機械設計制造中液壓傳動控制系統(tǒng)的應用

劉曉花

摘 要：機械制造行業(yè)的快速發(fā)展，使得傳動技術研究也進入到了高速發(fā)展時期，在此背景下液壓傳動控制系統(tǒng)的應用開始得到高度重視，期望能夠通過對控制系統(tǒng)基本情況的研究，實現(xiàn)對該系統(tǒng)在機械設計制造中的合理應用。本文將通過對液壓傳動控制系統(tǒng)原理以及組成情況的介紹，對液壓傳動系統(tǒng)優(yōu)缺點進行分析，并以此為切入點對液壓傳動控制系統(tǒng)在機械設計制造中的應用展開探討，旨在提升液壓傳動控制系統(tǒng)應用水平，實現(xiàn)理想化機械設計制造模式。

關鍵詞：液壓傳動控制系統(tǒng) 機械制造行業(yè) 機械設計制造 執(zhí)行元件 動力元件

液壓機械傳動系統(tǒng)的使用與不斷升級，實現(xiàn)了對我國機械制造行業(yè)發(fā)展的有效推動，為相關行業(yè)的發(fā)展提供了可靠支持。為確保液壓機械傳動系統(tǒng)，能夠在液體壓力作用下，達到對能量進行控制轉(zhuǎn)換以及傳遞的效果，實現(xiàn)對機械設備運轉(zhuǎn)流程的有效保障，需要通過對傳動方式進行選擇的方法，確保機械設計制造水平能夠得到切實提升，以便為機械制造行業(yè)整體發(fā)展提供有利契機和助力。

1 液壓傳動控制系統(tǒng)的原理與組成分析

液壓傳動控制系統(tǒng)的工作原理是，先通過動力元件液壓泵將原動機（如電動機）輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能，再經(jīng)密封管道和控制元件等輸送至執(zhí)行元件如液壓缸，將液體壓力能又轉(zhuǎn)換為機械能以驅(qū)動工作部件工作。液壓傳動系統(tǒng)主要由執(zhí)行元件、動力元件、控制元件以及輔助元件五部分組成，各部分的具體作用如表1所示。

整體液壓機械傳動系統(tǒng)包括軟件以及硬件兩部分內(nèi)容，其中硬件部分包括編輯器、存儲器以及微處理器等設備，會借助總線進行硬件部分的連接；而軟件部分包括用戶程序以及系統(tǒng)程序兩部分內(nèi)容，用戶程序會按照具體需求展開程序翻譯，而系統(tǒng)程序主要控制PLC。PLC屬于核心控制部分內(nèi)容，具有良好的靈活性以及普遍性特點，能夠通過對存儲器的應用，完成程序編輯而實現(xiàn)相應控制。會在控制需求發(fā)生改變時，通過對程序的優(yōu)化和升級，達到對不同對象進行遠程控制的目標，具備較強功能以及可靠性特點，具有容易維護以及操作簡單的優(yōu)勢，擁有良好系統(tǒng)抗干擾能力。需要通過合理對PLC進行應用的方式，保證液壓機械傳動系統(tǒng)運行質(zhì)量，確保其能夠為整體系統(tǒng)應用提供可靠技術支持。

2 液壓傳動控制系統(tǒng)優(yōu)缺點研究

2.1 優(yōu)點分析

將液壓傳動控制系統(tǒng)應用到機械設計制造領域之中，具備工作效率高以及高壓等方面優(yōu)勢，實用性較為突出，不僅傳動功率較為理想，而且能夠達到高度集成化效果，整體應用一體化以及小型化等優(yōu)勢較為突出，可以更好地完成機械設計制造各項任務?？刂葡到y(tǒng)能夠完成控制器的編程以及計算機等各項設備的高質(zhì)量應用，可以通過和微電子技術進行有效融合的方式，在較小空間范圍內(nèi)完成對功率的精準操控。

在進行液壓機械傳動控制系統(tǒng)的控制元件布置過程中，需要根據(jù)要求保證整體布置的靈活程度，在相同功率狀態(tài)下，能夠?qū)Ⅲw積控制在最小，使其具備重量輕以及反應快等優(yōu)勢，方便更好地展開操縱。需要保證液壓傳動在使用過程中的壓力能夠達到50MPa左右，確保能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍內(nèi)的調(diào)速處理。機械自動化以及直線運動的實現(xiàn)，也是該系統(tǒng)應用優(yōu)勢體現(xiàn)。因為系統(tǒng)介質(zhì)以礦物油為主，能夠達到自動潤滑作用，可以有效延長系統(tǒng)使用壽命，所以更加便于機械自動化以及直線運動的實現(xiàn)，能夠利用電液聯(lián)合控制模式，達到高度自動化管控效果。

