液壓傳動控制系統在機械設計制造中的應用探討

嚴周民　艾志亮

摘 要：隨著現代科學技術的不斷發展，液壓控制技術在機械制造設計中的應用越來越廣泛，并將逐漸占據著十分重要的地位。為了確保液壓機械傳動控制系統在機械設計制造中得到有效的應用，本文通過對幾個典型機械加工制造設備的液壓控制系統進行分析，歸納、總結液壓控制系統裝置的應用的合理性及其優缺點，有助于液壓控制技術在機械制造裝備中更好的應用，從而有效促進該行業的進步與發展。

關鍵詞：機械制造設計；傳動控制系統；液壓；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.060

1 液壓機械傳動控制系統的原理

用液體作為工作介質來進行能量傳遞的傳動方式稱為液壓傳動。液壓傳動主要是利用液體的壓力能傳遞動力和運動的，是通過對工作介質的控制和調節實現對工作機構的控制。

一個完整的液壓傳動系統由液壓動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件、工作介質五大部分組成。動力元件常指液壓泵，它是將原動機的機械能轉換成液壓能的轉換裝置，為液壓系統提供壓力液，是整個液壓系統的動力源；執行元件有兩類即液壓馬達和液壓缸，它是將從泵接受來的液壓能轉換為機械能的裝置，輸出轉矩或速度，用于驅動工作機構克服外負載工作；液壓控制元件，有方向控制閥、流量控制閥和壓力控制閥三大類，用于對液壓傳動系統中的工作介質的流動方向、流量、壓力進行控制，以確保執行元件及工作機構能夠完成制定工作；輔助元件，用于保證液壓系統長期、高效工作不可或缺的元件，如油箱、過濾器、蓄能器等；液壓工作介質即傳動液體，既是轉換、傳遞能量的介質，同時也起著潤滑運動零件和冷卻傳動系統的作用。

液壓系統，都是由一個或幾個基本回路組成，而基本回路是為了實現某種特定功能把一些液壓元件按一定方式組合起來的通路結構。實現對液壓傳動系統的控制，從根本上來說就是對液壓回路中的液壓控制元件的控制，即通過改變閥體與閥芯的通斷面積、通斷間隙及通斷接口形式，實現對回路中的工作介質的流量、壓力及流向的控制，以達到對工作機構的控制。改變閥芯相對于閥體位置即可對流量、壓力及流向的控制。實現閥芯動作的方式有手動、機動、電磁動、液動、電液動等，液壓系統控制方式較多。隨著計算機技術的發展，把液壓控制方式與計算機控制技術結合起來是液壓傳動系統控制發展的方向。

2 液壓傳動控制系統的優點和缺點

2.1 液壓傳動控制系統的優點

液壓傳動控制系統主要具有以下突出的優點：液壓傳動依靠工作液體作為傳動介質進行能量傳遞和轉換，工作液體大多為潤滑性能良好的油液，對液壓元件中相對運動副界面有很好的潤滑作用，減少了磨損，提高了元件的使用壽命；工作液體可以用管路輸送到任何位置，允許液壓執行元件和動力元件之間保持一定距離，很方便的可以做到讓操作者遠離危險環境中的工作機構而保證安全；液壓系統在運行中可以實現大范圍的無極調速，調速性能不受功率大小的限制，這在工程機械、加工制造機械、礦山機械中應用廣泛；液壓傳動容易實現無間隙傳動，傳動平穩，操作省力，反應迅速，并能高速啟動和頻繁換向，如汽車的液壓助力轉向系統和水泥罐車不間斷攪拌系統；液壓元件已經標準化、系列化和通用化，這對于液壓系統的設計、制作及其液壓傳動系統的推廣和應用帶來了極大的方便；液壓元件控制的電磁化、電液化及與計算機相結合的控制程序化極大地提高了液壓傳動控制系統的效率，為靈活控制液壓功能組件，實現工作機構適應不同工況狀態成為可能，同時降低液壓功能組件的大小，減少重量，提高了反應速度，促進小型化和高度集成設備的開發和使用。

