淺談現代液壓控制技術的特點及應用

徐海枝

（南寧職業技術學院，廣西 南寧 530008）

液壓控制技術與其他控制技術相比，具有功率重量比大、，響應速度快、布局靈活方便、調速范圍大、工作平穩和易于操縱控制并實現過載保護等許多優勢，因而成為各類機械實現控制的重要手段，在各類機床、生產線、重型機械、起重機械、建材建筑機械、汽車、航空航天、船舶和武器裝備等領域，都得到了廣泛應用。

近年來，液壓控制技術由于不斷移植其他領域的技術成果，推動了液壓控制技術逐漸向自動化、智能化、小型化、高精度、高功率、高效率方向發展，成為當代一系列先進技術的先驅和典范，其應用領域幾乎遍及各行各業。

本文將對現代液壓控制技術的發展歷史做簡單地回顧，并對融合了現代技術的幾種新型液壓控制技術及其工程的實際應用進行探討，為現代液壓控制技術的推廣應用提供借鑒。

1 液壓控制技術的發展與應用概況

1.1 液壓控制技術發展與應用歷史回顧

1648年，法國的帕斯卡提出了靜止液體中的壓力傳播規律——帕斯卡原理，由此揭開了液壓控制技術發展的序幕。然而在漫長的歷史發展過程中，液壓控制技術的發展和應用，步伐相對緩慢，甚至裹足不前。其快速發展和廣泛應用，則是到了20 世紀初，由于第二次世界大戰中大規模軍事武器裝備的生產以及現代工業的興起，特別是汽車工業的發展，裝配流水線、生產自動線和數控機床與加工中心相繼問世，為液壓控制技術的快速發展，創造了先決條件。

液壓控制技術進入工業制造裝備領域之后，在快速發展的生產自動線和自動加工設備技術需求的刺激下，得到了迅猛的發展并日趨成熟，成為自動加工裝備不可缺少的控制手段，曾經引領制造裝備的技術進步，應用領域也不斷拓展。從20 世紀初礦物油引入作為液壓傳動與控制系統的工作介質，到軸向柱塞泵的誕生，三大類閥的面世，再到上世紀50年代電液伺服閥、70年代電液比例閥的發明，都是液壓控制技術領域極具革命性的技術進步。

1.2 現代液壓控制技術的發展概況

液壓伺服控制技術是二次世界大戰期間及之后，由于武器和飛行器等軍事裝備對高精度、快速反應的自動控制系統的需要而發展起來的，在軍事武器裝備的生產中，特別是在航空航天領域中大顯身手。液壓伺服控制技術與現代微電子和計算機技術相結合發展起來的電液伺服控制和電液比例控制技術，構成了現代液壓控制技術的主體。隨著近代電子、計算機、信息、網絡、自動控制等技術的迅猛發展，給液壓控制技術注入了更多新的活力，基于電液伺服控制和電液比例控制的機、電、液一體化的液壓控制技術層出不窮，現代控制技術得到了進一步的發展。

目前，電液控制技術以其明顯的技術優勢，迅速在能量大、控制精度高、響應速度快等領域取代了傳統的液壓控制技術和機電控制方式，應用于精密設備、重要或大型裝備、航空航天裝備、軋鋼設備等，在各行各業的發展中發揮出越來越重要的作用。

2 現代液壓控制技術的應用

2.1 電液伺服控制技術

電液伺服系統是以電氣信號為輸入，以液壓信號為輸出，在系統的輸入和輸出之間有反饋連接的閉環控制系統。圖1 為電液伺服系統的結構框圖，輸入信號通過比較元件與反饋信號進行比較后，得出偏差電信號，由電控器轉換為力信號，電- 機械轉換元件，再把力信號變為位移信號，經液壓放大元件放大后，輸出具有一定壓力和流量的液體，控制液壓執行元件運動。檢測反饋元件檢測被控量或中間量，并反饋回輸入端。系統輸入信號的功率很小，但系統的輸出可以達到很大。

圖1 電液伺服系統結構框圖

電液伺服控制系統，以其一系列的優點，在工程中應用已經相當普遍，成為新系統設計和舊設備改造的重要選擇。電液伺服控制系統有諸多明顯優點：

（1）功率重量比、力矩慣量比或力質量比大；

（2）易于實現直線運動的速度位移和力的控制；

（3）響應速度快，加速性能好，控制精度高；

（4）結構緊湊，尺寸小，凈質量小；但是也存在對油液的精度要求高、閥的加工精度高、工藝性差等缺點。

圖2 是某自動生產線上，下料機械手的電液伺服控制系統，針對機械手取放工件的定位精度差的問題，引人了輸出壓力反饋的控制方法。位置傳感器將液壓缸的位置信號轉換為電信號與輸入電信號比較，得到的偏差信號經伺服放大器放大，輸出控制電流控制伺服閥芯運動，輸出壓力推動液壓缸，帶動負載運動。

