分析現(xiàn)代液壓控制技術(shù)發(fā)展應(yīng)用與展望

胡金勝　陳科慶

摘要：利用文獻(xiàn)對(duì)比法，以液壓控制新技術(shù)的推廣與應(yīng)用為研究主線，首先介紹了液壓控制技術(shù)的歷史發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，分別對(duì)電液伺服控制技術(shù)、電液比例控制技術(shù)、無線電液控制技術(shù)和液壓現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)其應(yīng)用案例展開了選擇性探討，最后根據(jù)液壓傳動(dòng)控制技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，探究了現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的發(fā)展方向，對(duì)其未來的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，供參考。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代液壓控制技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;展望;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP271.31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0176-02

0引言

20世紀(jì)70年代以來，微電子技術(shù)發(fā)展蓬勃，帶動(dòng)了機(jī)械電子工業(yè)、光電子工業(yè)、新能源等領(lǐng)域的發(fā)展，而文中研究的液壓控制技術(shù)就屬于機(jī)械電子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的關(guān)鍵性技術(shù)。液壓控制技術(shù)的真正在生產(chǎn)中落地始于17世紀(jì)，屬于發(fā)展啟蒙階段，經(jīng)歷了近200年的發(fā)展歷程，才有了現(xiàn)階段的高速發(fā)展期。正是由于液壓控制論的出現(xiàn)，才推動(dòng)了其技術(shù)應(yīng)用的廣泛性，加快了液壓控制技術(shù)的發(fā)展速度。目前，現(xiàn)代液壓控制技術(shù)應(yīng)用成熟度越來越高，在煤炭、化工、石油等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛性應(yīng)用和關(guān)注，成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性技術(shù)。

1液壓控制技術(shù)的歷史發(fā)展

跟隨液壓控制技術(shù)的歷史發(fā)展腳步，分析當(dāng)前液壓控制技術(shù)發(fā)展主要集中以下內(nèi)容。

（1）研發(fā)集成、小型和輕量化的液壓控制元件。隨著技術(shù)創(chuàng)新程度的不斷增高，對(duì)于液壓控制系統(tǒng)中元器件的質(zhì)量要求越來越高，主要要求元器件要具備配管數(shù)量減少、安裝空間小、便于維修等應(yīng)用特點(diǎn)。因此必須結(jié)合當(dāng)前元器件的結(jié)構(gòu)、功能等，以提升液壓控制的動(dòng)力系統(tǒng)，近幾年出現(xiàn)了附加動(dòng)力元件的一體化復(fù)合液壓控制元器件1。

（2）發(fā)展普適性、高性能的液壓控制元件。需要適應(yīng)當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展需求，如低控功率閥門研制、電液伺服閥的研制等，盡可能的降低研發(fā)成本，建立不需要進(jìn)行A/D和D/A的轉(zhuǎn)換，提升其與計(jì)算機(jī)接口的數(shù)字閥系統(tǒng)功能，進(jìn)而構(gòu)建具有普適性的液壓控制元件。

（3）綠色元件開發(fā)及研究。以環(huán)保和使用安全可靠為實(shí)現(xiàn)目的，結(jié)合使用液體材料的基本特性，開展綠色元件的開發(fā)及研究。如以純水為使用液體的液壓控制技術(shù)、以新材料和新工藝為主要開發(fā)的應(yīng)用及研究。

2現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1電液伺服系統(tǒng)

電液伺服控制系統(tǒng)在使用的過程中，主要以電信號(hào)為輸入，液壓信號(hào)為輸出，并形成以輸入、輸出緊密銜接的可提供相關(guān)反饋信息的閉環(huán)控制。輸入信號(hào)通過比較元件與檢測(cè)反饋元件進(jìn)行比較分析，得出對(duì)應(yīng)的偏差信號(hào)，從而結(jié)合電控器，針對(duì)電、機(jī)械轉(zhuǎn)換，與液壓放大系統(tǒng)的作用，再次與檢測(cè)反饋系統(tǒng)進(jìn)行比較，由電控器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的力信號(hào)，進(jìn)而結(jié)合檢測(cè)反饋元件，經(jīng)過液壓放大以后，將一定壓力和流量的液體輸出，并且能夠有效的控制和檢測(cè)液壓反饋回輸入端[2]。電液伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程如圖1所

從理論上進(jìn)行分析，電液伺服控制系統(tǒng)具有較多的優(yōu)點(diǎn)：

功率重量比、力矩慣量比和對(duì)應(yīng)的力質(zhì)量比大，這樣容易對(duì)運(yùn)動(dòng)直線及相應(yīng)的精度進(jìn)行合理化控制。

能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)、控制精度高且加速快;

整體結(jié)構(gòu)緊湊有序，尺寸合理，且油液精度高、工藝流程不健全等弱點(diǎn)。上下料機(jī)械手電液伺服系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

在上下料機(jī)械手電液伺服系統(tǒng)控制中，引入了有效的輸出壓力反饋機(jī)制，并結(jié)合有效的控制方法，對(duì)整體液壓控制系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，其中電信號(hào)與輸入電信號(hào)進(jìn)行比較，可以實(shí)現(xiàn)偏差信號(hào)的有效放大，進(jìn)而結(jié)合輸出壓力，實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)的目的。

2.2電液比控制技術(shù)

