拌器連續(xù)攪動，以防止變質(zhì)，對工作缸和元件有腐蝕性;粘度低，容易造成系統(tǒng)外泄漏，污染環(huán)境;設(shè)備正常運行后，故障多，元件磨損塊，維護(hù)成本很高。

油壓機采用礦物油作工作介質(zhì)。優(yōu)點:油壓系統(tǒng)控制精度高;防銹性、潤滑性好;液壓油粘度高，不易引起外泄漏，對液壓元件的氣蝕性小;設(shè)備正常運行后，維護(hù)成本低。缺點:易燃，不利于消防;體積彈性模量小，系統(tǒng)加壓時壓縮量大;價格昂貴。

2 液壓系統(tǒng)的控制方式

2.1 液壓動力系統(tǒng)

液壓機的液壓控制動力系統(tǒng)有3 種基本形式:泵+蓄能器傳動系統(tǒng)、泵直接傳動系統(tǒng)和泵+增壓器傳動系統(tǒng)。

(1)泵+蓄能器傳動系統(tǒng)

此種控制模式多用于水壓機系統(tǒng)，工作液體壓力基本保持在蓄能器壓力波動值范圍內(nèi)，蓄能器壓力確定了液壓機的最高壓力，壓力調(diào)整困難;流量控制環(huán)節(jié)的元件損壞將很頻繁、能耗很難降低;壓力僅能隨著負(fù)載情況變化但無法實現(xiàn)無級控制，無法保持壓力恒定。

(2)泵直接傳動系統(tǒng)

液壓泵輸出的流量直接進(jìn)入到系統(tǒng)工作油缸內(nèi)，以滿足液壓機工作油缸運動速度所需要的流量，泵所消耗的功率即為液壓機壓制工件所作的功率。但泵電機功率是按壓機最大壓制力及速度來選用的，若為定量泵，則在整個壓制周期內(nèi)，將有一部分功率用來使系統(tǒng)發(fā)熱，作無用功。為了提高系統(tǒng)工作效率，節(jié)約能量，可以采用變量泵來實現(xiàn)，也可以采用定量泵加變量泵的組合來實現(xiàn)。

(3)泵+增壓器傳動系統(tǒng)

液壓傳動系統(tǒng)中，一般把系統(tǒng)工作壓力高于31.5 MPa～35 MPa 稱為超高壓。一般工程上使用的液壓系統(tǒng)工作壓力小于31.5 MPa，在此壓力范圍內(nèi)工作的液壓元件，規(guī)格、種類齊全，可靠性較高，已廣泛應(yīng)用于各類工程機械。超高壓的泵，目前成熟的產(chǎn)品流量很小，即使有個別廠家能生產(chǎn)超高壓大流量定量泵，除需要考慮其可靠性及備件問題，還要考慮系統(tǒng)調(diào)速問題。因此，大流量超高壓液壓系統(tǒng)，通過采用增壓器增壓來獲得超高壓，是較可靠的方法。

2.2 液壓控制系統(tǒng)

大型壓機噸位大，由于機械設(shè)備本體結(jié)構(gòu)及成本原因，液壓缸一般不可能設(shè)計得太大，因此，要求提高液壓系統(tǒng)工作壓力，采用超高壓液壓傳動。設(shè)備工作效率要高，油缸工作速度相應(yīng)就高，液壓系統(tǒng)需要的流量大，導(dǎo)致液壓閥門通徑大。因此，高壓大流量是大型壓機液壓系統(tǒng)主要的技術(shù)特點，也是實現(xiàn)液壓控制的技術(shù)難點。針對大型壓機要求系統(tǒng)高壓、大流量、高精度、沖擊小等，國內(nèi)外壓機行業(yè)的相關(guān)專家作了大量的分析研究，實現(xiàn)控制的方式多種多樣。

(1)二通插裝閥控制

二通插裝閥是通過先導(dǎo)電磁閥來控制插裝主級，通過邏輯元件的組合實現(xiàn)多種換向閥的機能。在電磁閥控制油路上加節(jié)流孔或節(jié)流閥，可以控制主閥的開、關(guān)速度，控制蓋板帶行程調(diào)節(jié)桿，還可以手動調(diào)節(jié)主閥芯的行程，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)通過閥的流量。為滿足大型壓機高壓、大流量的快速而無沖擊的工藝動作要求，采用邏輯插裝元件組成的三級插裝閥。由于是手動調(diào)節(jié)閥的啟、閉性能特性，因此，對調(diào)試人員要求較高，且較難調(diào)試到設(shè)計要求的理想狀態(tài)?？刂浦械墓?jié)流阻尼器限制了閥的開、關(guān)快速性能，切換時間長，停位精度差。雖然其控制性能不理想，但由于投資低，也廣泛應(yīng)用于各類壓機液壓系統(tǒng)中。