2.2 缺點分析

為確保液壓傳動系統(tǒng)能夠處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，需要避免液壓系統(tǒng)出現(xiàn)漏油狀況，避免因為漏油而導致液壓機械系統(tǒng)出現(xiàn)比例失衡問題。同時，溫度變化也會對控制系統(tǒng)運行產(chǎn)生直接影響，主要是因為在不同溫度環(huán)境中，系統(tǒng)中的液體粘性也會有所不同，會導致系統(tǒng)運動特性發(fā)生改變，進而導致對控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性造成干擾。此外，如果液壓傳動控制系統(tǒng)在運行時發(fā)生故障問題，整體故障檢查以及排除難度相對較大，會因為系統(tǒng)運行而造成相應污染，部分液壓元件在加工過程中也會產(chǎn)生金屬粉末，會在金屬管螺紋位置和其接觸時發(fā)生密封膠脫落問題，導致系統(tǒng)運行受到干擾。

為將液壓傳動控制系統(tǒng)的優(yōu)勢完全發(fā)揮出來，確保其劣勢問題能夠得到有效控制，保證整體系統(tǒng)能夠在機械設計制造中發(fā)揮出更大的作用，需要確定系統(tǒng)運行最佳方案，以便更好地展開系統(tǒng)應用，高質(zhì)量完成各項機械設計制造任務。

3 機械設計制造中液壓傳動控制系統(tǒng)的應用

3.1 液壓機械傳動系統(tǒng)設計控制關鍵

3.1.1 合理設置配合面粗糙度以及運動零部件

在進行液壓機械傳動系統(tǒng)設計過程中，為保證最終傳動效果，需要做好配合面粗糙度的設置，一般會將其粗糙度控制在0.8以下，運研磨和滾刮的方式進行加工處理。滾刮屬于較為先進工藝模式，具有金屬表面強化以及高效率等方面特點，能夠?qū)⒁簤好芊饧砻婕庸こ社R面效果，可以達到切實提高其使用性能以及使用壽命的目標。但業(yè)內(nèi)也有部分人士認為，接觸密封件金屬表面光滑度需要控制在合理范圍之內(nèi)，不易出現(xiàn)光滑度過高的情況。認為如果接觸面存在一定凹坑，可以達到進行油液儲存的效果，進而達到降溫以及潤滑的作用，能夠有效降低爬行以及部件異響等問題的發(fā)生概率。綜合上述情況，在實際進行設計過程中，需要根據(jù)具體需求展開表面粗糙度的設計。

3.1.2 做好液壓部件清潔度

液壓部件清潔程度和其使用壽命有著密切關聯(lián)，是不可忽視的重要一環(huán)。在進行加工清潔過程中，需要做好去毛刺以及除銹等各項清理工作，確保液壓部件清潔度能夠達到要求，達到有效延長部件使用壽命的目標。同時，需要做好圓角過渡設計，保證密封件裝配質(zhì)量。根據(jù)標準流程展開設計，對密封件參數(shù)以及工作環(huán)境等各項內(nèi)容進行嚴格檢查，確保密封件設計方案能夠滿足具體要求。

3.2 實際應用分析

在開展機械設計過程中，液壓傳動系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)部件包括輸出軸以及行星齒輪等各項內(nèi)容。其中，行星齒輪可以根據(jù)需求對功率進行分流處理，并將其輸入到機械路或液壓路之中，通過進行并聯(lián)處理的方式，達到功率驅(qū)動，進而將行星齒輪并聯(lián)到功率回流之中，達到驅(qū)動傳動同時輸出的效果。傳動系統(tǒng)主要分為開式以及閉式兩種模式，開式的運行方式相對較為簡單，無論是保養(yǎng)還是安裝工作都較為方便，但需要設置容量較大油箱設備。閉式整體結(jié)構(gòu)相對較為緊湊，只需要設置補油油泵即可，液路冷熱交換能力相對較弱。