電液比控制技術(shù)是在電液伺服控制系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其是電液伺服控制技術(shù)的補(bǔ)充，其最為關(guān)鍵的系統(tǒng)構(gòu)件為比例控制閥。在信號(hào)輸出過程中，整體控制技術(shù)能夠進(jìn)行比例化控制，其技術(shù)應(yīng)用過程中，結(jié)合比例電磁鐵的壓力、流量和方向閥基礎(chǔ)上的改進(jìn)，簡(jiǎn)化電液比例系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)濟(jì)性，減少使用成本。

可實(shí)現(xiàn)遙控式操作，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用程度高，編程可控性強(qiáng)，工作穩(wěn)定性好，安裝元件結(jié)構(gòu)數(shù)少，且具備良好的節(jié)能效果[3]。主要的缺點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性差，使用成本高，技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜程度高。

如三峽工程中的永久船閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)系統(tǒng)中，就應(yīng)用了有關(guān)電液比控制技術(shù)，其閘門系統(tǒng)是在水流量大，且高壓狀態(tài)下運(yùn)行的，能夠按照比例設(shè)定，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，而且在流量和流速上的控制精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程同步控制。

2.3無線電液控制技術(shù)

無線電液控制技術(shù)也可稱為智能控制技術(shù)，其結(jié)合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電液控制技術(shù)為一體，使用更為先進(jìn)的液壓控制系統(tǒng)，可快速、精確的實(shí)現(xiàn)圖像、通信技術(shù)處理，將原有的操作指令及機(jī)械控制指令通過數(shù)字化處理實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程接收，并通過解碼操作將信號(hào)轉(zhuǎn)換成為控制指令，提升各類型閥結(jié)構(gòu)系統(tǒng)使用過程中遠(yuǎn)程操控。

如無人駕駛技術(shù)，借助無線電液壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了汽車運(yùn)行軌跡的遠(yuǎn)程操作，并提升操作環(huán)境的穩(wěn)定性，降低了安全事故的發(fā)生，使得汽車領(lǐng)域中自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用程度進(jìn)一步提高。再如，開挖隧道過程中應(yīng)用的大型機(jī)械設(shè)備盾構(gòu)機(jī)，在盾構(gòu)片上安裝六自由度機(jī)械手，并結(jié)合無線遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可控制各路機(jī)械手不同方向上進(jìn)行作業(yè)，運(yùn)行定位過程準(zhǔn)確，進(jìn)一步提升隧道開挖效率。

3現(xiàn)代液壓控制技術(shù)展望

聚甲醛塑料液壓泵結(jié)構(gòu)部件如圖3所示。

隨著傳統(tǒng)液壓控制技術(shù)在工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，結(jié)合工業(yè)4.0發(fā)展的需求，助推了現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的發(fā)展。液壓傳動(dòng)控制技術(shù)不僅在普通的工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用過程中有所斬獲，在醫(yī)療康復(fù)、休閑運(yùn)動(dòng)及機(jī)器人等與人們生活息息相關(guān)，且能夠提升人們生活水平的行業(yè)領(lǐng)域中，也得到廣泛應(yīng)用。如液壓自行車，其創(chuàng)新研發(fā)加快了自行車領(lǐng)域的變革。如液壓控制技術(shù)的新設(shè)計(jì)和新概念，都結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)4.0技術(shù)發(fā)展要求基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新型研發(fā)。如為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保，結(jié)合新的液壓控制技術(shù)概念，提出了聚甲醛塑料液壓泵系統(tǒng)，其不僅能夠采用純水作為介質(zhì)，同時(shí)可以做到保護(hù)環(huán)境，節(jié)能能源的效果，在零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及使用材料上，借助注塑法，提升了傳統(tǒng)螺桿泵的作業(yè)壓力。2D滑閥三維結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

在液壓閥的創(chuàng)新研發(fā)中，出現(xiàn)了與傳統(tǒng)的液壓控制技術(shù)不同的閥結(jié)構(gòu)，2D滑閥結(jié)構(gòu)在控制液體流量、流速和動(dòng)態(tài)響應(yīng)等技術(shù)上都存在精準(zhǔn)化、高科技化和智能化4。作業(yè)過程中，其頻率可以提升到200Hz，同時(shí)由于2D滑閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)，因此在提升工作效率，加快工作頻率的過程中，存在較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域中，相關(guān)局部肢體結(jié)構(gòu)糾正及外骨骼助力等系統(tǒng)也不斷的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

4結(jié)束語

綜上所述，在工業(yè)4.0技術(shù)變革與發(fā)展的時(shí)代中，工作效率與智能化、自動(dòng)化等技術(shù)緊密相關(guān)，現(xiàn)代液壓控制技術(shù)也不例外。因此，如何在實(shí)際研發(fā)過程中，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)需求，最大化的實(shí)現(xiàn)以人為本設(shè)計(jì)，成為當(dāng)前現(xiàn)代液壓控制技術(shù)發(fā)展的主要方向。文中首先對(duì)液壓控制技術(shù)理念進(jìn)行分析，提出了液壓控制技術(shù)的歷史發(fā)展，并對(duì)現(xiàn)代液壓技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，提出了現(xiàn)代液壓控制技術(shù)的未來發(fā)展展望，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員研究提供理論參考。

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