車輛與工程機械電子液壓控制的發(fā)展研究

0 引言

由于社會主義市場經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展以及當前我國基礎設施工程數(shù)量不斷增大，施工機械的運用也越來越普遍。目前中國施工機械行業(yè)規(guī)模已排名全球第二，并成為了僅次于美國的世界機械工業(yè)強國。而液壓控制系統(tǒng)，由于傳動效率高、穩(wěn)定性較好和可以進行無極調(diào)壓等優(yōu)勢，在中國施工機械行業(yè)的運用越來越普遍。但由于液壓元件特性，以及油液清潔度差等各種因素的共同作用，在施工機械設備作業(yè)過程中液壓控制系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)故障，特別當主油泵發(fā)生故障情況時，往往會造成液壓控制系統(tǒng)無法工作。為此，在液壓系統(tǒng)油道中特別設計了液壓緊急動力單元，當主泵出現(xiàn)故障時可以對工作設備實施緊急撤收，可便于設備的及時轉(zhuǎn)移修理。

1 液壓控制技術

1.1 概念

電子液壓控制作為汽車和工程機械開發(fā)中一項技術，具有重要的作用。該技術主要由電子控制和液壓傳動技術二個方面內(nèi)容所構(gòu)成，兩者相互促進和發(fā)展。首先，電子控制技術的應用是建立在電力基礎上的，首先利用電動機發(fā)力，而后再通過液泵機完成其機械能到壓力的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)高效率運行。然后，工作人員對閥門實施合理的控制，從而完成了對液壓油實際流動方向的正確把控，在這一過程中，隨著液壓油實際流動的方向不同液壓缸就會產(chǎn)生不同的動作，從而進行了不同的工作。

1.2 特點

電子液壓控制技術在車輛以及工程機械發(fā)展過程中的應用，具有其獨特的特點。首先，電子液壓控制技術可以在極小的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)大功率的作業(yè)，同時聯(lián)合多個機械共同展開操作，有效地實現(xiàn)了對設備的遠程操控。其次，電子液壓控制器在實際的應用過程中需要發(fā)動機進行發(fā)電，有效地提高了對能源的利用效率，而且它的使用沒有過于復雜的條件限制，可以在大多數(shù)環(huán)境中實現(xiàn)持續(xù)平穩(wěn)的運行，這就保證了其工作運行的安全性和穩(wěn)定性，提高了其工作效率。另一方面，電子液壓控制技術中液壓元件可以實現(xiàn)標準化和自動化的控制，具有節(jié)能環(huán)保的特點，在使用過程中不會出現(xiàn)嚴重的環(huán)境污染情況，是保護環(huán)境的一個重要舉措，在某種程度上推動了環(huán)境的可持續(xù)性健康發(fā)展。

2 發(fā)動機與電子液壓控制系統(tǒng)的結(jié)合

在本世紀初期，我國絕大部分發(fā)動機的工作原理是通過多個檔位的變速箱對轉(zhuǎn)速進行控制，完成能量的轉(zhuǎn)換，其優(yōu)點在于保證燃料的充分燃燒，提高燃料的利用率。但與之相應的，駕駛員必須及時改變變速箱的擋位，使轉(zhuǎn)速適應工作需要，才能完成工作。隨著發(fā)動機技術的更新?lián)Q代，傳動技術有了進一步的升級，許多發(fā)動機開始通過調(diào)整中央距離系數(shù)的方式來控制發(fā)動機的出力。但同樣的，該技術也存在一定缺陷，因傳動系統(tǒng)調(diào)整的中心區(qū)域間距較小，影響了機器的制動效率。而將電子液壓控制系統(tǒng)與發(fā)動機相結(jié)合，利用液壓傳動機理，可以明顯解決該問題，使發(fā)動機的控制效率和對輸送能量的負荷發(fā)生了變化，減少了駕駛員的操作頻率以及操作難度的同時提高傳動效率。電子液壓控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓傳動裝置不同的是，前者可以充分發(fā)揮發(fā)動機的特性，增強機械的反拖能力。

技術背景：機械自動化技術在我國可以說是起步階段，但多少取得了一些成果，更為我國的制造生產(chǎn)效率提供了強大助力，可是我們的自動化技術正經(jīng)歷著起步過程，依然存在許多迫切須要精進的方面。而欲要我國自動化技術加速進入興盛階段，還要讓自動化知識的大眾化，當更多的人知道自動化將會給我們帶來的好處，便會吸引更多的優(yōu)秀人才，然后給自動化技術的興起給予精準的技術支持，讓自動化技術取得更大的成果，給人們的生活提供方便。

