試論機(jī)床液壓傳動(dòng)與控制

王維軒

摘 要：隨著液壓機(jī)械自動(dòng)化程度的不斷提高，液壓元件應(yīng)用數(shù)量急劇增加，元件小型化、系統(tǒng)集成化是必然的發(fā)展趨勢(shì)。而在機(jī)床的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中都需要加入液壓元件，有的機(jī)床是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)構(gòu)造這個(gè)機(jī)床的，就是通過(guò)各種液壓元件組成的液壓控制系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)床實(shí)現(xiàn)控制，所以對(duì)于現(xiàn)代機(jī)床生產(chǎn)和裝配，液壓系統(tǒng)是不可缺少的，而我們?cè)诶靡簤合到y(tǒng)時(shí)液壓系統(tǒng)內(nèi)流體的有關(guān)知識(shí)，例如液體靜力學(xué)液體動(dòng)力學(xué)。機(jī)床液壓傳動(dòng)與控制是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的核心技術(shù)部件， 廣泛應(yīng)用在各行業(yè)的機(jī)械工程運(yùn)作中。本文對(duì)機(jī)床液壓傳統(tǒng)與控制的基本原理進(jìn)行了介紹，并分析了液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，希望能夠?qū)υ摷夹g(shù)在實(shí)際機(jī)械工程中的應(yīng)用提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)床; 液壓傳動(dòng); 控制系統(tǒng)

引言

當(dāng)前液壓技術(shù)正向迅速、高壓、大功率、高效、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)直接控制（CDC）、機(jī)電一體化技術(shù)、可靠性技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。我國(guó)的液壓技術(shù)最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備上，后來(lái)又用于拖拉機(jī)和工程機(jī)械。現(xiàn)在，我國(guó)的液壓元件隨著從國(guó)外引進(jìn)一些液壓元件、生產(chǎn)技術(shù)以及進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已形成了系列，并在各種機(jī)械設(shè)備上得到了廣泛的使用。

1 液壓傳動(dòng)的工作原理

我們都知道液壓系統(tǒng)是需要液壓泵推動(dòng)液壓油來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以我們?cè)谘芯恳簤合到y(tǒng)之前就應(yīng)該知道有關(guān)液壓油的知識(shí)，這樣我們就應(yīng)該了解有關(guān)液體動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，液體動(dòng)力學(xué)的主要內(nèi)容是研究液體時(shí)流速和壓力的變化規(guī)律。液壓系統(tǒng)利用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為發(fā)起人，液體壓力，可以通過(guò)改變流體壓力能傳送能量，經(jīng)過(guò)各種控制和管道，通過(guò)液壓執(zhí)行元件（液壓缸或馬達(dá)）流體壓力能轉(zhuǎn)化為能量，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。作為一個(gè)工作環(huán)境的液體，通常用于礦產(chǎn)油，以及它的功能，如皮帶、鏈條和齒輪傳動(dòng)裝置。

2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

一個(gè)可以完全有效的液壓系統(tǒng)，應(yīng)該由以下五個(gè)主要組件組成：第一，動(dòng)力裝置。 這是液壓系統(tǒng)的壓力，把機(jī)械裝置變成液壓裝置。大部分是水泵。第二，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這是一個(gè)裝置，把液壓裝置變成機(jī)械裝置。在他的形狀中，在直線運(yùn)動(dòng)中工作的液壓缸，有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)，他們稱它們?yōu)橐簤合到y(tǒng)的執(zhí)行部分。第三，控制控制。這是一種控制或調(diào)節(jié)壓力、流或流系統(tǒng)的裝置。例如， 排氣閥門(mén)、節(jié)流閥、公用閥門(mén)、閥門(mén)等四、輔助設(shè)備。例如，油箱，過(guò)濾器，油管。這是為了確保系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。第五，工作環(huán)境。液體，轉(zhuǎn)移能量，即液壓油。任何液壓系統(tǒng)都是由一些簡(jiǎn)單的元件組成例如換向閥、油缸、節(jié)流閥、溢流閥、 液壓泵等等，而這些元件在系統(tǒng)中有的起調(diào)速作用，有的起換向作用，有的還是這個(gè)系統(tǒng)的最終執(zhí)行元件，但是不論它們是什么起什么作用，在整個(gè)液壓控制系統(tǒng)中它們都是不可缺少的。

3 液壓傳動(dòng)相較于傳統(tǒng)傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

與機(jī)械傳動(dòng)相比液壓傳動(dòng)的技術(shù)更加先進(jìn)，隨著現(xiàn)代液壓技術(shù)的日益進(jìn)步， 液壓元件的數(shù)量也在不斷增加，應(yīng)用過(guò)程中的復(fù)雜程度也在增加，液壓元件發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出一種小型化、集成化的趨勢(shì)。在機(jī)床的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程中需要用到液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)要的原理就是液體動(dòng)力學(xué)。通過(guò)液壓泵將油壓轉(zhuǎn)化成機(jī)械動(dòng)力，同傳動(dòng)與控制系統(tǒng)進(jìn)行液壓做功。相較于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)， 其具有如下優(yōu)點(diǎn)：

