機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用

姚興嶺

摘 要：在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)作為一種具有較高傳動(dòng)效率和較強(qiáng)控制精確度的控制系統(tǒng)，始終受到整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的關(guān)注和重視。對(duì)此，本文針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)，在概述其主要作用的基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)和不足，同時(shí)也結(jié)合實(shí)際指出了液壓機(jī)械控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用和構(gòu)建策略，旨在給予機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)一定的幫助和指導(dǎo)，并以此在提升液壓機(jī)械控制系統(tǒng)應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上促進(jìn)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和持續(xù)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造;液壓機(jī)械控制系統(tǒng);應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用原理

所謂液壓機(jī)械控制系統(tǒng)，其以液體作用控制內(nèi)部系統(tǒng)平衡，并依賴活塞將液體壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量。其中，整個(gè)系統(tǒng)一般可分為動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、輔助元件等三個(gè)組成部分。

1.1 動(dòng)力元件

針對(duì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)動(dòng)力元件，其作用在于將壓力轉(zhuǎn)化為能量，常見元件為液壓泵。其中，動(dòng)力元件是整個(gè)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿?lái)源，能夠在滿足不同液壓傳動(dòng)效果的基礎(chǔ)上保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，液壓泵通過變化容量來(lái)控制能量傳輸，因此一般可將液壓泵稱作容積液壓泵。

1.2 執(zhí)行元件

針對(duì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)執(zhí)行元件，以液壓馬達(dá)為主的執(zhí)行元件主要作用在于將液壓泵提供的液體轉(zhuǎn)化為機(jī)械設(shè)備運(yùn)作所需的機(jī)械能量。同時(shí)，執(zhí)行元件能夠就液體流動(dòng)的方向及壓力進(jìn)行控制，這使得整個(gè)執(zhí)行元件能夠滿足液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的不同傳動(dòng)需求。

1.3 輔助元件

為了保障整個(gè)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，需在動(dòng)力元件和執(zhí)行元件基礎(chǔ)上設(shè)置一定的輔助元件。其中，輔助元件多指液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的液壓回路，是系統(tǒng)的能量傳輸通道，同樣是系統(tǒng)的重要組成部分之一。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足

2.1 優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 應(yīng)用范圍廣

相比于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣，不僅可適用于常見的塑料加工，同時(shí)在技術(shù)含量要求較高的鋼鐵冶金領(lǐng)域也具有不錯(cuò)的應(yīng)用效果。例如，針對(duì)農(nóng)林機(jī)械領(lǐng)域，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)能夠有效解決工程機(jī)械需要提高牽引能力但又不能采用全輪驅(qū)動(dòng)方法的問題，能夠在無(wú)級(jí)變速的基礎(chǔ)上保障驅(qū)動(dòng)輪間的協(xié)調(diào)同步。

2.1.2 兼容性高

針對(duì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)，由于其具有輕量化、一體化特點(diǎn)，且能夠針對(duì)微電子技術(shù)進(jìn)行配合使用，因此得力于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)也將在海洋開發(fā)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮較為重要的作用，并能夠在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上以較高的傳動(dòng)效率保證應(yīng)有的傳動(dòng)精確性。

2.1.3 速度快、效率高

在液壓機(jī)械控制系統(tǒng)元件設(shè)計(jì)過程中，為方便系統(tǒng)使用，系統(tǒng)元件多具有重量輕、反應(yīng)快、體積小等優(yōu)點(diǎn)，因此能夠在自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)的調(diào)速控制。同時(shí)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要介質(zhì)為礦物油，這意味著整個(gè)系統(tǒng)不僅無(wú)需人工潤(rùn)滑，同時(shí)也具有較高的使用壽命，適用于多種機(jī)械設(shè)計(jì)制造環(huán)境。

2.2 不足

2.2.1 溫度變化影響較大

在實(shí)際液壓機(jī)械控制系統(tǒng)使用過程中我們發(fā)現(xiàn)，溫度變化是造成系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)比例失衡的主要因素，其原因在于溫度變化會(huì)對(duì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)中的液體黏性造成影響。在此基礎(chǔ)上，如何確保恒定環(huán)境溫度，避免高溫環(huán)境對(duì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)精準(zhǔn)度及運(yùn)行效率造成影響，是液壓機(jī)械控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用面臨的主要問題。

2.2.2 易污染

通過對(duì)實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程進(jìn)行調(diào)查不難發(fā)現(xiàn)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)很容易吸附環(huán)境中的污染物，尤其是當(dāng)污染物吸附到油箱時(shí)，不僅會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)介質(zhì)造成污染，同時(shí)也將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。此外，一些環(huán)境雜質(zhì)會(huì)與系統(tǒng)介質(zhì)相混合而加大系統(tǒng)的傳動(dòng)摩擦，進(jìn)而造成系統(tǒng)運(yùn)行效率的降低。

2.2.3 對(duì)國(guó)外技術(shù)依賴性高

相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)液壓技術(shù)仍處于探索階段，因此液壓機(jī)械控制系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品對(duì)于國(guó)外技術(shù)的依賴性仍相對(duì)較高。在此基礎(chǔ)上，一些由我國(guó)自主研發(fā)的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)元件仍存在較大質(zhì)量問題，不僅無(wú)法與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相符合，同時(shí)也具有使用壽命低等諸多問題。

2.2.4 故障排查困難

對(duì)于液壓機(jī)械控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其本身構(gòu)成復(fù)雜，且會(huì)因與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相配合而較為精密，因此任何因素所致的系統(tǒng)故障都具有一定排查難度。此外，當(dāng)前我國(guó)仍缺乏充足的液壓機(jī)械控制技術(shù)人才，這使得液壓機(jī)械控制系統(tǒng)在機(jī)械制造設(shè)計(jì)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用效果并不突出，并沒有充分發(fā)揮液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)控制層面