圖2 上下料機械手電液伺服控制系統圖

2.2 電液比例控制技術

電液比例控制技術，是電液伺服控制技術的發展和補充，其主要構成部件為比例控制閥，基本原理是輸出能夠隨著輸入的變化連續地、成比例地得到控制。比例控制閥實際是伺服控制閥的一種簡化，主要是利用比例電磁鐵在壓力、流量和方向閥的基礎上改進，以簡化結構，提高可靠性，降低成本。

電液比例控制系統主要有如下優點：

（1）操作方便，容易實現遙控；

（2）自動化程度高，容易實現編程控制；

（3）工作平穩，控制精度較高；

（4）結構簡單，使用元件較少，對污染不敏感；

（5）系統的節能效果好。

主要缺點是成本較高，技術比較復雜。

三峽永久船閘液壓啟閉機，是長江三峽水利水電樞紐工程中的重大裝備，其液壓控制系統的電液比例控制是關鍵技術之一，閘門在高壓大流量變速的復雜工況下運行，能夠始終按設定的曲線平穩運行，而且具有良好的無級變速特性和較高的同步控制精度。

2.3 無線電液控制技術

無線電液控制技術是微電子技術、無線電技術與電液控制技術緊密結合形成的智能控制技術，集成了更先進的液壓控制、通信和圖像處理技術，其原理是先將操作者或機器的控制指令進行數字化處理，然后通過發射天線以無線電波的方式，傳遞給遠處的接收系統，經過解調和解碼，將信號轉換為控制指令，實現對各種類型閥的遠程操作控制。

無線電液控制技術，既有電液控制技術的優點，又有無線電技術的優點，其出現極大地改善了工程機械操作人員的工作環境，提高了工程機械的自動化程度，特別適合在復雜、惡劣和危險環境下工作的機械工程裝備的控制，今后在機械工程領域內將有著廣泛的應用前景。

無人駕駛的挖掘機的控制系統，采用了無線電液控制技術，可以進行遠程操作，極大地改善了操作人員的工作環境，降低了由于視覺受限制所帶來的誤操作事故，提高了自動化程度。

盾構管片拼裝機，是地下隧道開挖的技術密集型重大工程裝備，是應用無線電液控制技術的典型設備。盾構管片拼裝機是一個六自由度的機械手，利用無線遙控系統控制帶負載補償的電液比例多路閥，從而控制機械手各個方向執行器的動作，不但能實現六自由度的無線電液遙控，而且定位準確。

2.4 液壓現場總線技術

現場總線，是連接智能設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，是一項將智能傳感器、控制器、計算機和數字通信融合在一起的綜合技術。在液壓控制系統中，引入現場總線技術，可以通過智能儀表對液壓系統的壓力、流量、溫度等多個參數進行遠程監測和控制，并能夠進行數據的高速、網絡化傳輸，具有很好的開放性和互換性，系統可靠性高，可維護性好，更利于實現高速、高精度的液壓控制，并且降低了系統及工程成本。

現場總線液壓控制系統，在液壓總線的供油路和回油路間安裝數個開關液壓源，其與各自的控制閥、執行器相連接。由于將開關源的輸入端直接掛在液壓總線上，可以通過高速開關方式加以升壓或降壓增流，克服了傳統液壓系統無法實現升壓以及降壓增流的問題，最終輸出與各執行器需求相適應的壓力和流量。液壓系統故障診斷困難，利用現場總線診斷畫面來診斷液壓系統故障，能夠很方便地監控工作現場各種數據，幫助維修人員快速準確地判斷故障。

液壓鍛造機需在高壓、大流量、換向頻繁的工作條件下，對大慣量運動部件進行平穩和精確控制，對控制系統的可靠性和性能提出很高的要求。圖3 是采用液壓現場總線技術的液壓鍛造機系統結構示意圖，由PLC 系統、控制和監測計算機聯網組成現場控制網絡，控制計算機通過網卡與PLC 系統交換信息，并完成鍛造機的位置與壓力閉環控制，提高了系統的控制精度和可靠性。

圖3 液壓鍛造機系統結構示意圖

3 結束語

在科學技術發展日新月異的今天，現代技術裝備的工作精度、響應速度和自動化程度的要求日益提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，現代液壓控制技術的發展不應該是孤立的，而應該是與其他科學技術結合發展的結晶，只有這樣，液壓控制技術的發展和應用前景才會更加寬廣。

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