新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)方案研究

李 鯉 劉善春（蘭州城市學(xué)院，甘肅 蘭州730070）

液壓就是通過液壓油（具體根據(jù)實(shí)際情況定）來傳遞壓力的裝置。一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。液壓由于其傳動(dòng)力量大，易于傳遞及配置，在工業(yè)、民用行業(yè)應(yīng)用廣泛。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件液壓缸和液壓馬達(dá)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而獲得需要的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了全面提高液壓沖擊機(jī)械的操作水平需要建立相應(yīng)的控制系統(tǒng)，只有這樣才能進(jìn)一步提高新型液壓沖擊機(jī)械的工作質(zhì)量。文章通過對新型液壓沖擊機(jī)械操作的利用意義和原理運(yùn)作等相關(guān)知識的介紹進(jìn)而進(jìn)行了新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)方案的研究，希望以此為相應(yīng)的機(jī)械操作工作者提供相應(yīng)的參考和借鑒。

1 電液控制閥在液壓沖擊系統(tǒng)中的應(yīng)用

一個(gè)設(shè)計(jì)合理的液壓控制系統(tǒng)必須使液壓沖擊器協(xié)調(diào)系統(tǒng)完成沖擊、回轉(zhuǎn)、推進(jìn)等工作機(jī)能，同時(shí)又賦予其安全保證功能(如自動(dòng)防卡、自動(dòng)停推等控制功能)。通過科研人員的反復(fù)技術(shù)論證的實(shí)際操作，目前主要采用電液控制閥來實(shí)現(xiàn)對液壓沖擊機(jī)械的控制。由于液壓沖擊機(jī)械的型號不同，所以其相應(yīng)的電業(yè)控制閥也有不同型號和規(guī)格的，在實(shí)際的選用中首先應(yīng)該保證型號統(tǒng)一。要實(shí)現(xiàn)液壓沖擊機(jī)械系統(tǒng)的自動(dòng)控制，從簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度考慮，沖擊系統(tǒng)壓力應(yīng)該在數(shù)字信號控制下無級變化輸出；同時(shí)，推進(jìn)系統(tǒng)壓力和轉(zhuǎn)釬流量也必須能在數(shù)字信號控制下無級變化輸出。電液伺服閥控制、電液比例閥控制和高速開關(guān)電磁閥控制均能實(shí)現(xiàn)對這些量的無級變化輸出。

目前電液控制閥技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際的機(jī)械操作中得到了相對廣泛的利用，該項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本低廉，操作簡單，安裝程序簡易，所以，在未來的一個(gè)機(jī)械應(yīng)用時(shí)間段，電液控制閥必將取得更廣泛的應(yīng)用空間，為施工建設(shè)提供相應(yīng)的支持。

2 液壓沖擊機(jī)械液壓控制系統(tǒng)總體方案

在液壓沖擊機(jī)械的操作運(yùn)用過程中，需要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換作業(yè)等，該項(xiàng)操作的實(shí)現(xiàn)需要機(jī)械設(shè)備配備相應(yīng)的輔助控制系統(tǒng)，如何使該系統(tǒng)與機(jī)械操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，并在使用過程中提高工作效率，成為科研技術(shù)工作者努力研究的一個(gè)重要方向，液壓沖擊器系統(tǒng)壓力波動(dòng)的幅值大、頻率高,同時(shí)又要求驅(qū)動(dòng)它的液壓動(dòng)力源(泵)具有良好的調(diào)節(jié)性能。普通的齒輪泵和葉片泵是難以滿足其工作要求的,軸向柱塞變量泵由于具有很好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性因而適合液壓沖擊器系統(tǒng)的工作要求。根據(jù)其變量機(jī)構(gòu)工作方式的不同,柱塞變量泵有手動(dòng)(伺服)變量泵、恒壓變量泵、液控變量泵和電液比例變量泵幾種類型。

2.1 泵的啟動(dòng)

