液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用探討

嚴(yán)周民　艾志亮

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛，并將逐漸占據(jù)著十分重要的地位。為了確保液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中得到有效的應(yīng)用，本文通過對(duì)幾個(gè)典型機(jī)械加工制造設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，歸納、總結(jié)液壓控制系統(tǒng)裝置的應(yīng)用的合理性及其優(yōu)缺點(diǎn)，有助于液壓控制技術(shù)在機(jī)械制造裝備中更好的應(yīng)用，從而有效促進(jìn)該行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造設(shè)計(jì)；傳動(dòng)控制系統(tǒng)；液壓；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.060

1 液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的原理

用液體作為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞的傳動(dòng)方式稱為液壓傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)主要是利用液體的壓力能傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的，是通過對(duì)工作介質(zhì)的控制和調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作機(jī)構(gòu)的控制。

一個(gè)完整的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)五大部分組成。動(dòng)力元件常指液壓泵，它是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的轉(zhuǎn)換裝置，為液壓系統(tǒng)提供壓力液，是整個(gè)液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源；執(zhí)行元件有兩類即液壓馬達(dá)和液壓缸，它是將從泵接受來的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，輸出轉(zhuǎn)矩或速度，用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)克服外負(fù)載工作；液壓控制元件，有方向控制閥、流量控制閥和壓力控制閥三大類，用于對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)的流動(dòng)方向、流量、壓力進(jìn)行控制，以確保執(zhí)行元件及工作機(jī)構(gòu)能夠完成制定工作；輔助元件，用于保證液壓系統(tǒng)長期、高效工作不可或缺的元件，如油箱、過濾器、蓄能器等；液壓工作介質(zhì)即傳動(dòng)液體，既是轉(zhuǎn)換、傳遞能量的介質(zhì)，同時(shí)也起著潤滑運(yùn)動(dòng)零件和冷卻傳動(dòng)系統(tǒng)的作用。

液壓系統(tǒng)，都是由一個(gè)或幾個(gè)基本回路組成，而基本回路是為了實(shí)現(xiàn)某種特定功能把一些液壓元件按一定方式組合起來的通路結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，從根本上來說就是對(duì)液壓回路中的液壓控制元件的控制，即通過改變閥體與閥芯的通斷面積、通斷間隙及通斷接口形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)回路中的工作介質(zhì)的流量、壓力及流向的控制，以達(dá)到對(duì)工作機(jī)構(gòu)的控制。改變閥芯相對(duì)于閥體位置即可對(duì)流量、壓力及流向的控制。實(shí)現(xiàn)閥芯動(dòng)作的方式有手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁動(dòng)、液動(dòng)、電液動(dòng)等，液壓系統(tǒng)控制方式較多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，把液壓控制方式與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合起來是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)控制發(fā)展的方向。

2 液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

2.1 液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：液壓傳動(dòng)依靠工作液體作為傳動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和轉(zhuǎn)換，工作液體大多為潤滑性能良好的油液，對(duì)液壓元件中相對(duì)運(yùn)動(dòng)副界面有很好的潤滑作用，減少了磨損，提高了元件的使用壽命；工作液體可以用管路輸送到任何位置，允許液壓執(zhí)行元件和動(dòng)力元件之間保持一定距離，很方便的可以做到讓操作者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)環(huán)境中的工作機(jī)構(gòu)而保證安全；液壓系統(tǒng)在運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無極調(diào)速，調(diào)速性能不受功率大小的限制，這在工程機(jī)械、加工制造機(jī)械、礦山機(jī)械中應(yīng)用廣泛；液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作省力，反應(yīng)迅速，并能高速啟動(dòng)和頻繁換向，如汽車的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和水泥罐車不間斷攪拌系統(tǒng)；液壓元件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，這對(duì)于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作及其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用帶來了極大的方便；液壓元件控制的電磁化、電液化及與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的控制程序化極大地提高了液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的效率，為靈活控制液壓功能組件，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)適應(yīng)不同工況狀態(tài)成為可能，同時(shí)降低液壓功能組件的大小，減少重量，提高了反應(yīng)速度，促進(jìn)小型化和高度集成設(shè)備的開發(fā)和使用。