隨著汽車工業(yè)及工程機械發(fā)展規(guī)模的不斷擴大，對電氣及液壓控制提出了更高的技術需求。通過將液壓控制與電氣技術加以有效的組合，進而運用電氣技術的應用達到了控制液壓系統(tǒng)的目的。通過采用這些方法，能夠有效的改善了汽車和施工機器中電氣設備使用性能和效率的改善，從而改善了各種能源在汽車和施工計算中的效率，從而改善了其在汽車和施工機器中應用的安全和運行穩(wěn)定性。比如，以工程挖掘機為例。通過使用電子技術對液壓進行控制系統(tǒng)，可以有效的減小其運行復雜度，提高運行的靈活性和簡潔性，同時能夠結(jié)合實際狀況對參數(shù)做出有效調(diào)節(jié)，從而提高了挖掘效率的提高程度。就目前情況而言，由于當前的科技水平已有了一種新的發(fā)展趨勢，而電子技術也正逐步削弱著其在液壓系統(tǒng)控制上的力度，從而形成了通過變電比控制系統(tǒng)液壓的新概念。靈活的使用電液比能夠更有效地改善汽車和工程機械的穩(wěn)定性，使控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出更為靈活的特性，從而達到更靈活的效果。然后，通過加強對動態(tài)采集液壓泵壓力參數(shù)及其流動參數(shù)的收集工作，并把所收集的信息傳遞至控制中心，而控制中心將會在的基礎上進行相對應的分析與評估，并制定相應的控制指令，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)智能化控制效果，減少人為操作不當帶來的影響，進一步減少了機器的損耗，延長了機器的使用壽命，為企業(yè)帶來更大的效益。圖1是以單片機作為控制核心的一種自動該控制器，通過多個模塊之間的相互配合，可以在車輛原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時，滿足低速轉(zhuǎn)向輕便性的要求；當車輛高速轉(zhuǎn)向時，又滿足高速時的操縱穩(wěn)定性要求，在緊急轉(zhuǎn)向時，保證轉(zhuǎn)向的響應性。

此外，通過分析內(nèi)燃機的工作狀態(tài)可知，將電子液壓控制系統(tǒng)與發(fā)動機相結(jié)合，可以得到兩種工作狀態(tài)。一種是功率不變的輸出，這種輸出模式中，當額定功率在最大扭矩限制內(nèi)時，額定扭矩的最大耗油量也會在一定程度上減小；另一種是輸出可變的模式，這種模式下主要以電子液壓控制裝置為主，對發(fā)電機加以適當控制，并使之維持在最經(jīng)濟性作業(yè)時間內(nèi)，使發(fā)電機的輸出值保持曲線形狀，從曲線方向上也可以找到油門的對應點，從而使輸出率和耗油量都限制在最小范圍內(nèi)。綜合調(diào)整的最主要目的是在于根據(jù)改變發(fā)動機的油門，對發(fā)電機的速度做出合理調(diào)整，同時根據(jù)電子液壓控制器的最大負荷液壓壓力將泵排量求出，并根據(jù)控制油泵的變量將油泵的輸出排量進行追蹤處理，以便得到最終排量數(shù)值，使發(fā)電機的輸出功率和速度保持一致。從高傳動效能的層面分析，通常將元件的速度與氣壓、排量等在標準范圍內(nèi)，就可以將液壓傳動裝置的效能實現(xiàn)最佳，從而進入最高效率區(qū)間。

在進行汽車和工程機械設計工作時最重要的問題就是實現(xiàn)發(fā)電機與傳動系統(tǒng)及其外部載荷之間的最優(yōu)化配合問題。由于以往在該領域中所采用的機械和液力機械傳動方式大部分都是通過切換各檔位變速器機構(gòu)的傳動比提高機器對載荷變動范圍及其寬廣速度的適應性，同時增加發(fā)電機輸出功率，以達到燃料成本的合理下降，該部分的難點是駕駛員必須選取恰當?shù)臅r間實現(xiàn)檔位的轉(zhuǎn)換。雖然采用了可調(diào)解中心距的齒型帶傳動裝置也可以實現(xiàn)無級式變速器的效果，但實際上由于齒輪比調(diào)整范圍仍有一定局限，該裝置在工作容積上變化很大，從而很難形成反拖制動的能力。通過相應的控制裝置及輔助液壓傳動機構(gòu)能達到對傳動系統(tǒng)設備的有效優(yōu)化，從而提高了發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩和控制機構(gòu)對外載荷改變的適應能力，該設備也不再對操作者有很大的影響，能達到對傳動系統(tǒng)效率的高效改善。

