工程機械液壓系統動力控制技術分析

任春麗

（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

工程機械液壓系統動力控制技術分析

任春麗

（哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

Analysis of power control technology of engineering machinery hydraulic system

工程機械液壓系統動力控制技術主要涉及電力控制、液壓系統控制和發動機三個方面，本文將對工程機械液壓系統動力控制技術進行分析。

工程機械；液壓系統；動力控制技術

近年來，我國計算機技術和機電一體化的迅速發展和廣泛的應用，液壓控制系統技術在工程機械中越來越受到青睞，其作用就在于可以大大提高機器性能和工作效率，使工程機械操作性更強、更穩定，更精細化工作。

液壓控制技術可以分為液壓傳動技術和液壓控制技術，兩者相互作用，并相互影響，以此促進工程機械行業的有序快速發展。

1 液壓傳動和控制系統的工作原理

機床工作臺液壓系統元件的組成由油箱、節流閥、壓力表、開停閥、換向閥、濾油器、液壓泵、溢流閥、液壓缸和連接這些元件的油管。液壓系統的運轉需要能源供給，開始是發動機輸出機械能，然后液壓泵通過電動機帶動旋轉后，并且吸油箱中油，油液通過濾油器過濾后到達液壓泵，當它從液壓泵中輸出進入壓力管通過開停閥、節流閥、換向閥進入液壓缸的左腔，推動活塞和工作臺向右移動，使機械能轉化成液壓能，液壓閥會對轉化后的液壓能進行調節，并分配到系統應用中。

2 液壓系統流量控制措施

液壓泵流量的調節方式分為泵控調速與閥控調速。泵控調速在運作方式上是改變液壓泵排量，達到控制系統流量的過程，目的是減小流量的損失，以此保證功率，更好的實現經濟化運轉。閥控調速在運作方式上需要改變液阻，這種方式存在的問題是當流量經過控制閥，并進入執行元件的時候，多余的流量就會回流到油箱中造成浪費，缺乏經濟性。但是優點是對液壓閥開度的調節可以單純依靠質量較小的電磁鐵推動閥芯來達到目的。在工程機械上用的電磁鐵高速超過20 Hz的已經非常多了。

從泵控調速和閥控調速看，他們具有互補的特點，液壓系統在運行時是根據實際的流量大小的需要來確定初始排量的，而初始排量要修比需要流量大于等于20 L/min，然后通過比例閥對流量大小來控制，目的是確保液壓系統的經濟性和響應速度。對于以上的控制，不論是正、負流量的控制和外部負載敏感的控制，都需要泵控和閥控調速相互配合的流量控制。如圖1、圖2流量控制液壓原理圖。

圖1 負流量控制液壓原理圖

圖2 正流量控制液壓原理圖

從圖1、圖2中，我們看見負流量的控制環境下，控制變量泵排量的是主閥中位流量，并且兩者的變化方向是相反存在的。而在正流量控制環境下控制液壓泵排量與液壓閥開度的因素是相同的，這樣在速度方面可以大大提高相應速度。而在負載敏感控制環境下主閥上的壓力降可以控制液壓泵排量，同時壓力降，并且與操作信號和外負載都有相關性，所以，我們得出的結論是負載敏感控制這種方法是把操作者的速度預期和外負載的速度互相結合控制方式進行的。

3 液壓系統功率控制技術

液壓系統功率控制的主要作用是節能、提高功率利用率和增強作業效率。液壓系統的高效利用，需要讓其適應復雜多變的工作環境，那么液壓挖掘機的工作在挖掘力度上必須到位，需要定量泵來控制適宜流量。

小型機械的定量泵在早期的工程機械系統設計中一直根據系統的最大工作流量(Q)與系統最大工作壓力(P)乘積，然后通過計算轉化后的系統最大輸出功率(N)不能超出發動機的凈功率(Nj)。也就是N=P×Q/η。

但因在一般工況下功率利用系數太低問題，造成不能施展較強的控制功能，其性能不是很好。當前就只有一些小噸位汽車起重機（約5～50 t）的在使用這種定量泵。

在單泵恒功率控制下，單泵的控制系統早期是借助于一個變量機構中的兩個彈簧來進行不同的設計，對變量泵的輸出流量來控制變量泵，當首個彈簧設定力承受到一定的系統壓力時，減小了變量泵的排量，變量泵的輸出就會開始變得很小；直至第二個彈簧的設定力被系統克服后，變量泵和變量斜率都會發生明顯變化，使得變量泵變量出現曲線變化。控制之后，變量曲線上的工作流量乘以工作壓力得出來的離散值能夠達到一個常數。此時可以極大地利用了發動機的功率，提高發動機的動力，同時確保了發動機在過載情況之下也不會導致熄火，從而暫停工作。正是恒功率控制技術利用杠桿的改進，達到了對可變控制機構有效利用的目的。

在雙泵或多泵恒功率控制下，首先是分功率控制。在設計途中，對于分配按照每個泵所相連的操作執行機構要求的實際功率來按一定的比例控制電源，并確保各個泵都能事先規定它自己的工作量。但是因為發動機的功率是恒定的，最大的缺點是發動機的功率不能得到充分利用，假設多泵中發生些許不需要工作的事情，就會造成整個發動機的功率浪費，因此這種分功率控制技術僅限于小型工程機械的使用。其次是總功率控制技術。總功率控制使用一個可變的機制，這與分功率控制的最大區別，而所有泵的流量是相同的，彈簧，壓力都是一個泵的工作壓力之和，假設1/2值的多泵工作壓力之和可以有彈簧設定值，因此主泵啟動變量，這個變量等于單泵恒功率變量。工作曲線方程有：

在功率控制的總功率和對照相對照，發動機的功率利用系數提高非常明顯，同時還實現多個泵之間的互補功率，一個泵沒有啟動，它的力量還可以用于其它泵。這是這種泵的優點，缺點是能量損耗大，原因是總功率每個泵相同的控制執行機構的流量，假 設泵負責停止工作，所以主泵仍在輸出，大流量，主泵輸出的大流量轉化為熱量不見了。

4 結束語

近年來，出現的最新研究也比較多，如交叉傳感控制技術和負反饋交叉傳感技術，由于技術不夠成熟，投資過大，在推廣使用中變得舉步維艱。在以后還需要多加研究開發才行。而在計算機控制技術的優化與控制中，利用PID算法，PLC的PID對輸出工程機械調速控制系統采取控制命令，大大提高了輸出功率，尤其在負載變化情況，也能實現有效的控制，而且還能根據不同環境狀況采取相應措施以保持相同的速度。

隨著計算機控制技術的出現，這樣就會使得機器的輸出功率與效率得到了很高程度的提高，而且在發動機低速條件下也不會熄火，而且還可以繼續工作等優點。因此計算機控制技術的優化與控制使得工程機械液壓系統動力控制技術有了更加明顯的飛躍。

[1] 韓明霞. 工程機械液壓底盤虛擬試驗系統研究[D]. 長安大學，2015.

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[3] 王利華. 液壓挖掘機工作裝置液壓系統的分析研究[D]. 吉林大學，2011.

(P-02)

TH137

1009-797X(2016)06-0077-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.027

任春麗（1994-），女，本科在讀，在讀于哈爾濱石油學院，研究方向為機械設計制造及其自動化。

2016-01-25