從系統(tǒng)控制角度來(lái)看，由于不同的機(jī)械設(shè)計(jì)方式往往會(huì)導(dǎo)致不同的控制體系，因此結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求就液壓機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是保障液壓機(jī)械控制系統(tǒng)應(yīng)用有效性的關(guān)鍵所在。其中，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用價(jià)值在于對(duì)設(shè)備功率及使用效率進(jìn)行控制和精細(xì)化分析，因此通過確定機(jī)械設(shè)計(jì)制造的實(shí)際工作環(huán)境以保障其應(yīng)用穩(wěn)定性往往尤為重要。在此基礎(chǔ)上，依托于液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，其在農(nóng)林機(jī)械制造、塑性加工、工程設(shè)備生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域均有著較為不錯(cuò)的應(yīng)用效果。例如，針對(duì)農(nóng)林機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，可借助液壓機(jī)械控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)林機(jī)械的恒功率輸出控制，借此不僅可提升機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用可靠性，同時(shí)也在保證一定生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上確保其設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 傳動(dòng)技術(shù)層面

基于傳動(dòng)技術(shù)角度，機(jī)械傳動(dòng)效果會(huì)因液壓機(jī)械控制系統(tǒng)控制體系的不同而存在較大差異，且數(shù)據(jù)傳輸控制過程中液壓傳動(dòng)整體效果會(huì)更加受到明顯影響。在此基礎(chǔ)上，伴隨著計(jì)算機(jī)無(wú)線控制技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，將液壓技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)行使用是液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)，尤其是針對(duì)動(dòng)力體系控制層面，可借助液壓機(jī)械控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)配合使用實(shí)現(xiàn)對(duì)于工業(yè)產(chǎn)值參數(shù)的變化調(diào)控，能夠在提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造體系操作性能的基礎(chǔ)上確保機(jī)械控制結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性。例如，可借助UG等計(jì)算機(jī)軟件對(duì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行三維模擬和系統(tǒng)分析，同時(shí)再加上輔助元件的控制幫助，集靈活、簡(jiǎn)便、可視化等多種優(yōu)點(diǎn)為一體的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)得以構(gòu)成，不僅能夠完成多用戶的多數(shù)據(jù)處理作業(yè)，同時(shí)也能借助數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)成形成完成的系統(tǒng)參數(shù)體系。

3.3 軟件設(shè)計(jì)層面

首先，在就系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)關(guān)聯(lián)液壓系統(tǒng)與相關(guān)的組態(tài)軟件，并在確保組態(tài)軟件滿足廠商需求的基礎(chǔ)上盡可能簡(jiǎn)化軟件界面，進(jìn)而以此保障系統(tǒng)使用的可操作性;其次，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)所采用的組態(tài)軟件要足夠強(qiáng)大，要具有一定的兼容性，即能夠與多種硬件設(shè)備所關(guān)聯(lián)，同時(shí)，要針對(duì)組態(tài)軟件配備專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而以此保障數(shù)據(jù)的可儲(chǔ)存性;最后，在設(shè)計(jì)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員操作習(xí)慣進(jìn)行功能優(yōu)化，并盡可能添加較多的人性化功能，進(jìn)而以此滿足不同的機(jī)械設(shè)計(jì)制造操作需求。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的構(gòu)建策略

通常來(lái)說(shuō)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分組合而成。一方面，針對(duì)硬件系統(tǒng)，其一般包括微處理器、存儲(chǔ)器、I/O線路、輸出部件以及編程器，且依托總線方式連接各個(gè)部分;另一方面，針對(duì)軟件系統(tǒng)，一般可分為用戶程序和系統(tǒng)程序兩部分，同時(shí)PLC的控制運(yùn)行由系統(tǒng)程序控制，而用戶程序則主要用于根據(jù)用戶的實(shí)質(zhì)需求來(lái)編制特殊程序。在此基礎(chǔ)上，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的工作原理一般可如下圖所示。

其中，需要特別指出的是，PLC的核心為微機(jī)處理器，這是一種廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域且具有靈活、通用、運(yùn)行可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)的系統(tǒng)部件，即不僅能夠針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在的各種問題進(jìn)行靈活應(yīng)對(duì)，同時(shí)也因其具有較強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定可靠性而十分適用于惡劣環(huán)境下的機(jī)械控制作業(yè)。

5 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，基于我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)械控制技術(shù)作為一種廣泛用于多個(gè)行業(yè)內(nèi)的控制手段已經(jīng)呈現(xiàn)出更加明顯的多元化發(fā)展趨勢(shì)。一方面，相比于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的精準(zhǔn)控制，而從現(xiàn)有液壓工業(yè)銷售額占到機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值的5%左右這一數(shù)據(jù)不難看出，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)具有較為不錯(cuò)的發(fā)展前景，比較適用于當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)發(fā)展需求;另一方面，針對(duì)常見液壓系統(tǒng)，其多采用較大的鋼芯來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，即在幾乎所有工程機(jī)械設(shè)備中都能就液壓機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用，這意味著該系統(tǒng)將呈現(xiàn)出更加規(guī)?；陌l(fā)展趨勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中占有舉足輕重的關(guān)鍵地位。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)管理，在優(yōu)化其控制體系和軟件功能的基礎(chǔ)上不斷提升其自動(dòng)化水平，進(jìn)而以此滿足不同生產(chǎn)需求，并促進(jìn)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]武衛(wèi).試析機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（19）：113.

[2]李天舒.液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特性分析[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（14）：82.

[3]李留柱.液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特性分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019（13）：130-131.

[4]李武德.液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2018，45（12）：251-252.

作者簡(jiǎn)介：姚興嶺（1984—），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，本科，講師，研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)。