工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)研究綜述

張文峰

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘇州 太倉(cāng) 235115）

1 控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)對(duì)液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)的相關(guān)研究較少，大量有用的信息還都掌握在行業(yè)少數(shù)公司之中。在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力控制技術(shù)中使用的模型相對(duì)復(fù)雜繁瑣，大量研究也僅僅只是定性層面，沒有較為堅(jiān)實(shí)的理論作為根本。在該控制技術(shù)的研究過程中，研究者必須精通電力控制、液壓系統(tǒng)控制技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)三種知識(shí)，進(jìn)而才能制定有用的系統(tǒng)控制計(jì)劃，這樣的人才我國(guó)稀少。在對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，一定要搜集各種實(shí)際操作數(shù)據(jù)，然后根據(jù)其數(shù)據(jù)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的具體工作，但此工作我國(guó)開展得不夠，目前大量工作還在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中完成，沒有實(shí)際作業(yè)數(shù)據(jù)。

2 泵控制技術(shù)

（1）定量泵設(shè)計(jì)方法。在之前我國(guó)使用的工程機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)里，經(jīng)常會(huì)使用到定量泵設(shè)計(jì)方法，該方法主要的工作原理是將系統(tǒng)之中的最大工作壓力與工作流量相乘，其后再將得到結(jié)果轉(zhuǎn)換為最大輸出功率，但計(jì)算得到的數(shù)值一定要小于等于發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率，具體公式如下：

在上述公式之中，η的具體含義為液壓泵的總效率。但由于在大量較為普通的工作環(huán)境之中，功率利用系數(shù)也相對(duì)其他環(huán)境更低，同時(shí)也不能發(fā)揮更大的控制功能，所以導(dǎo)致使用性能更低。當(dāng)前大量小噸位汽車起重機(jī)還在采用該方法，并且在短期內(nèi)不會(huì)轉(zhuǎn)換。

（2）單泵恒功率控制技術(shù)。單泵控制系統(tǒng)主要采用控制組織完成對(duì)整個(gè)變量泵排量的具體管理。在之前使用的恒功率控制技術(shù)里，主要是采用設(shè)計(jì)變量機(jī)構(gòu)之中2個(gè)不同彈力彈簧的手段，進(jìn)而管理變量泵所有流量的輸出，在操作過程中，整個(gè)工作曲線的大致走向都為折線。系統(tǒng)之中的第一個(gè)彈簧被設(shè)定以后，整個(gè)變量泵的排量將不斷降低；其后再設(shè)定系統(tǒng)之中第二個(gè)彈簧力，在設(shè)定完成以后，變量泵變量曲線將會(huì)產(chǎn)生明顯傾斜。根據(jù)上述方法對(duì)整個(gè)控制流量，讓變量曲線之中的Q、P之積逐漸靠近常數(shù)C。同時(shí)該方法也使法定及功率利用系數(shù)得到了顯著提升，并且還能防止因載荷加大而發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)熄火現(xiàn)象。

（3）雙泵恒功率控制技術(shù)。雙泵恒功率控制技術(shù)可以劃分為四種：負(fù)反饋交叉?zhèn)鞲泄β士刂萍夹g(shù)、交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù)、總功率控制技術(shù)、分功率控制技術(shù)。分功率控制的主要原理是按照各個(gè)泵需要管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際功率需求將發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的所有功率根據(jù)比例劃分每個(gè)泵。在分功率管理過程里，較為獨(dú)立的變量控制機(jī)構(gòu)將存在于各個(gè)不同的泵之中，這使每個(gè)泵管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都能根據(jù)之前計(jì)劃的工作曲線開始工作。該技術(shù)的缺點(diǎn)主要為不能將發(fā)動(dòng)機(jī)中的功率合理使用完成?？偣β士刂萍夹g(shù)相對(duì)于分功率控制技術(shù)來(lái)說(shuō)，彌補(bǔ)了后者產(chǎn)生的缺點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用系數(shù)得到了較大提升。并且該方法還能夠完成多個(gè)功率互補(bǔ)運(yùn)作的工作模式，如果整個(gè)系統(tǒng)中一個(gè)泵處于停止?fàn)顟B(tài)，那么該泵的功率將轉(zhuǎn)移到別的泵之中。但該方法主要的缺點(diǎn)即為能力損失相對(duì)較多，同時(shí)也不能完成使用多種速度控制多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作。交叉?zhèn)鞲锌刂葡到y(tǒng)最早被提出是在20世紀(jì)80年代，該系統(tǒng)是由日本公司根據(jù)總功率控制與分功率控制兩者的特點(diǎn)研究得到。其根據(jù)分功率控制的前提，使用兩個(gè)泵產(chǎn)生得到的工作壓力交叉控制流量數(shù)值，在該系統(tǒng)之中各個(gè)泵都擁有其本身的變量機(jī)構(gòu)，所以每個(gè)泵的流量都存在一定差距。但如果一個(gè)泵中功率利用系數(shù)低于總功率的一半，那么剩下的所有功率將會(huì)使用在另一個(gè)泵之中。若兩個(gè)泵的功率利用系數(shù)都為總功率的一半，那么該技術(shù)將擁有分功率控制技術(shù)與總功率控制技術(shù)兩者之間的所有優(yōu)勢(shì)，并且也將沒有兩者的缺點(diǎn)，最終成為一個(gè)理想型功率控制系統(tǒng)。交叉?zhèn)鞲泄β士刂萍夹g(shù)在一定程度上來(lái)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了功率控制系統(tǒng)的最好狀態(tài)，但該狀態(tài)僅僅只存在于個(gè)主泵之中。從多泵控制系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，因?yàn)楦鱾€(gè)泵工作時(shí)間各不相同，所以不能完全在同時(shí)以最大排量的狀態(tài)工作，這使操作人員不能精確得到變量泵工作時(shí)的實(shí)際輸出功率，進(jìn)而產(chǎn)生功率設(shè)定較低與較高等一系列問題。