液壓沖擊機(jī)械操作的核心部件是液壓泵，因此，對液壓機(jī)械操作的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要考慮的是對泵的靈活控制。技術(shù)人員在傳統(tǒng)的液壓機(jī)械操作設(shè)計(jì)中進(jìn)行了簡單的位置變更，稍微移動(dòng)了液壓泵的位置，并配備了輔助的液壓泵驅(qū)動(dòng)機(jī)，改良之后的液壓泵可以使沖擊系統(tǒng)通過電液換向臨近閥的右位卸荷，轉(zhuǎn)釬系統(tǒng)通過電液換向第三個(gè)中位卸荷，而推進(jìn)系統(tǒng)此時(shí)無壓力油進(jìn)入。

2.2 沖擊、推進(jìn)工作原理

DT 通電；接通沖擊油路；高速開關(guān)電磁閥通電處于脈沖寬度調(diào)制(PWM)狀態(tài)。此時(shí)高速開關(guān)電磁閥輸出控制壓力作用于恒壓變量泵的變量機(jī)構(gòu)，使泵輸出所需的調(diào)定壓力，當(dāng)泵(沖擊泵)的最大輸出流量Q 大于液壓沖擊機(jī)械在沖擊系統(tǒng)壓力前方閥調(diào)定壓力下要求的沖擊流量Q 時(shí)，實(shí)際沖擊系統(tǒng)壓力P 等于該閥的調(diào)定壓力，而沖擊流量Q 取決于沖擊系統(tǒng)壓力P。

2.3 轉(zhuǎn)釬工作原理

DT1 和DT2 全斷電和單獨(dú)通電，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)釬的開關(guān)和換向，調(diào)節(jié)調(diào)速閥即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)釬流量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)釬速度的無級調(diào)節(jié)輸出。無級調(diào)節(jié)BDT，的控制電流，即可無級輸出轉(zhuǎn)釬流量，滿足轉(zhuǎn)釬速度的無級變化輸出，DT1 和DT2 的單獨(dú)通電，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)釬換向，DT1 和DT2 都不通電，停止轉(zhuǎn)釬動(dòng)作。

2.4 防卡釬工作原理

當(dāng)液壓沖擊機(jī)械進(jìn)行鑿巖破碎工作時(shí)，轉(zhuǎn)釬壓力低于其中一個(gè)先導(dǎo)閥有調(diào)定壓力，滾動(dòng)換向另外一個(gè)在彈簧力的作用下處于“右位”。如果發(fā)生卡釬，則轉(zhuǎn)釬壓力升高，當(dāng)升高到超過該先導(dǎo)閥前一個(gè)的調(diào)定壓力時(shí)，先導(dǎo)閥內(nèi)有油液流動(dòng)，使換向閥左右兩端產(chǎn)生壓差，這種壓差作用在該閥閥芯右端，克服彈簧力使閥芯換向，處于“左位”。這時(shí)，推進(jìn)壓力油進(jìn)入推進(jìn)液壓缸油桿腔，帶動(dòng)沖擊器退回，因此，這種新型液壓控制系統(tǒng)還具有自動(dòng)消除卡釬的能力。

3 新型液壓控制系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

為適應(yīng)破碎不同性質(zhì)的巖石，要求液壓沖擊機(jī)械的工作參數(shù)是可以調(diào)節(jié)的。目前，對于工作參數(shù)可調(diào)的液壓沖擊機(jī)械及其相應(yīng)的液壓控制系統(tǒng)的研究國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)甚少。針對液壓沖擊機(jī)械輸出工作參數(shù)可無級調(diào)節(jié)的技術(shù)要求，作者研制了一種新穎的活塞行程調(diào)節(jié)裝置(即變行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))，設(shè)計(jì)了新型的液壓控制系統(tǒng)。其優(yōu)勢技術(shù)和先進(jìn)性體現(xiàn)如下。