2.2 液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能和效率受傳動(dòng)介質(zhì)的溫度影響較大，因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)的油液粘度隨著溫度上升而下降，密封性能降低，泄露增加，傳動(dòng)效率急劇下降，甚至執(zhí)行元件不能可靠工作，故選用液壓傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)，應(yīng)盡量選用粘溫特性好的液體；工作液體對(duì)污染很敏感，污染后的工作液體對(duì)液壓控制元件危害很大，尤其一些磨損后硬質(zhì)金屬屑隨工作液體的流動(dòng)進(jìn)入元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)副界面，劃傷密封件加大泄露，甚至卡住閥芯而不能動(dòng)作，失去控制執(zhí)行元件的功能；污染物隨傳動(dòng)介質(zhì)會(huì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)中各個(gè)液壓元件，每個(gè)液壓元件都有可能被污染而發(fā)生故障，失去工作功能，故液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障難于排除，對(duì)維修、操作及可靠性提出了較高的要求；電液控制系統(tǒng)中壓力控制液體也可能發(fā)生泄漏或液體介質(zhì)溫度變化以及故障檢查、檢測的傳輸控制系統(tǒng)困難而導(dǎo)致故障也是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可能發(fā)生的，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比出現(xiàn)故障，從而影響液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低了穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度，會(huì)使設(shè)備失去準(zhǔn)確的調(diào)控。因此，在設(shè)備操作前必須仔細(xì)檢查每一個(gè)元件進(jìn)行檢查和清洗，消除灰塵及金屬粉末對(duì)設(shè)備的正常工作的影響。

3 液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，大型工程設(shè)備急需開發(fā)和應(yīng)用，液壓傳動(dòng)因其傳遞功率大、低速穩(wěn)定性好、可無極調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，在這些工程設(shè)備開發(fā)和設(shè)計(jì)中得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，同時(shí)也滿足了這些設(shè)備對(duì)生產(chǎn)效率和精度較高的要求。液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，取得了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了一定的控制目標(biāo)，為大型工程機(jī)械裝備能在極端環(huán)境中工作，并達(dá)到精度要求成為可能。

3.1 液壓控制系統(tǒng)在汽車轉(zhuǎn)向中的應(yīng)用

家用汽車尤其是重型工程汽車的轉(zhuǎn)向操縱，若完全依靠人力轉(zhuǎn)向，不但費(fèi)力而且影響汽車的操控，故現(xiàn)代汽車多采用轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。液壓助力就是依靠方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻z桿的軸向移動(dòng)，通過連桿移動(dòng)液壓控制閥閥芯亦做軸向移動(dòng)，改變閥芯與閥體相對(duì)位置，使閥體外接油路接通或斷開，繼而實(shí)現(xiàn)給液壓缸供給壓力油液，液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能增力輸出再通過杠桿機(jī)構(gòu)放大，迫使輪胎轉(zhuǎn)向。與此同時(shí)，液壓缸活塞桿輸出移動(dòng)通過杠桿使不完全齒輪旋轉(zhuǎn)，嚙合齒條使螺母作反向移動(dòng)，閥芯與閥體恢復(fù)到原始位置，完成一輪轉(zhuǎn)向操作。

3.2 液壓控制系統(tǒng)在煤礦斜井提升膠帶運(yùn)輸機(jī)中的應(yīng)用

礦用膠帶運(yùn)輸機(jī)基本工作原理是依靠驅(qū)動(dòng)滾筒外表面與環(huán)繞其上的膠帶內(nèi)表面的摩擦力作為運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的。提高膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸能力的途徑有三個(gè)方面因素：（1）增大摩擦系數(shù)；（2）增加膠帶與滾筒圍包角；（3）增加膠帶張緊力。通常為保證膠帶運(yùn)輸機(jī)既有一定的運(yùn)輸能力，又不至于因張緊力過大而使膠帶斷裂，需給膠帶運(yùn)輸機(jī)提供恒定的張緊力，如圖所示，為恒張力液壓伺服系統(tǒng)圖，張緊絞車通過鋼絲繩牽引膠帶運(yùn)輸機(jī)活動(dòng)導(dǎo)向滾筒，使膠帶運(yùn)輸機(jī)保持一定張力。由于膠帶運(yùn)輸機(jī)工作過程因其負(fù)載有一定波動(dòng)變化，為此安裝一個(gè)力傳感器，檢測鋼絲繩實(shí)際張緊力，與給定張緊力進(jìn)行比較，得出差值，放大此差值并作為控制信號(hào)，控制電液伺服閥進(jìn)出液壓缸油液方向和流量，液壓缸帶動(dòng)動(dòng)滑輪上下動(dòng)作，保證膠帶運(yùn)輸機(jī)張緊力恒定。

3.3 液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在其他場合的應(yīng)用

液壓技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展也得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，液壓技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，能夠擴(kuò)大液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，更好地完成工作控制目標(biāo)。液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相比較，能夠更加準(zhǔn)確地控制目標(biāo)參數(shù)，傳遞效率高，故液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)不但在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的前景十分可觀，在不久的未來，將也會(huì)在更多的其他工業(yè)領(lǐng)域領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，為企業(yè)提高效益起到積極的促進(jìn)作用。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，大功率、多功能、高效率、自動(dòng)化的生活、生產(chǎn)設(shè)備逐漸走進(jìn)我們的工作和生活，為了很好的應(yīng)用、操作、開發(fā)、控制這些設(shè)備，掌握液壓控制技術(shù)，并將這些技術(shù)合理應(yīng)用到機(jī)械制造設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)機(jī)械設(shè)備制造的發(fā)展將有很大的提升。

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