工程機(jī)械中運(yùn)用先進(jìn)液壓控制技術(shù)的研究分析

陳鋒楠

摘要： 本文主要對(duì)先進(jìn)液壓控制的內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，然后對(duì)先進(jìn)液壓控制技術(shù)的特點(diǎn)以及其在工程機(jī)械中的具體使用，例如先導(dǎo)技術(shù)、負(fù)載傳感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行深入介紹，希望能夠促進(jìn)先進(jìn)液壓控制技術(shù)在工程機(jī)械中的具體應(yīng)用，以此保障工程建設(shè)的質(zhì)量。

Abstract： This paper mainly introduces the content of advanced hydraulic control， and then deeply introduces the characteristics of advanced hydraulic control technology and its specific use in construction machinery， such as pilot technology， load sensing technology and computer control technology， hoping to promote the specific application of advanced hydraulic control technology in construction machinery， So as to ensure the quality of project construction.

關(guān)鍵詞： 工程機(jī)械;先進(jìn)液壓;控制技術(shù)

Key words： construction machinery;advanced hydraulic;control technology

中圖分類號(hào)：TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）05-0070-03

1 ?液壓控制技術(shù)的發(fā)展概述

液壓控制技術(shù)在第一次世界大戰(zhàn)以后得到具體應(yīng)用，剛開始是手工液壓控制技術(shù)，效率較低，從1920年以后進(jìn)入快速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，液壓元件正式進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期。1925年威克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，這是近代液壓元件工業(yè)及液壓傳動(dòng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，并發(fā)展到電能液壓控制技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)機(jī)床逐漸應(yīng)用液壓傳動(dòng)，應(yīng)用率高達(dá)30%。80年代以來，隨計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，使得液壓技術(shù)也獲得相應(yīng)的進(jìn)步和提升，液壓控制技術(shù)也逐漸自動(dòng)化。計(jì)算機(jī)控制在液壓控制系統(tǒng)中應(yīng)用，使得系統(tǒng)的精準(zhǔn)度及可靠性不斷提升，逐漸形成智能系統(tǒng)[1]。近年來電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓控制技術(shù)在工程機(jī)械模擬加載、轉(zhuǎn)速控制以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃料控制等系統(tǒng)中的應(yīng)用也更加廣泛。隨科學(xué)不斷進(jìn)步，采取微電子技術(shù)等可對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)診斷及調(diào)整，促使液壓元件朝向集成化及標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，促進(jìn)液壓控制技術(shù)水平的不斷提升。

2 ?工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)分析

解放前，我國(guó)只有在壓機(jī)壓機(jī)機(jī)床中能夠應(yīng)用有限數(shù)量的液壓元件，我國(guó)并無其他液壓工業(yè)[2]。建國(guó)后，受到前蘇聯(lián)的幫助，我國(guó)逐步提升液壓技術(shù)雜姐設(shè)備中的應(yīng)用，經(jīng)過不懈努力我國(guó)液壓工業(yè)終于發(fā)展成為適應(yīng)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，從2009年的統(tǒng)計(jì)來看，我國(guó)液壓工業(yè)主要企業(yè)已經(jīng)超過600個(gè)，液壓技術(shù)科研院所也達(dá)到20個(gè)以上，從業(yè)人員超過30萬人，生產(chǎn)液壓元件高達(dá)1000萬以上，液壓工業(yè)總值為269億元，與早期的液壓工業(yè)相比取得明顯進(jìn)步。

2.1 工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)特點(diǎn)