3.1 元件數(shù)字化

20 世紀(jì)80 年代以來，由于現(xiàn)代工程裝備對高頻響、抗污染能力強(qiáng)、成本低廉的電液控制系統(tǒng)的迫切需求，推動(dòng)了數(shù)字式控制元件的發(fā)展。高速開關(guān)電磁閥是近年發(fā)展起來的新型電液數(shù)字閥，在新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)中，作者首次采用了高速開關(guān)電磁閥，它無須DIA 轉(zhuǎn)換，可以直接與計(jì)算機(jī)接口，采用液壓脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)就可實(shí)現(xiàn)對其輸出壓力或流量的比例控制。高速開關(guān)電磁閥9、10 控制推進(jìn)液壓缸6，高速開關(guān)電磁閥11 控制恒壓變量泵12。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的PWM 控制信號通過放大器分別驅(qū)動(dòng)閥9、10 及11，根據(jù)沖擊機(jī)械的工作要求完成對推進(jìn)缸和恒壓變量泵的無級調(diào)節(jié)控制。此外，電液換向閣4、14 也都是具有開關(guān)通斷控制的數(shù)字元件，因此，這些元件作為計(jì)算機(jī)與被控對象間的橋梁，從而使我們能夠直接利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對新型液壓沖擊機(jī)械系統(tǒng)工作機(jī)能的控制。

3.2 結(jié)構(gòu)簡單化

采用雙泵供油方式，恒壓變量泵為沖擊和推進(jìn)系統(tǒng)供油，比側(cè)變流量泵(定量泵)為轉(zhuǎn)釬系統(tǒng)供油。新型液壓控制系統(tǒng)的這一結(jié)構(gòu)布局較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了較大的突破，雙泵供油的模式減少了單一油泵供油不同工作參數(shù)調(diào)整變化的油泵調(diào)節(jié)工作，簡化了操作步驟，降低了工作難度，提高了工作效率。另外這種雙泵供油模式的輔助設(shè)備簡單，較之傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)精簡了許多，這也間接的降低了企業(yè)引進(jìn)設(shè)備的成本資金，而且，該項(xiàng)操作系統(tǒng)的技術(shù)難度系數(shù)降低，對操作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求也相對的下降，所以，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是工作效率角度，這種模式都是企業(yè)利用的一種重要發(fā)展趨勢。

3.3 系統(tǒng)集成化

新型液壓控制系統(tǒng)構(gòu)思新穎，克服了傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)沖擊、推進(jìn)和轉(zhuǎn)釬分立控制的缺陷，率先把三者有機(jī)地統(tǒng)一起來，形成了以高速開關(guān)電磁閥為核心的集成控制方案，通過設(shè)計(jì)合理的電液集成控制閥塊，簡化了液壓控制系統(tǒng)，降低了制造成本，提高了系統(tǒng)的精度和可靠性，從而實(shí)現(xiàn)了液壓沖擊機(jī)械系統(tǒng)沖擊、推進(jìn)及轉(zhuǎn)釬機(jī)構(gòu)的一體化集成控制。

4 新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)的重要意義

由于我國的建設(shè)工程領(lǐng)域拓寬，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)步，建設(shè)的難度也相對的提高，傳統(tǒng)的液壓沖擊機(jī)械操作型號單一，不同性質(zhì)的巖石操作工作必須運(yùn)用與其匹配的操作機(jī)械，因此施工復(fù)雜，而且設(shè)備的引用資金也相對較高，給施工單位帶來了一定的難度。而新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)可以通過控制系數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)單一型號機(jī)械的不同性質(zhì)操作，這樣，系統(tǒng)工作的難度系數(shù)下降，大大提高了工作效率，有利于我國建設(shè)工作的順利展開。

傳統(tǒng)的液壓沖擊機(jī)械操作難度系數(shù)大，由于設(shè)備復(fù)雜，輔助設(shè)備多，因此建筑施工單位的施工占地面積大，不僅給后期的施工建設(shè)帶來了一定的影響，而且施工過程中機(jī)械設(shè)備的維修和養(yǎng)護(hù)資金費(fèi)用高，給建筑施工單位帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。新型液壓沖擊機(jī)械由于構(gòu)造簡單操作方便，不僅給施工單位節(jié)省了人力資源的成本支出，也縮減了設(shè)備的引進(jìn)費(fèi)用。

5 新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)的維修保養(yǎng)注意事項(xiàng)

以往的新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)的使用單位只用不養(yǎng)，不僅加快了設(shè)備更新?lián)Q代的周期，浪費(fèi)了經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，而且對部分機(jī)械設(shè)備也造成了嚴(yán)重的損壞，為了保證新型液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的使用壽命和使用質(zhì)量，需要對其進(jìn)行定期的檢修和保養(yǎng)，而保養(yǎng)工作需要注意以下幾點(diǎn)：

