任春麗

（哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028）

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)分析

任春麗

（哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028）

Analysis of power control technology of engineering machinery hydraulic system

工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)主要涉及電力控制、液壓系統(tǒng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)方面，本文將對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)進(jìn)行分析。

工程機(jī)械；液壓系統(tǒng)；動(dòng)力控制技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)電一體化的迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，液壓控制系統(tǒng)技術(shù)在工程機(jī)械中越來(lái)越受到青睞，其作用就在于可以大大提高機(jī)器性能和工作效率，使工程機(jī)械操作性更強(qiáng)、更穩(wěn)定，更精細(xì)化工作。

液壓控制技術(shù)可以分為液壓傳動(dòng)技術(shù)和液壓控制技術(shù)，兩者相互作用，并相互影響，以此促進(jìn)工程機(jī)械行業(yè)的有序快速發(fā)展。

1 液壓傳動(dòng)和控制系統(tǒng)的工作原理

機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)元件的組成由油箱、節(jié)流閥、壓力表、開(kāi)停閥、換向閥、濾油器、液壓泵、溢流閥、液壓缸和連接這些元件的油管。液壓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要能源供給，開(kāi)始是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能，然后液壓泵通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，并且吸油箱中油，油液通過(guò)濾油器過(guò)濾后到達(dá)液壓泵，當(dāng)它從液壓泵中輸出進(jìn)入壓力管通過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸的左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化成液壓能，液壓閥會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)化后的液壓能進(jìn)行調(diào)節(jié)，并分配到系統(tǒng)應(yīng)用中。

2 液壓系統(tǒng)流量控制措施

液壓泵流量的調(diào)節(jié)方式分為泵控調(diào)速與閥控調(diào)速。泵控調(diào)速在運(yùn)作方式上是改變液壓泵排量，達(dá)到控制系統(tǒng)流量的過(guò)程，目的是減小流量的損失，以此保證功率，更好的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化運(yùn)轉(zhuǎn)。閥控調(diào)速在運(yùn)作方式上需要改變液阻，這種方式存在的問(wèn)題是當(dāng)流量經(jīng)過(guò)控制閥，并進(jìn)入執(zhí)行元件的時(shí)候，多余的流量就會(huì)回流到油箱中造成浪費(fèi)，缺乏經(jīng)濟(jì)性。但是優(yōu)點(diǎn)是對(duì)液壓閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)可以單純依靠質(zhì)量較小的電磁鐵推動(dòng)閥芯來(lái)達(dá)到目的。在工程機(jī)械上用的電磁鐵高速超過(guò)20 Hz的已經(jīng)非常多了。

從泵控調(diào)速和閥控調(diào)速看，他們具有互補(bǔ)的特點(diǎn)，液壓系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)是根據(jù)實(shí)際的流量大小的需要來(lái)確定初始排量的，而初始排量要修比需要流量大于等于20 L/min，然后通過(guò)比例閥對(duì)流量大小來(lái)控制，目的是確保液壓系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和響應(yīng)速度。對(duì)于以上的控制，不論是正、負(fù)流量的控制和外部負(fù)載敏感的控制，都需要泵控和閥控調(diào)速相互配合的流量控制。如圖1、圖2流量控制液壓原理圖。

圖1 負(fù)流量控制液壓原理圖

圖2 正流量控制液壓原理圖

從圖1、圖2中，我們看見(jiàn)負(fù)流量的控制環(huán)境下，控制變量泵排量的是主閥中位流量，并且兩者的變化方向是相反存在的。而在正流量控制環(huán)境下控制液壓泵排量與液壓閥開(kāi)度的因素是相同的，這樣在速度方面可以大大提高相應(yīng)速度。而在負(fù)載敏感控制環(huán)境下主閥上的壓力降可以控制液壓泵排量，同時(shí)壓力降，并且與操作信號(hào)和外負(fù)載都有相關(guān)性，所以，我們得出的結(jié)論是負(fù)載敏感控制這種方法是把操作者的速度預(yù)期和外負(fù)載的速度互相結(jié)合控制方式進(jìn)行的。

3 液壓系統(tǒng)功率控制技術(shù)

液壓系統(tǒng)功率控制的主要作用是節(jié)能、提高功率利用率和增強(qiáng)作業(yè)效率。液壓系統(tǒng)的高效利用，需要讓其適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境，那么液壓挖掘機(jī)的工作在挖掘力度上必須到位，需要定量泵來(lái)控制適宜流量。