3 車輛與工程機械電子液壓控制技術的應用

3.1 實現(xiàn)自動化控制

改革開放初期，中央就多次強調(diào)，要大力發(fā)展我國食品工業(yè)建設。但食品工業(yè)的發(fā)展并非一蹴而就，起點低、技術薄弱、缺乏創(chuàng)新、內(nèi)動力不足等問題成為改革過程中的主要制約因素，食品工業(yè)發(fā)展依舊緩慢。

3.2 實現(xiàn)發(fā)動機與液壓系統(tǒng)的匹配

在液壓元器件的實際應用中，工作速度成為元器件的最大排量數(shù)和最大氣壓數(shù)的函式值，在氣壓逐步降低時或是最大排量數(shù)變小時，這時許用的工作速度也會增加。在元器件的最高速度超過最大轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，就一定要采取減少排量數(shù)或是降低最大氣壓數(shù)的方法，以保證其工作順利運行。在技術參數(shù)搭配過程中，在一般情況下，將大排量最快運行速與發(fā)電機的最大運轉(zhuǎn)速加以合理相互搭配。將這些很小的排量值在以最大的速度工作狀況下，將其與建筑或機械機構(gòu)的最大速度加以合理搭配，且將很小的排量值限制在百分之九十一~百分之九十五左右。

電子液壓控制技術是車輛與工程機械發(fā)展過程中最重要的技術，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，取得了眾多的突破。應該來說，節(jié)能環(huán)保這個特性已形成是其未來發(fā)展趨勢的一種主要趨向，為了更好實現(xiàn)其節(jié)能環(huán)保的特性，可使用液體甚至是生物潤滑油取代液壓系統(tǒng)，降低機械驅(qū)動方面的過度消耗，增加產(chǎn)品應用年限。其次，為達到液壓控制系統(tǒng)的節(jié)電特征，可通過液力透平設備對所消耗的電能加以再利用，從而進一步提高了電能的再利用效果。不過，就目前情況而言，中國對液力透平技術方面的研究成果仍亟待更進一步的提升，因此未來仍有必要加大研究。

3.3 實現(xiàn)智能化控制

針對農(nóng)商行發(fā)展現(xiàn)狀和紀檢監(jiān)察部門履職中存在的問題，為進一步強化紀檢監(jiān)察履職能，營建良好的廉政環(huán)境和經(jīng)營秩序，推動農(nóng)商行健康、快速發(fā)展，建議如下。

智能化控制技術與傳統(tǒng)控制技術也有一定的差別，智能化控制技術是在傳統(tǒng)智能化控制技術基礎上所產(chǎn)生的一個更加較為理想的控制技術方法。智能管理在汽車和機械中的運用能夠?qū)崿F(xiàn)公司長期穩(wěn)定的運營，提高企業(yè)使用壽命和年限，降低其在施工過程中出現(xiàn)故障的概率。其次，在使用自動化控制系統(tǒng)的過程當中，首先必須提前構(gòu)建起一個科學合理的施工機械設備數(shù)據(jù)庫，并在這個數(shù)據(jù)庫內(nèi)錄入最優(yōu)的工程機械液壓控制系統(tǒng)模塊，最后再把傳感器配置到施工機械設備當中，方便其采集各種數(shù)據(jù)參數(shù)。最后，再將數(shù)據(jù)庫中的最優(yōu)模型與采集的實測數(shù)據(jù)二者加以比較，從而進行對工程機械與液壓控制系統(tǒng)的智能控制。通過實現(xiàn)智能化控制，可以極大的提高各種機器的靈敏度，使電子液壓控制技術得以更好的應用。圖2為汽車中EHPS液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過電子液壓系統(tǒng)的使用，可以使不同速度行駛的汽車獲得良好的轉(zhuǎn)向控制，傳動效率也超過了60%，極大的增加了汽車的可靠性。

3.4 實現(xiàn)信息化控制

從目前的情況來看，大型機械的施工作業(yè)一般是將總的施工任務分成各小項，逐項完成。在這一過程中就可看出，液壓傳動系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)液力傳動系的實際工作范圍、配合性能更要強一點。但值得注意的是，將該技術應用于發(fā)動機中，必須對發(fā)動機運行過程中的各類數(shù)據(jù)（如轉(zhuǎn)速，閥門開度等）進行良好的收集，并作出分析。從而可以通過設定好的調(diào)節(jié)程序，對實際工作方式進行調(diào)整，在滿足實際工作需要的同時實現(xiàn)發(fā)動機和液壓傳統(tǒng)裝置的完美組合。