5.1 選擇與新型液壓沖擊機(jī)械型號匹配的液壓油

為了保證液壓沖擊機(jī)械的使用質(zhì)量，需要對其內(nèi)部的油泵油量進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)油量縮減及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，需要注意的是補(bǔ)充的油量需要與機(jī)械設(shè)備的型號相匹配，特別的情況需要緊急進(jìn)行油量替換的時(shí)候，盡量保證油型與原來型號的匹配，此外，不同型號的油型不能混合使用，以免發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，損壞機(jī)械的部件。

5.2 新型液壓機(jī)械保養(yǎng)過程需要注意防止空氣進(jìn)入

新型液壓機(jī)械在保養(yǎng)修復(fù)過程中必須注意防止空氣進(jìn)入，首先操作人員需要仔細(xì)進(jìn)行保養(yǎng)說明書的閱讀，并嚴(yán)格按照操作程序步驟進(jìn)行操作，其次，吸油管在維修的過程中避免露出油面，以免有空氣進(jìn)入，最后在維修結(jié)束后保證油閥的嚴(yán)密性。當(dāng)新型液壓機(jī)械在維修的過程中有空氣進(jìn)入時(shí)，能夠影響機(jī)械的原有氣密性，使內(nèi)部的氣壓產(chǎn)生變化，影響機(jī)械的操作效率。

5.3 新型液壓機(jī)械保養(yǎng)過程需要嚴(yán)格控制油溫

長時(shí)間的機(jī)械操作會(huì)提升內(nèi)部油泵的溫度，高溫作業(yè)下機(jī)械的操作質(zhì)量下降，并對機(jī)械的內(nèi)部控件產(chǎn)生一定的損壞，因此在保養(yǎng)過程中，首先應(yīng)該對油泵的溫度進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)油溫異常需要進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。此外，操作人員在進(jìn)行新型液壓沖擊操作時(shí)必須嚴(yán)格控制油泵的氣溫，避免全天二十四小時(shí)的無間斷作業(yè)，并且在高溫環(huán)境之下需要采用相應(yīng)的降溫舉措。

5.4 注意氣蝕和溢流噪聲

在工程機(jī)械作業(yè)中要時(shí)刻注意液壓泵和溢流閥的聲音，如果液壓泵出現(xiàn)“氣蝕”噪聲，應(yīng)查明原因排除故障后再使用。如果某執(zhí)行元件在沒有負(fù)荷時(shí)動(dòng)作緩慢，并伴有溢流閥溢流聲響，應(yīng)立即停機(jī)檢修。

5.5 嚴(yán)格執(zhí)行交接班制度

交班司機(jī)停放工程機(jī)械時(shí)，要保證接班司機(jī)檢查時(shí)的安全和檢查方便。檢查內(nèi)容有液壓系統(tǒng)是否滲漏、連接是否松動(dòng)、活塞桿和液壓膠管是否撞傷、液壓泵的低壓進(jìn)油管連接是否可靠、液壓油箱油位是否正確等。此外，常壓式液壓油箱還要檢查并清潔通氣孔，保持其暢通，以防氣孔堵塞造成液壓油箱內(nèi)出現(xiàn)一定的真空度。

6 結(jié)語

新型液壓沖擊機(jī)械控制系統(tǒng)提高了當(dāng)代施工建設(shè)工作的工作質(zhì)量和工作效率，實(shí)踐的結(jié)果表明，未來的一段時(shí)間內(nèi)新型液壓沖擊機(jī)械控制操作將得到更廣泛的利用，為此，使用管理人員應(yīng)該立足目前使用的現(xiàn)狀，注意該項(xiàng)機(jī)械的使用注意事項(xiàng)，并進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)保養(yǎng)，只有這樣才能更好地發(fā)揮該機(jī)械的工作效率，更好地為施工建設(shè)工作服務(wù)。

[1]楊國平.新型先導(dǎo)式液壓沖擊器研究[J].建筑機(jī)械.2004(12)

[2]丁問司.液壓沖擊器換檔方案研究[J].建筑機(jī)械.1999(08)