機械設計制造中液壓機械控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點及應用分析

劉軍偉

(江蘇安全技術職業(yè)學院電氣工程學院，江蘇 徐州 221000)

1 液壓機械控制系統(tǒng)的基本原理

液壓機械控制系統(tǒng)主要是一種在液體平衡狀態(tài)下，利用油泵產(chǎn)生具有一定內(nèi)部壓力的液態(tài)油，將其通過液壓管路輸送到各個執(zhí)行元件中，再通過活塞等系統(tǒng)中壓力的不平衡狀態(tài)，促使系統(tǒng)運行做功。在液壓機械控制系統(tǒng)當中，活塞的大小將對所要施加的壓力大小提出要求，活塞比較大時，所要施加的壓力也要提高[1]?？傮w來講，液壓機械控制系統(tǒng)的主要元件包括以下幾個部分：

(1)執(zhí)行元件。執(zhí)行元件是實現(xiàn)液壓泵將液壓能轉為機械能的轉換元件，其中液壓馬達是主要的設備之一，可以確保液壓能的轉換效率。除此之外，液壓執(zhí)行元件可以對系統(tǒng)內(nèi)部液體壓力大小、方向等進行有效控制，進而實現(xiàn)執(zhí)行元件和各項生產(chǎn)活動的有機協(xié)調(diào)。

(2)動力元件。動力元件主要是為液壓機械控制系統(tǒng)提供主要動力的系統(tǒng)，其核心設備是液壓泵。在整個液壓控制系統(tǒng)運行的過程當中，液壓泵和齒輪泵等元件聯(lián)合運行，為液體在系統(tǒng)中的傳輸提供必要的動力。

(3)輔助元件。輔助元件主要是指各類管道、容器、馬達、密封件等元件，輔助元件是建立液壓機械控制系統(tǒng)中液壓回路的重要組成部分。如今液壓機械控制系統(tǒng)的結構、功能越來越復雜，涉及到的設備越來越多，意味著對輔助元件的數(shù)量、種類及技術要求也提高了很多。輔助元件的運行效果，將直接決定液壓機械控制系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性[2]。

2 機械設計制造中液壓機械控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點

2.1 優(yōu)點

其一，占用空間小。液壓機械控制系統(tǒng)主要是使用油液作為運行介質(zhì)，在系統(tǒng)運行的過程當中，功率損耗會產(chǎn)生一定的熱量，而油液的運行可以將熱量帶向別處[3]?；诖?，可以減少降溫設備的布置，而在特定功率環(huán)境下，液壓系統(tǒng)各個部件占用的空間更小。其二，負載能力強。液壓機械控制系統(tǒng)得益于機械部件和液壓系統(tǒng)的剛性優(yōu)勢，在閉環(huán)系統(tǒng)當中所具備的定位剛度更大，不僅可以承擔更大的負載，同時還能降低運行誤差。其三，可實現(xiàn)無極調(diào)速。在液壓機械控制系統(tǒng)技術不斷進步的情況下，該系統(tǒng)和傳統(tǒng)機械結構相比，具有更高的效應速度，同時可以實現(xiàn)快速啟動、制動和反向操作。同時，液壓機械控制系統(tǒng)中高的力矩慣量也比較大，進而可以實現(xiàn)更強的加速能力。綜合來看，這些優(yōu)勢也是液壓機械控制系統(tǒng)實現(xiàn)無極調(diào)速的關鍵，進而進一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 缺點

首先，由于液壓系統(tǒng)是利用油液等液體產(chǎn)生的壓力實現(xiàn)動能轉化和傳輸?shù)?，因此對系統(tǒng)各個部件的密封性、剛性要求較高。但是由于受到制造工藝、后期運行維護方式的影響，加上很多情況下系統(tǒng)長期運行之后會出現(xiàn)機械勞損、管道容器破裂等情況，因此液壓機械控制系統(tǒng)漏油、漏液的情況經(jīng)常發(fā)生，不僅影響系統(tǒng)的運行，還會產(chǎn)生安全隱患。其次，多數(shù)液壓控制系統(tǒng)中的液體密度、粘度會受到環(huán)境溫度的影響，進而使系統(tǒng)供液量、能量轉化速度受到影響，進而影響系統(tǒng)的運行效率和性能[4]。再次，液壓控制系統(tǒng)中的油液如果混入空氣，在機械運行過程中不僅可能導致系統(tǒng)異常抖動、發(fā)出噪音，甚至會產(chǎn)生爆燃的風險。最后，從自動化運行管理的角度來講，液壓機械控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化控制的難度較大。因此，通常在控制系統(tǒng)的小功率部分都不會使用液壓機械控制裝置。