(2)電液比例伺服閥控制

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合形成的機電一體化技術(shù)，促進(jìn)了電液控制閥的快速發(fā)展。近年來，比例插裝閥已被廣泛用于大型壓機液壓控制系統(tǒng)。大通徑比例插裝閥主要由電氣-機械轉(zhuǎn)換器、伺服先導(dǎo)閥、插裝主閥芯和檢測元件組成。電液比例伺服閥控制系統(tǒng)能滿足壓機活動橫梁運行速度的動態(tài)調(diào)整，控制精度高，對壓機加壓后的泄壓時間控制靈活，有效地減小了系統(tǒng)泄壓沖擊振動。能實現(xiàn)對壓機的無級控制。

(3)變向變量柱塞泵控制

變向變量柱塞泵是一種既可改變排量又可以改變進(jìn)、出油口方向的徑向柱塞泵，雙變量是通過伺服先導(dǎo)機構(gòu)推動柱塞泵的偏心環(huán)來實現(xiàn)。這種泵控系統(tǒng)使壓機橫梁的行程及液壓油按正弦曲線平穩(wěn)運動，通常稱為正弦系統(tǒng)。因為沒有任何液壓閥參與油缸的動作控制，因此，正弦系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中不會產(chǎn)生沖擊振動。由于減少了液壓控制閥，設(shè)備維護(hù)的工作量相應(yīng)減少。正弦系統(tǒng)能連續(xù)地按給定信號要求控制壓機橫梁的運行速度、壓力和位置，能實現(xiàn)對壓機的無級調(diào)控控制技術(shù)。工作時油缸加壓，返回時油缸內(nèi)的壓力油驅(qū)動柱塞泵轉(zhuǎn)動，主泵象馬達(dá)一樣工作，把能量反饋到設(shè)備有關(guān)電力系統(tǒng)中，從而節(jié)能。該系統(tǒng)可以節(jié)約20%～30%的電能損耗，但該系統(tǒng)的后期維護(hù)成本較高。

3 系統(tǒng)泄漏、污染控制

液壓系統(tǒng)的泄漏是一個不可忽視的問題，產(chǎn)生泄漏的原因與設(shè)計、制造裝配及維護(hù)管理都有關(guān)系。在設(shè)計選型時要注意連接件的密封結(jié)構(gòu)形式和密封件的材質(zhì)，高壓部分盡量選用法蘭連接。制造安裝時，要嚴(yán)格控制加工精度及安裝精度，必須要達(dá)到或優(yōu)于圖紙技術(shù)要求。

重視液壓系統(tǒng)油液清潔度的控制，是保證大型壓機液壓系統(tǒng)可靠工作和延長液壓元件使用壽命的有效措施。在系統(tǒng)中正確設(shè)置過濾器是關(guān)鍵，在大型壓機液壓系統(tǒng)中，采用油液循環(huán)過濾等多重過濾技術(shù)，完全能滿足系統(tǒng)需要。

4 結(jié)論

本文對比分析了油、水兩種工作介質(zhì)的技術(shù)性能差異以及系統(tǒng)泄漏、污染控制技術(shù)注意要點。認(rèn)為大型壓機工作介質(zhì)采用液壓油是優(yōu)選方案，液壓系統(tǒng)采用多重過濾控制能提高系統(tǒng)可靠性。對液壓控制系統(tǒng)的3 種方案進(jìn)行了闡述，對各方案的技術(shù)性能進(jìn)行了分析。從壓機的使用、維護(hù)及功能綜合考慮，大型壓機液壓系統(tǒng)采用變量泵、增壓器、比例伺服閥組合是當(dāng)前優(yōu)先選用的控制方式。

［1］俞新陸.液壓機的設(shè)計與應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［2］雷天覺.液壓工程手冊.北京:機械工業(yè)出版社:1990.

［3］張利平.液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

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