3.1單位功率的重量輕

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，水力泵和液壓發(fā)動(dòng)機(jī)的單一容量和電動(dòng)機(jī)的單一功率和水力發(fā)動(dòng)機(jī)可能是低功率的，而發(fā)電機(jī)和電機(jī)平均為 0. 03 N/w。至于大小，第一個(gè)數(shù)字是 12%-13%。為了消除液壓油，泵的壓力可以很容易地得到液壓缸的壓力。因此，有重量的液壓技術(shù)，可以幫助機(jī)械設(shè)備及其管理系統(tǒng)、小型和大型電力系統(tǒng)。

3.2布局靈活方便

液壓元件的布置不受?chē)?yán)格的空間位置限制，容易按照機(jī)器的需要通過(guò)管道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各部分的連接，布局安裝具有很大的柔性，能構(gòu)成用其他方法難以組成的復(fù)雜系統(tǒng)。

3.3調(diào)速范圍大

通過(guò)控制閥，液壓傳動(dòng)可以在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行器大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速， 調(diào)速范圍可達(dá)2000e

3.4工作平穩(wěn)、快速性好

油液具有彈性，可吸收沖擊，故液壓傳動(dòng)傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn);易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁換向。往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的換向頻率可達(dá) 500 次/分，往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的換向頻率高達(dá)1000 次/分。

3. 5易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)

液壓系統(tǒng)操縱控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、遠(yuǎn)距離遙控和過(guò)載保護(hù);運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可自行潤(rùn)滑，有利于散熱和延長(zhǎng)使用壽命。

3.6易于自動(dòng)化和機(jī)電液一體化

液壓技術(shù)容易與電氣、電子控制技術(shù)相整合，組成機(jī)電液一體化的復(fù)合系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)。

3.7易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)

用液壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)比機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)便。

3.8 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)方便包括機(jī)械工業(yè)結(jié)構(gòu)的液壓要素，已制定了標(biāo)準(zhǔn)化、改革性和可用性，有助于設(shè)計(jì)、制造和使用液壓系統(tǒng)，從而減少機(jī)器制造的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。

4液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)是非常精細(xì)系統(tǒng)，在其設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中，一定要做到科學(xué)規(guī)劃，使用高標(biāo)準(zhǔn)的元件，保證液壓控制系統(tǒng)的元件在峰值范圍內(nèi)正常的運(yùn)行， 所選擇的測(cè)量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)?？傊呔鹊目刂葡到y(tǒng)必須有高精度的檢測(cè)元件作為保證。

4.1機(jī)床液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

從現(xiàn)代主流液壓控制系統(tǒng)的技術(shù)要求來(lái)看，在實(shí)際機(jī)床設(shè)備液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意滿足如下幾方面的條件：

4.1.1抗震耐高溫

這是由機(jī)床設(shè)備的作業(yè)環(huán)境決定的，機(jī)床所在的車(chē)間有大量的機(jī)械設(shè)備在持續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，造成了機(jī)床運(yùn)行環(huán)境溫度的較高，另外由于一些設(shè)備在不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)造成地面產(chǎn)生一定的震動(dòng)，機(jī)床自身作業(yè)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生較大熱量和共振，因此，需要保證機(jī)床液壓控制系統(tǒng)要能夠抗震耐高溫。

4.1.2用反推形式實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩

機(jī)床設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫高熱量，因此離不開(kāi)散熱裝備，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)散熱情況的良好，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率工作時(shí)的工況，作為冷卻控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。這樣就能實(shí)現(xiàn)冷卻控制系統(tǒng)中熱量進(jìn)入，進(jìn)而保證風(fēng)扇在反推力量下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.1.3系統(tǒng)密閉性良好

液壓控制系統(tǒng)內(nèi)部充滿了流動(dòng)性的液壓油，如果系統(tǒng)的密閉性較差，則容易在設(shè)備作業(yè)時(shí)液壓油滲透出，造成設(shè)備的動(dòng)力輸出不足和液壓油漬污染以及液壓油的浪費(fèi)。所以在設(shè)計(jì)機(jī)床液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，一定要做好對(duì)系統(tǒng)密閉性檢查， 保證系統(tǒng)的密閉性良好。

4.2制定液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的具體實(shí)施方案

4.2.1明確執(zhí)行元件的形式

對(duì)于執(zhí)行元件的形式，在確定時(shí)，首先要考慮的因素就是機(jī)床發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，一般來(lái)說(shuō)，如果控制系統(tǒng)中要求設(shè)計(jì)用單向回轉(zhuǎn)運(yùn)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，那么在選擇執(zhí)行元件時(shí)也需要用單向液壓馬達(dá)形式的執(zhí)行元件，另外還需要考慮整體機(jī)床液壓控制系統(tǒng)的散熱，保證元件在執(zhí)行作業(yè)過(guò)程中，不會(huì)有超出其作業(yè)條件的高溫，震動(dòng)等不利因素。

4.2.2設(shè)計(jì)好回路的類(lèi)型

液壓控制系統(tǒng)是有一個(gè)循環(huán)的控制系統(tǒng)回路的，通常在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，指的就是設(shè)備的油液循環(huán)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金梅，吳崇友，韓樹(shù)欽.液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)在農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 機(jī)床與液壓，2017，45（23）：179-183.

[2]趙云偉， 單根立， ZHAOYunwei，等.成品油管道泄漏控制機(jī)器人液壓傳動(dòng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2015，43（9）：84-86.

[3]李磊.試論基于PLC的液壓傳動(dòng)組合機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2013（22）：98-98.