3 機械設計制造中液壓機械控制系統(tǒng)的應用

3.1 機械設計制造中的系統(tǒng)控制

在機械設計制造中，液壓機械控制系統(tǒng)的應用擁有多種形式。在工程設備體系控制中，該系統(tǒng)主要是對設備功率進行控制，而液壓機械控制系統(tǒng)的設計應用中，要對生產(chǎn)活動的環(huán)境、工藝進行明確，確保系統(tǒng)在惡劣的施工環(huán)境及條件下可以穩(wěn)定有效運行[5]。在當前技術條件下，液壓機械控制系統(tǒng)技術在多個領域中都有很好的應用效果，尤其是在塑性加工領域當中，可以提高加工質(zhì)量。在機械設計制造中，應用液壓機械控制系統(tǒng)可以簡化部分生產(chǎn)活動的生產(chǎn)控制流程，實現(xiàn)對復雜部件的加工制造，并且還能做到對生產(chǎn)過程的有效監(jiān)測和控制。

3.2 傳動技術

在機械化生產(chǎn)系統(tǒng)當中，傳動技術的應用至關重要，而液壓控制系統(tǒng)和傳動技術的結合，將進一步提高系統(tǒng)的控制能力。簡單來講，在設計和制造自動化機械系統(tǒng)時，要先評估系統(tǒng)中對機械傳動模塊的具體要求。因為不同的層面?zhèn)鲃赢斨械臋C械傳動效果有所差異，而通過在數(shù)據(jù)傳輸控制中應用液壓傳動系統(tǒng)，可以提高傳動效果。在如今計算機無線控制技術不斷發(fā)展的情況下，可以將計算機控制技術和液壓技術、傳動技術進行有機結合，進而充分發(fā)揮計算機控制技術的自動化優(yōu)勢、液壓系統(tǒng)的可靠性優(yōu)勢以及傳動技術的高效性優(yōu)勢。值得一提的是，機械傳動技術的變量可以對控制結構產(chǎn)生更積極的影響，進而提高系統(tǒng)性能[6]。

3.3 液壓機械傳動控制系統(tǒng)的構建

在機械設計和制造中，構建液壓機械傳動控制系統(tǒng)是當代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。液壓機械傳動控制系統(tǒng)可大致分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)2個部分，前者負責執(zhí)行，后者負責控制、監(jiān)測和管理。其中，硬件系統(tǒng)主要包括微處理器、輸出部件、儲存部件、I/O部件、編程器以及各類機械化器件，硬件系統(tǒng)的各個部件通過總線連接，進而組成有機整體。液壓機械傳動控制系統(tǒng)的軟件部分又分為系統(tǒng)程序和用戶程序，系統(tǒng)該程序主要是由PLC進行控制，而用戶程序則是開發(fā)者及用戶根據(jù)用戶實際應用需求，在一定的權限規(guī)則下進行定制開發(fā)的。

在液壓機械傳動控制系統(tǒng)的自動化控制中，以微處理器為核心的PLC是實現(xiàn)控制功能的關鍵，其在當今工業(yè)自動化的歷程當中發(fā)揮了關鍵作用[7]。PLC具有較好的靈活性和通用性，其主要是利用自身儲存器及編程程序，通過總線對各個硬軟件部分進行控制。如果在軟件系統(tǒng)運行中出現(xiàn)了一些問題，技術人員可以直接對控制程序進行修改便能有效解決。

4 結語

綜上所述，在現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)的大環(huán)境下，工業(yè)生產(chǎn)領域急需通過利用現(xiàn)代科技，實現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)的升級與優(yōu)化。液壓機械控制系統(tǒng)作為一種當代工業(yè)生產(chǎn)活動中常用的控制系統(tǒng)，在機械設計與制造中發(fā)揮著重要的作用。而相關機械設計制造從業(yè)單位及使用管理單位不僅要看到液壓機械控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，也要明確其存在的相關缺陷及缺陷產(chǎn)生的原因和危害。在此基礎上，機械設計制造單位要積極革新思維，將現(xiàn)代先進的PLC技術、傳動技術與液壓技術進行有機結合，在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)和運行中充分做到揚長避短，進而發(fā)揮液壓機械控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，推動社會生產(chǎn)力的進一步發(fā)展。