首先是速度特性，其速度特性如圖1所示。圖中：ω-電機(jī)轉(zhuǎn)速（弧度/秒）;Q-流量（毫升/秒）;p1-負(fù)載（大氣壓）。

如圖1所示，負(fù)載變化的同時(shí)，該系統(tǒng)速度顯示的速度特性為一組平行斜線，并且斜線較陡，這在一定程度上表明系統(tǒng)具有比較良好的硬度特性。從圖像上來看，系統(tǒng)速度特性曲線和變量泵-定量馬達(dá)系統(tǒng)具有一定的相似性，但是變量泵-定量馬達(dá)系統(tǒng)的速度特性是隨著負(fù)載變化而變動(dòng)的，在此假設(shè)基礎(chǔ)上不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速造成影響，實(shí)際應(yīng)用的過程中，負(fù)載變化的同時(shí)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速也發(fā)生著相應(yīng)的改變，而矢量控制變頻調(diào)速在速度較低時(shí)，能夠提供力矩補(bǔ)償以及滑差補(bǔ)償，待速度傳感器時(shí)，速度精度需要保持在大于或者0.02%的范圍內(nèi)。因此，本系統(tǒng)的速度特性曲線需要比變量泵-電力馬達(dá)系統(tǒng)的速度曲線特性更好。

其次是負(fù)載特性，按照定量泵的流量方程Q=DW-C1P1，其中D-泵的排量（毫升/弧度）、C2-泵的總的泄露系數(shù)（立方米/秒）。

2.2 工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

首先是比例技術(shù)以及伺服技術(shù)分析，伴隨著比例技術(shù)以及伺服技術(shù)等多樣化技術(shù)的發(fā)展，工程機(jī)械操作工作逐漸由復(fù)雜變得簡(jiǎn)單，并且能夠在一定程度上促進(jìn)控制的精準(zhǔn)度[3]。尤其是在瀝青混凝土攤鋪機(jī)的使用過程中，想要更加科學(xué)的利用此技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)找平，并且借助電液伺服控制技術(shù)以及電液筆記控制技術(shù)，提升施工的質(zhì)量。根據(jù)推耙機(jī)的切深角度以及控制原理，主要是借助對(duì)伺服技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升對(duì)切身精準(zhǔn)度的保障。與此同時(shí)還需要借助比例閥的開環(huán)控制系統(tǒng)展開對(duì)推耙角度的科學(xué)合理管控，進(jìn)一步提升工程機(jī)械的準(zhǔn)確度，增進(jìn)工程建設(shè)的質(zhì)量。該系統(tǒng)可以在鏟刀之上展開對(duì)壓力傳感器的安裝，并且充分借助壓力傳感器的作用，進(jìn)行負(fù)載大小的檢測(cè)工作。除此之外，還需要充分借助發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)功率，展開對(duì)負(fù)載大小的合理控制，以此保障鏟刀的自由升降，保障其對(duì)切身的自主控制。機(jī)器人具備的控制能力主要是借助電液控制的手段展開相關(guān)的作用，以此完成相應(yīng)的任務(wù)。電液伺服閥控制技術(shù)的精準(zhǔn)度較高，并且可以實(shí)現(xiàn)操作結(jié)束后的迅速響應(yīng)，這樣可以科學(xué)的進(jìn)行施工。這種技術(shù)的控制效果比較優(yōu)異，但是缺乏相關(guān)的耐污染力度，很容易被影響從而導(dǎo)致?lián)p傷。

其次是液壓泵的控制技術(shù)，此技術(shù)在工程機(jī)械過程中應(yīng)用的范圍較廣，一般使用變量泵對(duì)容積的速度進(jìn)行調(diào)控。等到油門的開度保持不變時(shí)，系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)負(fù)載的變化進(jìn)行轉(zhuǎn)速的改變，但是扭矩的輸出并不發(fā)生變化[4]。基于此，單泵系統(tǒng)中泵排量和壓力的關(guān)系呈現(xiàn)反比。雙泵系統(tǒng)中的控制形式存在多樣性變化的特征。一般來說，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)主要由功率以及流量進(jìn)行控制。其中功率控制的形式又被分成功率控制、壓力切斷控制、功率較差控制和變工控制等多樣化的控制形式。這是基于雙泵系統(tǒng)中，兩個(gè)泵的發(fā)動(dòng)機(jī)功率保持在50%，并且自主進(jìn)行工作。但是在正常的使用過程中，會(huì)導(dǎo)致二者的功率存在一定的差異，一個(gè)功率過大、一個(gè)功率過小，影響設(shè)備運(yùn)行。壓力切斷控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出壓力數(shù)值的控制，一旦發(fā)現(xiàn)輸出壓力大于設(shè)置數(shù)值時(shí)，就會(huì)減小泵的流量，并且實(shí)現(xiàn)科學(xué)管控，反之亦然。功率較差控制主要是將一個(gè)泵中的壓力有引入到另一個(gè)泵的引入過程中，進(jìn)一步的對(duì)功率進(jìn)行控制，并且解決流量問題。變工控制可以實(shí)現(xiàn)和流量控制的高度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更好的控制作用。