小型機(jī)械的定量泵在早期的工程機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一直根據(jù)系統(tǒng)的最大工作流量(Q)與系統(tǒng)最大工作壓力(P)乘積，然后通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化后的系統(tǒng)最大輸出功率(N)不能超出發(fā)動(dòng)機(jī)的凈功率(Nj)。也就是N=P×Q/η。

但因在一般工況下功率利用系數(shù)太低問(wèn)題，造成不能施展較強(qiáng)的控制功能，其性能不是很好。當(dāng)前就只有一些小噸位汽車起重機(jī)（約5～50 t）的在使用這種定量泵。

在單泵恒功率控制下，單泵的控制系統(tǒng)早期是借助于一個(gè)變量機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)彈簧來(lái)進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，對(duì)變量泵的輸出流量來(lái)控制變量泵，當(dāng)首個(gè)彈簧設(shè)定力承受到一定的系統(tǒng)壓力時(shí)，減小了變量泵的排量，變量泵的輸出就會(huì)開(kāi)始變得很?。恢敝恋诙€(gè)彈簧的設(shè)定力被系統(tǒng)克服后，變量泵和變量斜率都會(huì)發(fā)生明顯變化，使得變量泵變量出現(xiàn)曲線變化?？刂浦?，變量曲線上的工作流量乘以工作壓力得出來(lái)的離散值能夠達(dá)到一個(gè)常數(shù)。此時(shí)可以極大地利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，同時(shí)確保了發(fā)動(dòng)機(jī)在過(guò)載情況之下也不會(huì)導(dǎo)致熄火，從而暫停工作。正是恒功率控制技術(shù)利用杠桿的改進(jìn)，達(dá)到了對(duì)可變控制機(jī)構(gòu)有效利用的目的。

在雙泵或多泵恒功率控制下，首先是分功率控制。在設(shè)計(jì)途中，對(duì)于分配按照每個(gè)泵所相連的操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求的實(shí)際功率來(lái)按一定的比例控制電源，并確保各個(gè)泵都能事先規(guī)定它自己的工作量。但是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的功率是恒定的，最大的缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不能得到充分利用，假設(shè)多泵中發(fā)生些許不需要工作的事情，就會(huì)造成整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率浪費(fèi)，因此這種分功率控制技術(shù)僅限于小型工程機(jī)械的使用。其次是總功率控制技術(shù)?？偣β士刂剖褂靡粋€(gè)可變的機(jī)制，這與分功率控制的最大區(qū)別，而所有泵的流量是相同的，彈簧，壓力都是一個(gè)泵的工作壓力之和，假設(shè)1/2值的多泵工作壓力之和可以有彈簧設(shè)定值，因此主泵啟動(dòng)變量，這個(gè)變量等于單泵恒功率變量。工作曲線方程有：

在功率控制的總功率和對(duì)照相對(duì)照，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用系數(shù)提高非常明顯，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)多個(gè)泵之間的互補(bǔ)功率，一個(gè)泵沒(méi)有啟動(dòng)，它的力量還可以用于其它泵。這是這種泵的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是能量損耗大，原因是總功率每個(gè)泵相同的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量，假 設(shè)泵負(fù)責(zé)停止工作，所以主泵仍在輸出，大流量，主泵輸出的大流量轉(zhuǎn)化為熱量不見(jiàn)了。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，出現(xiàn)的最新研究也比較多，如交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù)和負(fù)反饋交叉?zhèn)鞲屑夹g(shù)，由于技術(shù)不夠成熟，投資過(guò)大，在推廣使用中變得舉步維艱。在以后還需要多加研究開(kāi)發(fā)才行。而在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化與控制中，利用PID算法，PLC的PID對(duì)輸出工程機(jī)械調(diào)速控制系統(tǒng)采取控制命令，大大提高了輸出功率，尤其在負(fù)載變化情況，也能實(shí)現(xiàn)有效的控制，而且還能根據(jù)不同環(huán)境狀況采取相應(yīng)措施以保持相同的速度。

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)，這樣就會(huì)使得機(jī)器的輸出功率與效率得到了很高程度的提高，而且在發(fā)動(dòng)機(jī)低速條件下也不會(huì)熄火，而且還可以繼續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)。因此計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化與控制使得工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)有了更加明顯的飛躍。

[1] 韓明霞. 工程機(jī)械液壓底盤虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)研究[D]. 長(zhǎng)安大學(xué)，2015.

[2] 郝永臣. 液壓技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用探討[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010(20).

[3] 王利華. 液壓挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)的分析研究[D]. 吉林大學(xué)，2011.

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10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.027

任春麗（1994-），女，本科在讀，在讀于哈爾濱石油學(xué)院，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

2016-01-25