3.5 實現(xiàn)節(jié)能化控制

應用自密實混凝土技術解決了鋼管混凝土柱內(nèi)密實度不足、離析等缺陷，與傳統(tǒng)的逐段澆搗法相比，具有良好的綜合效益。

3.6 實現(xiàn)規(guī)范化控制

首先，在從事機械工程作業(yè)時，各種動作都必須盡可能做到簡單和緩柔順。機械工程技術人員必須時刻按照設備執(zhí)行標準和規(guī)定每一作業(yè)，以降低設備的操作壓力，降低勞動強度較大的機器作業(yè)，以降低液壓機器發(fā)生故障的頻次，以提高機器液壓裝置的使用時長，同時也降低了相應的保養(yǎng)費用。另外還必須重視在機器操作中產(chǎn)生的氣濁噪音問題，在發(fā)生氣濁噪音的時候第一時刻就要對機器的所有部件予以檢查修理，待故障解決之后再接著使用。第二次，在從事機械作業(yè)時，還必須保證適當?shù)臋C械液壓系統(tǒng)工作溫度，一般最合適的主機工作溫度應該在室溫~六十攝氏度左右。因為，一旦液壓控制系統(tǒng)的工作溫度過高，就會使?jié)櫥偷酿ざ葴p小，潤滑量也降低，這樣就增大了主機內(nèi)部各元件間的磨擦力，使主機容易磨蝕，危害主機的運行。為降低油溫過高狀況的發(fā)生，就必須隨時注意散熱器采暖的工作效果，以降低變質(zhì)油品對散熱器采暖的危害，并確保散熱器采暖工作能順利作業(yè)。在氣溫變化較大的時節(jié)，也要注意選擇適當?shù)墓ぷ鲿r機，以降低高溫作業(yè)，并確保主機在合適的工作溫度下正常展開工作。

3.7 應用于制動系統(tǒng)中

近年來，國外的研發(fā)人員也開始將全液壓剎車控制系統(tǒng)運用到參與實際作業(yè)的工程用機械汽車當中，因為相比于傳統(tǒng)的剎車控制系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)在體積差別不大或者更小的狀況下，可以帶來更大的制動力矩、更高的剎車壓力和更為靈敏的剎車感受。而且，由于液壓管路作為全部封閉的電路，所以在制動過程中基本上沒有對周邊壞境產(chǎn)生污染物，因而具備了卓越的環(huán)境特性。圖3為全液壓剎車控制系統(tǒng)示意圖，它將串聯(lián)主缸（TMC）、制動助力器、控制系統(tǒng)（制動防抱死系統(tǒng)（ABS）和電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC））整合成為一個結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的制動模塊。并且可以在150毫秒（車輪鎖定時間）的時間里建立起制動壓力，比現(xiàn)今所用的傳統(tǒng)型系統(tǒng)要快三倍。

4 車輛與工程機械電子液壓控制技術的發(fā)展趨勢

近些年來中國國內(nèi)汽車以及工程機械工業(yè)達到了高速發(fā)展階段，在該歷史背景下，液壓控制技術達到了同電氣技術的有效融合，從而借助電氣技術的有效運用實現(xiàn)了控制液壓系統(tǒng)的目的。該方法能夠切實改善汽車與施工機械的各項特性及其效率，并且還可以進一步提高各種能量在汽車與施工機械設備中的效率，對在其使用過程中汽車與施工機械設備的安全和穩(wěn)定性具有很大的保護意義。以工程挖掘機為例，通過利用電子技術進行對其的液壓控制系統(tǒng)，可以很大程度減少在機械作業(yè)方面的困難度，使工程挖掘機的工作效率得以有效提高。但由于現(xiàn)如今的我國科學技術水平已經(jīng)進入嶄新的發(fā)展階段，而電氣技術又在多路閥施工機械的沖擊下，正逐步削弱它在液壓系統(tǒng)控制上的力度，正是基于此，中國便形成了通過電液比控液壓系統(tǒng)的新理念。靈活地利用電液比，既可提高汽車和工程機械的安全和穩(wěn)定性，也可使控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出更為敏捷的特性，以達到遠程的監(jiān)控效果。加強了動態(tài)地采集液壓泵壓力參數(shù)和水流參數(shù)等數(shù)據(jù)的收集工作，并將其及時向控制中心傳送，以后自動化中心就會在數(shù)據(jù)信息的基礎上進行適當?shù)臄?shù)據(jù)分析和評估，從而進行適當?shù)目刂浦噶?，這樣就對智能化管理有了促進作用，也能夠在很大程度降低對人工的工作壓力。

5 結(jié)束語

綜上所述，液壓控制不但是在中國工程機械發(fā)展中起到了舉足輕重的作用，還帶動相關產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。所以，對國內(nèi)建筑機械制造廠家而言，想要提高建筑機械設備產(chǎn)品質(zhì)量，一定要不斷創(chuàng)新現(xiàn)有的制造技術，積極運用液壓控制，這對于提升建筑機械設備產(chǎn)品質(zhì)量以及使用性能等都具有很大的積極意義。

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