除此之外，先進(jìn)液壓控制技術(shù)具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力，可以在許多地理環(huán)境中對(duì)其技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用。該技術(shù)還存在較大的優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行科學(xué)的環(huán)?？刂?，機(jī)械操作的過程中不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成破壞，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的機(jī)械作業(yè)，有助于和諧發(fā)展路線的構(gòu)建。機(jī)械工程具有多樣化、多種類的系統(tǒng)泵，不同系統(tǒng)內(nèi)液壓泵的數(shù)量也存在一定的區(qū)別，實(shí)際應(yīng)用過程中也具有多樣化的特征。雙泵系統(tǒng)中存在多樣化的控制形成，較為廣泛的控制措施為功率控制和流量控制兩種。功率控制主要包括功率交叉、分功率、壓力切斷、變功率和總功率的內(nèi)容。功率交叉控制能夠讓雙泵輸出較大的功率，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生功率的群面應(yīng)用，能夠在一定程度上改善兩泵中出現(xiàn)的流量問題。分功率控制的手段主要是兩泵各自占據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的一半，兩者相互獨(dú)立不會(huì)產(chǎn)生什么危害，但是上述問題很可能導(dǎo)致兩泵之間的功率失衡。壓力切斷控制能夠在輸出壓力超過額定數(shù)值的情況下，對(duì)流量進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)整，并且可以和其他方式結(jié)合使用?？偣ぢ士刂频闹饕k法時(shí)間排量調(diào)節(jié)作為雙泵壓力調(diào)節(jié)的重要手段，但是在量泵排量相似的情況下，單個(gè)泵高壓流量小的要求無法實(shí)現(xiàn)。流量控制系統(tǒng)是在泵軸轉(zhuǎn)速不調(diào)整的情況下，科學(xué)的控制泵排量的系統(tǒng)。

最后，相關(guān)部門在對(duì)先進(jìn)液壓控制技術(shù)應(yīng)用以及工程機(jī)械制作的過程之中，也需要提升對(duì)工程機(jī)械工作人員專業(yè)技能的認(rèn)知，在一定程度上對(duì)工作人員掌握相關(guān)控制技術(shù)理論以及實(shí)踐能力進(jìn)行指導(dǎo)，并且建設(shè)具體的先進(jìn)液壓控制技術(shù)應(yīng)用管理機(jī)制。面對(duì)先進(jìn)液壓控制技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中產(chǎn)生的局限性，有針對(duì)性的尋求相關(guān)解決措施，利用獎(jiǎng)懲機(jī)制提升工作人員的工作意識(shí)，這樣才能夠保障工程機(jī)械設(shè)備的控制人員提升工作積極性，深入投入到工作之中，有助于先進(jìn)液壓控制技術(shù)的有效進(jìn)行，對(duì)工程機(jī)械控制技術(shù)發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。