2.2 液壓傳動控制系統的缺點

液壓傳動系統的工作性能和效率受傳動介質的溫度影響較大，因為工作介質的油液粘度隨著溫度上升而下降，密封性能降低，泄露增加，傳動效率急劇下降，甚至執行元件不能可靠工作，故選用液壓傳動介質時，應盡量選用粘溫特性好的液體；工作液體對污染很敏感，污染后的工作液體對液壓控制元件危害很大，尤其一些磨損后硬質金屬屑隨工作液體的流動進入元件相對運動副界面，劃傷密封件加大泄露，甚至卡住閥芯而不能動作，失去控制執行元件的功能；污染物隨傳動介質會進入液壓系統中各個液壓元件，每個液壓元件都有可能被污染而發生故障，失去工作功能，故液壓傳動系統故障難于排除，對維修、操作及可靠性提出了較高的要求；電液控制系統中壓力控制液體也可能發生泄漏或液體介質溫度變化以及故障檢查、檢測的傳輸控制系統困難而導致故障也是液壓傳動系統可能發生的，導致驅動系統比出現故障，從而影響液壓傳動系統的正常運行，降低了穩定性和準確性，影響了產品的質量和精度，會使設備失去準確的調控。因此，在設備操作前必須仔細檢查每一個元件進行檢查和清洗，消除灰塵及金屬粉末對設備的正常工作的影響。

3 液壓機械傳動控制系統在機械設計制造中的應用

隨著我國現代化進程的加快，大型工程設備急需開發和應用，液壓傳動因其傳遞功率大、低速穩定性好、可無極調速等優點，在這些工程設備開發和設計中得到了廣泛的關注和應用，同時也滿足了這些設備對生產效率和精度較高的要求。液壓機械傳動控制系統的發展，促進了相關技術的發展，取得了良好的效果，實現了一定的控制目標，為大型工程機械裝備能在極端環境中工作，并達到精度要求成為可能。

3.1 液壓控制系統在汽車轉向中的應用

家用汽車尤其是重型工程汽車的轉向操縱，若完全依靠人力轉向，不但費力而且影響汽車的操控，故現代汽車多采用轉向助力機構。液壓助力就是依靠方向盤轉動帶動螺旋傳動機構將其轉變為絲桿的軸向移動，通過連桿移動液壓控制閥閥芯亦做軸向移動，改變閥芯與閥體相對位置，使閥體外接油路接通或斷開，繼而實現給液壓缸供給壓力油液，液壓缸將液壓能轉變成機械能增力輸出再通過杠桿機構放大，迫使輪胎轉向。與此同時，液壓缸活塞桿輸出移動通過杠桿使不完全齒輪旋轉，嚙合齒條使螺母作反向移動，閥芯與閥體恢復到原始位置，完成一輪轉向操作。

3.2 液壓控制系統在煤礦斜井提升膠帶運輸機中的應用

礦用膠帶運輸機基本工作原理是依靠驅動滾筒外表面與環繞其上的膠帶內表面的摩擦力作為運輸機驅動動力的。提高膠帶運輸機運輸能力的途徑有三個方面因素：（1）增大摩擦系數；（2）增加膠帶與滾筒圍包角；（3）增加膠帶張緊力。通常為保證膠帶運輸機既有一定的運輸能力，又不至于因張緊力過大而使膠帶斷裂，需給膠帶運輸機提供恒定的張緊力，如圖所示，為恒張力液壓伺服系統圖，張緊絞車通過鋼絲繩牽引膠帶運輸機活動導向滾筒，使膠帶運輸機保持一定張力。由于膠帶運輸機工作過程因其負載有一定波動變化，為此安裝一個力傳感器，檢測鋼絲繩實際張緊力，與給定張緊力進行比較，得出差值，放大此差值并作為控制信號，控制電液伺服閥進出液壓缸油液方向和流量，液壓缸帶動動滑輪上下動作，保證膠帶運輸機張緊力恒定。

3.3 液壓機械傳動控制系統在其他場合的應用

液壓技術的應用與發展也得益于計算機技術的普遍應用，液壓技術與計算機技術相結合，能夠擴大液壓機械傳動系統的應用范圍，更好地完成工作控制目標。液壓機械傳動控制系統與傳統的機械傳動技術相比較，能夠更加準確地控制目標參數，傳遞效率高，故液壓機械傳動控制系統不但在機械設計制造中應用的前景十分可觀，在不久的未來，將也會在更多的其他工業領域領域的應用越來越廣泛，為企業提高效益起到積極的促進作用。

4 結束語

現代社會科學技術突飛猛進，大功率、多功能、高效率、自動化的生活、生產設備逐漸走進我們的工作和生活，為了很好的應用、操作、開發、控制這些設備，掌握液壓控制技術，并將這些技術合理應用到機械制造設計領域，對機械設備制造的發展將有很大的提升。

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