3 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)行業(yè)的不斷進(jìn)步，直至上世紀(jì)九十年代開始，大量國(guó)外學(xué)者逐漸向動(dòng)力控制技術(shù)中加入計(jì)算機(jī)元素，同時(shí)該工作得到了較大成果。之前所使用的恒動(dòng)功率控制技術(shù)之中，柴油機(jī)與控制系統(tǒng)的配合相對(duì)較弱，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油泵里的輸出扭矩。若柴油機(jī)性能不斷減弱，那么就極有可能使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低進(jìn)而產(chǎn)生熄火現(xiàn)象。浙江大學(xué)相關(guān)節(jié)能試驗(yàn)臺(tái)中使用的技術(shù)即為當(dāng)前所說(shuō)的計(jì)算機(jī)控制功率優(yōu)化控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)之中擁有許多不同的工作模式，使用者可以根據(jù)實(shí)際要求與負(fù)載大小選擇對(duì)自己最為合適的模式，同時(shí)不同的模式擁有不同的油門位置。在工作模式設(shè)定完成以后，計(jì)算機(jī)將對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)出對(duì)應(yīng)指令，給予發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確的油門開度，并且控制系統(tǒng)能夠按不同的工作模式，在數(shù)據(jù)庫(kù)之中找到其相應(yīng)的柴油機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。這里介紹的系統(tǒng)內(nèi)部還能夠選擇輸出模式，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程中，主泵與油門即可完成電比例無(wú)級(jí)控制，這使發(fā)動(dòng)機(jī)不論在什么情況中都能在目標(biāo)轉(zhuǎn)速領(lǐng)域工作。

當(dāng)前該研究?jī)H僅只是處于試驗(yàn)階段，在上述控制系統(tǒng)內(nèi)部，模式選擇主要將在CPU中設(shè)定，所以使用者一定要按照CPU規(guī)定的模式開展選擇工作，這使得可以被選擇的模式受到了加大約束，不能達(dá)到各種使用者的需要。從混凝土泵車行業(yè)的角度來(lái)看，當(dāng)前三一重工研究得到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制設(shè)備，該設(shè)備主要是使用PID控制指令調(diào)節(jié)柴油機(jī)之中的輸出轉(zhuǎn)速，上述控制系統(tǒng)能夠快速降低由于液壓系統(tǒng)輸出功率上升引起的較大變動(dòng)，讓整個(gè)系統(tǒng)在不同工作環(huán)境中，都能使用相同轉(zhuǎn)速。

4 結(jié)語(yǔ)

若液壓系統(tǒng)動(dòng)力優(yōu)化控制技術(shù)真正使用在工程機(jī)械之中，將會(huì)增大許多機(jī)器的各種不同性能，其性能主要由節(jié)能效果與工作效率。同時(shí)其也能夠增強(qiáng)機(jī)器在各種不同環(huán)境中的適應(yīng)能力，讓整個(gè)機(jī)器的維護(hù)、使用與操作更加便利，進(jìn)而使得其本身的智能化與自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)得到顯著提升。