機械設計制造中液壓機械控制系統的優缺點及應用分析

劉軍偉

(江蘇安全技術職業學院電氣工程學院，江蘇 徐州 221000)

1 液壓機械控制系統的基本原理

液壓機械控制系統主要是一種在液體平衡狀態下，利用油泵產生具有一定內部壓力的液態油，將其通過液壓管路輸送到各個執行元件中，再通過活塞等系統中壓力的不平衡狀態，促使系統運行做功。在液壓機械控制系統當中，活塞的大小將對所要施加的壓力大小提出要求，活塞比較大時，所要施加的壓力也要提高[1]。總體來講，液壓機械控制系統的主要元件包括以下幾個部分：

(1)執行元件。執行元件是實現液壓泵將液壓能轉為機械能的轉換元件，其中液壓馬達是主要的設備之一，可以確保液壓能的轉換效率。除此之外，液壓執行元件可以對系統內部液體壓力大小、方向等進行有效控制，進而實現執行元件和各項生產活動的有機協調。

(2)動力元件。動力元件主要是為液壓機械控制系統提供主要動力的系統，其核心設備是液壓泵。在整個液壓控制系統運行的過程當中，液壓泵和齒輪泵等元件聯合運行，為液體在系統中的傳輸提供必要的動力。

(3)輔助元件。輔助元件主要是指各類管道、容器、馬達、密封件等元件，輔助元件是建立液壓機械控制系統中液壓回路的重要組成部分。如今液壓機械控制系統的結構、功能越來越復雜，涉及到的設備越來越多，意味著對輔助元件的數量、種類及技術要求也提高了很多。輔助元件的運行效果，將直接決定液壓機械控制系統的運行效率和穩定性[2]。

2 機械設計制造中液壓機械控制系統的優缺點

2.1 優點

其一，占用空間小。液壓機械控制系統主要是使用油液作為運行介質，在系統運行的過程當中，功率損耗會產生一定的熱量，而油液的運行可以將熱量帶向別處[3]。基于此，可以減少降溫設備的布置，而在特定功率環境下，液壓系統各個部件占用的空間更小。其二，負載能力強。液壓機械控制系統得益于機械部件和液壓系統的剛性優勢，在閉環系統當中所具備的定位剛度更大，不僅可以承擔更大的負載，同時還能降低運行誤差。其三，可實現無極調速。在液壓機械控制系統技術不斷進步的情況下，該系統和傳統機械結構相比，具有更高的效應速度，同時可以實現快速啟動、制動和反向操作。同時，液壓機械控制系統中高的力矩慣量也比較大，進而可以實現更強的加速能力。綜合來看，這些優勢也是液壓機械控制系統實現無極調速的關鍵，進而進一步提升了系統的穩定性和可靠性。

2.2 缺點

首先，由于液壓系統是利用油液等液體產生的壓力實現動能轉化和傳輸的，因此對系統各個部件的密封性、剛性要求較高。但是由于受到制造工藝、后期運行維護方式的影響，加上很多情況下系統長期運行之后會出現機械勞損、管道容器破裂等情況，因此液壓機械控制系統漏油、漏液的情況經常發生，不僅影響系統的運行，還會產生安全隱患。其次，多數液壓控制系統中的液體密度、粘度會受到環境溫度的影響，進而使系統供液量、能量轉化速度受到影響，進而影響系統的運行效率和性能[4]。再次，液壓控制系統中的油液如果混入空氣，在機械運行過程中不僅可能導致系統異常抖動、發出噪音，甚至會產生爆燃的風險。最后，從自動化運行管理的角度來講，液壓機械控制系統實現自動化控制的難度較大。因此，通常在控制系統的小功率部分都不會使用液壓機械控制裝置。

3 機械設計制造中液壓機械控制系統的應用

3.1 機械設計制造中的系統控制

在機械設計制造中，液壓機械控制系統的應用擁有多種形式。在工程設備體系控制中，該系統主要是對設備功率進行控制，而液壓機械控制系統的設計應用中，要對生產活動的環境、工藝進行明確，確保系統在惡劣的施工環境及條件下可以穩定有效運行[5]。在當前技術條件下，液壓機械控制系統技術在多個領域中都有很好的應用效果，尤其是在塑性加工領域當中，可以提高加工質量。在機械設計制造中，應用液壓機械控制系統可以簡化部分生產活動的生產控制流程，實現對復雜部件的加工制造，并且還能做到對生產過程的有效監測和控制。

3.2 傳動技術

在機械化生產系統當中，傳動技術的應用至關重要，而液壓控制系統和傳動技術的結合，將進一步提高系統的控制能力。簡單來講，在設計和制造自動化機械系統時，要先評估系統中對機械傳動模塊的具體要求。因為不同的層面傳動當中的機械傳動效果有所差異，而通過在數據傳輸控制中應用液壓傳動系統，可以提高傳動效果。在如今計算機無線控制技術不斷發展的情況下，可以將計算機控制技術和液壓技術、傳動技術進行有機結合，進而充分發揮計算機控制技術的自動化優勢、液壓系統的可靠性優勢以及傳動技術的高效性優勢。值得一提的是，機械傳動技術的變量可以對控制結構產生更積極的影響，進而提高系統性能[6]。

3.3 液壓機械傳動控制系統的構建

在機械設計和制造中，構建液壓機械傳動控制系統是當代工業生產系統的主要發展方向。液壓機械傳動控制系統可大致分為硬件系統和軟件系統2個部分，前者負責執行，后者負責控制、監測和管理。其中，硬件系統主要包括微處理器、輸出部件、儲存部件、I/O部件、編程器以及各類機械化器件，硬件系統的各個部件通過總線連接，進而組成有機整體。液壓機械傳動控制系統的軟件部分又分為系統程序和用戶程序，系統該程序主要是由PLC進行控制，而用戶程序則是開發者及用戶根據用戶實際應用需求，在一定的權限規則下進行定制開發的。

在液壓機械傳動控制系統的自動化控制中，以微處理器為核心的PLC是實現控制功能的關鍵，其在當今工業自動化的歷程當中發揮了關鍵作用[7]。PLC具有較好的靈活性和通用性，其主要是利用自身儲存器及編程程序，通過總線對各個硬軟件部分進行控制。如果在軟件系統運行中出現了一些問題，技術人員可以直接對控制程序進行修改便能有效解決。

4 結語

綜上所述，在現代社會經濟發展進入新常態的大環境下，工業生產領域急需通過利用現代科技，實現對生產系統的升級與優化。液壓機械控制系統作為一種當代工業生產活動中常用的控制系統，在機械設計與制造中發揮著重要的作用。而相關機械設計制造從業單位及使用管理單位不僅要看到液壓機械控制系統的優勢，也要明確其存在的相關缺陷及缺陷產生的原因和危害。在此基礎上，機械設計制造單位要積極革新思維，將現代先進的PLC技術、傳動技術與液壓技術進行有機結合，在工業生產系統的開發和運行中充分做到揚長避短，進而發揮液壓機械控制系統的優勢，推動社會生產力的進一步發展。