智能化液壓演示系統(tǒng)

王宏佳 李紅霄 李波

摘 要：現(xiàn)階段，由于勞動力成本和技術(shù)問題，在我國中小企業(yè)大多數(shù)液壓工作設(shè)備還靠人工進行操作，雖然控制系統(tǒng)比較簡單，制造也比較容易，但是這種方式的精度和效率并不是很高，影響數(shù)據(jù)的精密性，而且在一些條件比較惡劣的情況下，容易造成事故，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展與進步，同時提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，開發(fā)更為先進的控制系統(tǒng)已迫在眉睫，隨著科技飛速發(fā)展，時代不斷進步，智能化系統(tǒng)逐漸成為主體，所以我們團隊在此背景下進行了智能化液壓系統(tǒng)的研究。

在老師的帶領(lǐng)下，我們在圖書館，百度，新浪，以及結(jié)合所學(xué)課程查閱大量資料，首先是對液壓系統(tǒng)進行深入探究，在之前較為成熟的液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，將其加以智能化，開發(fā)一套更為先進的液壓機控制系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急，液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的主要缺點有：1、抗工作液污染能力差2、對溫度的變化較為敏感3、存在泄漏的隱患4、制造難，成本高5、不適于遠距離傳輸且需液壓傳輸6、現(xiàn)在人工操作多余自動化操作。研究智能化液壓裝置系統(tǒng)的目的就是為了更加進一步的簡便操作人員的工作以及人機交互的體驗。提高工作效率并進一步的節(jié)省能耗，提升液壓行業(yè)的整體水平。

關(guān)鍵詞：智能化液壓;液壓控制裝置

一、智能化液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計過程

1.液壓裝置的整體結(jié)構(gòu)及原理

本課題在經(jīng)過一系列調(diào)研的基礎(chǔ)上，為了提高中小企業(yè)的生產(chǎn)效率和系統(tǒng)性能，我組對一些簡單的液壓系統(tǒng)進行智能化設(shè)計，利用微處理器及其自動化技術(shù)結(jié)合液壓形成工藝，設(shè)計液壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)壓邊力，沖制速度等工藝參數(shù)字化，智能化控制，本項目主要設(shè)計內(nèi)容是設(shè)計成一個完美的液壓裝置控制系統(tǒng)，采用ATmega128單片機作為控制主體，它由Atmega系列AVR單片機作為控制的核心，擴展控制通道，信號檢測通道，通訊接口，鍵盤，顯示器，等組成。同時，它具有：

1.控制精度高，控制行程精度可達1秒

2.集成度高，體積小，可靠性高

3.低電壓，低消耗

4.易實現(xiàn)生產(chǎn)線的集成控制，組成柔性生產(chǎn)線及與上位機進行通訊和實現(xiàn)調(diào)度控制

5.優(yōu)異的性價比

根據(jù)上述要求，我小組設(shè)計了一個簡單的液壓系統(tǒng)，如圖所示

2.硬件設(shè)計部分

硬件設(shè)計中采用高性能、低功耗的 AVR 8 位微處理器

先進的 RISC 結(jié)構(gòu)133 條指令 ?通用工作寄存器+ 外設(shè)控制寄存器全靜態(tài)工作工作于16 MHz 時性能高達16 MIPS，10，000 次寫/ 擦除周期具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)通過片內(nèi)的啟動程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的讀修改寫操作多達64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)軟件加密可以通過ISP實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程。由于本單片機所用的工作電壓為 4.5 - 5.5V ATmega128，所以不能直接控制電磁閥，故需要設(shè)計放大電路。

（1）本單片機具有良好的性能，為操作者提供6中睡眠模式，可以提供更多的選擇和操作。

（2）具備顯示屏，能提供更好的人機交互體驗，從而更加方便的操作。

3.軟件控制設(shè)計部分

在控制方面，通過單片機來當(dāng)作核心控制，使用按鍵來設(shè)置工作模式和工作時間，通過LED數(shù)碼管和外接顯示屏來先視工作方式和工作時間。利用ATmega128單片機模塊中的定時器來計時，當(dāng)計時器和顯示屏歸零，則中斷請求，改變電磁閥的通電狀態(tài)，從而實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制功能。

二、未來發(fā)展趨勢

由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面：

1、減少能耗，充分利用能量

液壓技術(shù)在將機械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機械損失上。需要解決下面幾個問題：

1.減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進元件內(nèi)部流道的壓力損失，采用集成化回路和鑄造流道，可減少管道損失，同時還可減少漏油損失。

2.減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力。。

3.發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、通徑電磁閥以及低功率電磁閥。

4.改善液壓系統(tǒng)性能，采用負荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路。

5.為及時維護液壓系統(tǒng)，防止污染對系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測方法，對污染進行在線測量，要及時調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時而造成損失。

2、主動維護

液壓系統(tǒng)維護已從過去簡單的故障拆修，發(fā)展到故障預(yù)測，即發(fā)現(xiàn)故障苗頭時，預(yù)先進行維修，清除故障隱患，避免設(shè)備惡性事故的發(fā)展。要實現(xiàn)主動維護技術(shù)必須要加強液壓系統(tǒng)故障診斷方法的研究，當(dāng)前，憑有經(jīng)驗的維修技術(shù)人員的感宮和經(jīng)驗，通過看、聽、觸、測等判斷找故障已不適于現(xiàn)代工業(yè)向大型化、連續(xù)化和現(xiàn)代化方向發(fā)展，必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強專家系統(tǒng)的研究，要總結(jié)專家的知識，建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識庫，并利用計算機根據(jù)輸入的現(xiàn)象和知識庫中知識，用推理機中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預(yù)防措施。要進一步引發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，對于不同的液壓系統(tǒng)只需修改和增減少量的規(guī)則發(fā)展動向趨勢。

3、液壓行業(yè)

液壓元件將向高性能、高質(zhì)量、高可靠性、系統(tǒng)成套方向發(fā)展;向低能耗、低噪聲、振動、無泄漏以及污染控制、應(yīng)用水基介質(zhì)等適應(yīng)環(huán)保要求方向發(fā)展;開發(fā)高集成化高功率密度、智能化、機電一體化以及輕小型微型液壓元件;積極采用新工藝、新材料和電子、傳感等高新技術(shù)。

液力偶合器向高速大功率和集成化的液力傳動裝置發(fā)展，開發(fā)水介質(zhì)調(diào)速型液力偶合器和向汽車應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，開發(fā)液力減速器，提高產(chǎn)品可靠性和平均無故障工作時間;液力變矩器要開發(fā)大功率的產(chǎn)品，提高零部件的制造工藝技術(shù)，提高可靠性，推廣計算機輔助技術(shù)，開發(fā)液力變矩器與動力換檔變速箱配套使用技術(shù);液粘調(diào)速離合器應(yīng)提高產(chǎn)品質(zhì)量，形成批量，向大功率和高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展。

參考文獻：

[1]陶圣凱 張玲 李顯林 瞿全 智能液壓系統(tǒng)科研論文2011

[2]馬憲亭 姜福祥 《液壓與氣壓傳動技術(shù)》2009

[3]沈建良 《ATmega128單片機入門與提高》2009

課題項目：智能化液壓演示系統(tǒng)大創(chuàng)項目（202011430036）

（遼寧科技學(xué)院 ? 117004）