3 ?工程機(jī)械先進(jìn)液壓控制技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

在工程機(jī)械中計(jì)算機(jī)主要發(fā)揮如下兩點(diǎn)作用：控制以及管理，但是值得注意的是這種控制管理僅限于對(duì)整機(jī)的控制和管理[5]。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工程機(jī)械中的逐步應(yīng)用，而對(duì)于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)而言，影響較大的是其中的硬件環(huán)境，計(jì)算機(jī)控制以及管理受到先進(jìn)硬件環(huán)境的保護(hù)。工程機(jī)械的電液系統(tǒng)控制面臨著比較嚴(yán)峻的非線性問題，在一定程度上影響著描述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，使該項(xiàng)工作產(chǎn)生諸多困難，除此之外，控制方法的選擇也受到局限性的影響，仿真智能控制方法的發(fā)展與應(yīng)用，能夠科學(xué)的應(yīng)對(duì)并解決上述過程中存在的問題。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)快速發(fā)展的過程之中，有許多新型的智能化控制方法被提出，其中控制效果最為優(yōu)異的是模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制，這兩項(xiàng)控制技術(shù)的發(fā)展較為成熟，一旦面對(duì)不準(zhǔn)確信息的存在，上述兩種智能控制方法的優(yōu)勢(shì)也就得以展現(xiàn)?，F(xiàn)代化背景下，工程機(jī)械控制的研究?jī)?nèi)容趨于多樣化，并且小有成就。總而言之，科學(xué)、先進(jìn)、合理的控制方法能夠充分發(fā)揮對(duì)工程機(jī)械控制的作用，并且有助于機(jī)械控制系統(tǒng)的構(gòu)建。

以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，其在無限模式下可控制5km，在有限模式下可控制10km，能夠?qū)?00個(gè)油缸實(shí)施控制，進(jìn)而滿足常規(guī)工程機(jī)械要求。此外，其同步控制精準(zhǔn)度是±5mm，能夠滿足工程<10mm的需求，比如，于蘇通大橋南主塔墩5600t港吊箱下放工程施工中，提升吊點(diǎn)共12個(gè)，采取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)吊點(diǎn)實(shí)施同步控制精準(zhǔn)度小于±1mm，達(dá)到較高精準(zhǔn)度。

3.2 先導(dǎo)控制技術(shù)

先導(dǎo)控制技術(shù)的本質(zhì)是通過比較細(xì)微的手動(dòng)操作所產(chǎn)生的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)較大功率的主閥芯的控制，這種操作方式相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單和便捷。從現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用情況出發(fā)，先導(dǎo)控制技術(shù)在工程機(jī)械中主要根據(jù)以下形式展開應(yīng)用。第一點(diǎn)，方向控制，方向控制的具體實(shí)施主要是借助控制油對(duì)多路閥的主閥展開控制，這種控制形式的應(yīng)用范圍較廣，其中先導(dǎo)閥通常使用的是先導(dǎo)減壓閥、雙節(jié)流閥以及高速開關(guān)閥。第二點(diǎn)是排量控制，排量控制主要是利用先導(dǎo)閥產(chǎn)生的控制油對(duì)液壓泵的變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的控制，排量控制的主要目的是使元件速度能夠獲得簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)。除此之外，隨動(dòng)式的先導(dǎo)閥能夠?qū)ξ恢眠M(jìn)行反饋，與此同時(shí)，還可以最大限度的對(duì)功率進(jìn)行擴(kuò)大，從而減少操作人員的工作壓力。上述先導(dǎo)控制形式一般使用手動(dòng)操作進(jìn)行控制，同電動(dòng)控制相比存在一定的弊端，通常來說，手動(dòng)控制桿的一個(gè)手柄只能控制1～2個(gè)元件。現(xiàn)代化建設(shè)背景下，電子控制技術(shù)的使用范圍逐漸擴(kuò)大，工程機(jī)械中電子控制技術(shù)的應(yīng)用也更加廣泛。市場(chǎng)環(huán)境中，電動(dòng)控制桿的產(chǎn)品也逐步走入群眾視野，相關(guān)技術(shù)也獲得提升和發(fā)展。使用多樣化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)控制桿進(jìn)行操作，在一定程度上可能會(huì)出現(xiàn)與之相關(guān)的電氣信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥，對(duì)比手動(dòng)控制桿而言，電動(dòng)控制桿能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路閥的操作，提升了操作人員的工作效率，使操作過程變得更加簡(jiǎn)單。