較為常見的應用實例主要體現(xiàn)在以下幾個方面，由于篇幅限制，不能進行詳細介紹，只進行簡單分析，希望能夠?qū)ζ鋺糜谢玖私?。具體應用實例如下：①煤炭機械。在進行煤炭機械車輛設計過程中，需要運用控制系統(tǒng)進行調(diào)速，按照機械設備具體使用要求，利用傳動系統(tǒng)油泵或液壓馬達進行搖臂設備的調(diào)速處理，確保液壓馬達取卡量和油泵流量調(diào)節(jié)便利程度；②公交車。公交車一般會運用閉式傳動系統(tǒng)，保證液壓馬達能量和泵能量之間轉(zhuǎn)換質(zhì)量，會通過對開式系統(tǒng)的應用，作為公交車傳動系統(tǒng)展開一次元件液壓儲能操作，現(xiàn)階段公交車液壓機械傳動系統(tǒng)，主要以閉式系統(tǒng)為主，會運用不同傳動軸，展開動力輸出和輸入處理，系統(tǒng)功率流向較為分明，能夠有效避免混流狀況；③礦山裝載機。礦山裝載機械會運用液壓機械傳動系統(tǒng)，展開變速器運行狀態(tài)與斜盤角度控制，會通過對制動器、液壓馬達以及變量泵等設備的應用，在差動輪系助力之下，完成機械動力和液壓動力的合成，會通過對液壓機械傳動系統(tǒng)的應用，對自動變速換擋進行控制，確保機械傳動效率能夠達到理想狀態(tài)，減少不必要的能量消耗問題，能夠取得較為理想的經(jīng)濟效益；④履帶式車輛。將液壓機械傳動系統(tǒng)應用到履帶式作業(yè)車輛之中，能夠保證機械在行駛過程中根據(jù)實際需求進行科學調(diào)速，可以保證作業(yè)速度，確保馬達輸出特征能夠與行駛阻力保持匹配，實現(xiàn)對作業(yè)機械動力性能的有效改善，在進行車輛傳動系統(tǒng)參數(shù)設計過程中，需要對輸出轉(zhuǎn)速以及液壓馬達增速等各項內(nèi)容進行考量，做好輸出比以及輸出轉(zhuǎn)距等各項參數(shù)的設置；⑤清掃車。將系統(tǒng)應用到清掃車制造之中，能夠利用系統(tǒng)保證車輛的行駛工作效率，確保車輛油耗問題能夠得到有效控制，減少不必要的廢棄排放，可以達到良好的使用效果；⑥分速匯距系統(tǒng)。運用系統(tǒng)能夠?qū)囕v轉(zhuǎn)向性能以及傳動性能進行有效改善，可以實現(xiàn)對車輛分速匯距系統(tǒng)的有效控制。如液壓機械傳動系統(tǒng)屬于兩段式傳動結(jié)構(gòu)模式，運行工況包括液壓機械以及純液壓機械兩種模式，在傳動工況中，液壓機械傳動功率要遠遠高于純液壓傳動功率，可以利用傳動控制系統(tǒng)，保證車輛能夠借助檔位高低轉(zhuǎn)換完成各項控制，確保車輛作業(yè)模式以及運輸模式能夠處于理想運轉(zhuǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)中的傳動能力也能夠達到預期目標。

3.3 系統(tǒng)應用作用分析

3.3.1 控制設備

在進行機械設計制造時，需要進行控制的設備種類以及數(shù)量相對較多，要保證能夠?qū)崿F(xiàn)對各部件的嚴格管控，以便保證后續(xù)工作能夠順利進行。例如，需要通對設備功率進行計算的方式，確定液壓機械控制系統(tǒng)最大使用效率，明確周圍施工環(huán)境具體情況，設置正確施工方式，以便保證外界影響因素不會對系統(tǒng)正常使用造成干擾。運用液壓機械制造系統(tǒng)，能夠為機械設計制造行業(yè)發(fā)展提供有效動力，可以高質(zhì)量完成塑性加工，借助外力對加工材料進行外形調(diào)整，保證材料本身性質(zhì)不會發(fā)生改變。系統(tǒng)應用能夠?qū)崿F(xiàn)對加工流程的切實簡化，可以保證質(zhì)量以及加工成本控制合理性。在對復雜部件進行加工過程中，可運用系統(tǒng)達到高質(zhì)量完成加工任務的目標。就系統(tǒng)整體應用情況來看，其在機械設計制造體系中的應用已經(jīng)處于較為完善狀態(tài)，在材料加工以及塑性加工等工作中開展有著積極影響。

3.3.2 性能優(yōu)化

液壓機械控制系統(tǒng)應用與傳統(tǒng)機械設計方式并不相同，可以運用傳動技術對機械傳動工作效果進行改善，從性質(zhì)角度入手進行設計優(yōu)化。由于該項技術在諸多領域中均有涉獵，可以在現(xiàn)代化技術配合之下，利用計算機控制等技術和傳動系統(tǒng)保持密切配合，可以高質(zhì)量完成工作，所以整體運用效果也較為理想。例如，在對動力體系進行設計過程中，會運用傳動技術進行控制，按照工業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)變化情況展開液壓參數(shù)比的管控，能夠利用傳動技術對系統(tǒng)剛性進行優(yōu)化，保證變量系統(tǒng)的控制效果。

3.3.3 參數(shù)控制

液壓機械控制系統(tǒng)具備良好的運動參數(shù)以及動力參數(shù)控制效果，能夠在工程機械裝備中發(fā)揮出更大的作用。由于液壓具有高壓傳遞特性，能夠在保證恒功率輸出控制效果的同時，達到對其進行科學應用的目標，所以可以利用該技術更好地完成各項參數(shù)控制任務。就構(gòu)成情況而言，液壓系統(tǒng)整體構(gòu)成相對較為簡單，包括大型系統(tǒng)鋼芯，能夠保持正反方向的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，可以根據(jù)具體需要確定具體的運轉(zhuǎn)方向，可以實現(xiàn)對操作程序的切實簡化。在工程機械裝備之中，液壓技術應用能夠達到理想化的控制效果，可完成對各種機械的高質(zhì)量控制。由于液壓控制技術的應用具有諸多優(yōu)勢，在恒功率組合方面的作用尤為突出，所以需要進一步加大對該項技術的研究以及應用力度，對其在變量系統(tǒng)中的應用價值進行充分分析，以便更好地展開技術應用，實現(xiàn)深層次技術應用模式。

3.3.4 系統(tǒng)創(chuàng)新

在此將以純水液壓機械控制系統(tǒng)為例進行介紹。該項系統(tǒng)屬于機械設計制造行業(yè)創(chuàng)新性項目內(nèi)容，整體應用前景較為廣闊，系統(tǒng)應用過程中的介質(zhì)主要以純水為主，具有成本低廉以及來源廣等方面的優(yōu)勢。因為液壓油存在泄露的可能性，如果發(fā)生泄漏問題，會對系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生直接影響，甚至引發(fā)火災以及污染等各項事故，并不符合持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，所以運用純水作為介質(zhì)進行應用，能夠在達到良好阻燃效果的同時，降低安全隱患以及污染等問題發(fā)生可能性，所以在今后，該項運行模式將成為液壓機械控制系統(tǒng)重點傳動技術，能夠為我國機械制造行業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻。

3.4 系統(tǒng)應用優(yōu)化建議

為確保液壓機械傳動系統(tǒng)能夠在機械設計制造行業(yè)中得到更好的應用，首先需要進一步加大對傳動系統(tǒng)的研究力度，明確系統(tǒng)應用方式以及具體應用要求，掌握控制系統(tǒng)的各項管理細節(jié)，將系統(tǒng)合理應用到機械設計制造之中；其次，需要不斷對系統(tǒng)應用進行完善，做好介質(zhì)以及各項細節(jié)的升級和改造，保證系統(tǒng)應用能夠發(fā)揮出更大的效果，能夠按照持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略進行系統(tǒng)升級和改進，確保系統(tǒng)能夠更加符合機械設計制造的各項需要；最后，加強專業(yè)化人才培養(yǎng)力度，按照產(chǎn)學研相結(jié)合的方式，通過高校、科研機構(gòu)和企業(yè)三方進行有效配合的方法，利用高校師資力量、科研機構(gòu)科研力量以及企業(yè)實踐等方面力量和資源，制定出較為合理的人才培養(yǎng)計劃以及輸出方案，確保能夠按照具體需要對人員進行針對性培養(yǎng)，保障人員的專業(yè)化能力以及系統(tǒng)應用能力，以便為系統(tǒng)應用和研究優(yōu)化提供源源不斷的人力資源支持。

4 結(jié)束語

需要明確認識到，對液壓機械傳動系統(tǒng)進行使用的主要目標，是保證控制技術以及液壓傳動技術能夠得到合理融合，可以將液壓傳動控制系統(tǒng)優(yōu)勢以及性能穩(wěn)定性充分發(fā)揮出來，實現(xiàn)對機械設計制造工作的有效輔助，推動機械制造行業(yè)發(fā)展。因此，需要進一步加大對液壓傳動控制系統(tǒng)的研究力度，明確系統(tǒng)運行原理以及組成等基本情況，并根據(jù)實際設計使用需要，對系統(tǒng)展開科學研究，以便實現(xiàn)理想化設計模式，保證最終機械制造行業(yè)發(fā)展質(zhì)量。

2021年甘肅省高等學校創(chuàng)新基金項目《基于ANSYS的帶式輸送機換向滾筒有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計》。編號：2021A-293。

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