近年來，先導(dǎo)控制技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，以結(jié)合磁流變技術(shù)實(shí)施壓力閥先導(dǎo)控制裝置相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，可依據(jù)先導(dǎo)式壓力閥相關(guān)原理，其中，閥芯承受的阻尼力=4TπR1l+Δpπ（R12-R2），在公式中，T是磁流變液剪切應(yīng)力，半徑是R1、R2間的環(huán)形縫線，Δp是閥芯兩端的壓力差，進(jìn)而通過對(duì)電磁圈的電流信號(hào)給予控制，完成對(duì)壓力閥的有效壓力調(diào)節(jié)。

3.3 負(fù)載傳感技術(shù)

通常來講，工程機(jī)械的作業(yè)對(duì)象具有一定的復(fù)雜性，其中負(fù)載變化也較為明顯，這在一定程度上對(duì)工程機(jī)械手動(dòng)控制以及電動(dòng)控制的微動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生重要影響，還在一定程度上對(duì)多聯(lián)多路閥的復(fù)合操作產(chǎn)生重要影響]。在此背景下，傳感技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決上述問題，除此之外，還能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)溢流閥中溢流量的科學(xué)控制，有利于節(jié)能工作的具體實(shí)現(xiàn)。負(fù)載傳感技術(shù)利用自身的重要優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在工程機(jī)械的液壓控制中占據(jù)了較為重要的地位，并且實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。負(fù)載傳感技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用，可以讓流量大小免除閥前后的壓差控制，進(jìn)一步促進(jìn)微動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的提升，并且有助于各個(gè)執(zhí)行元件的相互合作。不僅如此，利用壓力補(bǔ)償閥開展對(duì)壓力變化的科學(xué)監(jiān)控，能夠確保在第一時(shí)間對(duì)變量泵以及變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能的作用。從具體的應(yīng)用情況來說，現(xiàn)代化背景下已經(jīng)有越來越多的液壓閥控制系統(tǒng)中應(yīng)用負(fù)載傳感控制技術(shù)，在一定程上增加著控制的精準(zhǔn)度，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

某基于特定負(fù)載的負(fù)載傳感控制技術(shù)圖見圖2。

目前，負(fù)荷傳感技術(shù)在液壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用并不少見，以負(fù)荷傳感技術(shù)于某重型平板車液壓控制系統(tǒng)中的運(yùn)用情況為例進(jìn)行分析，構(gòu)建轉(zhuǎn)向及懸掛液壓控制系統(tǒng)，根據(jù)轉(zhuǎn)向公式能夠?qū)Σ煌喬サ木唧w轉(zhuǎn)角關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)向公式具體為，tan α=L1/R，tan γ=L3/（R+H），tan β=L2/R，該系統(tǒng)能夠節(jié)能，存在高效性，其可控性能也比較高，促使重型平板車液壓得到良好控制。

4 ?結(jié)束語

總而言之，先進(jìn)液壓控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用發(fā)揮著十分重要的作用，既能夠幫助工程機(jī)械在施工工作中實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工作的科學(xué)解決，還可以按照不同作業(yè)情況的需要進(jìn)行有針對(duì)性的管控，以此滿足差異化控制操作的需要，在一定程度上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確化的工程機(jī)械操作，對(duì)操作效率的提升有重要幫助。而在先進(jìn)液壓控制技術(shù)應(yīng)用過程中，需要進(jìn)行相關(guān)的管理工作，才能夠切實(shí)保障技術(shù)水平的提升，從而促進(jìn)工程機(jī)械的穩(wěn)定發(fā)展。

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