機械設計制造中液壓機械控制系統的應用

姚興嶺

摘 要：在機械設計制造領域中，液壓機械控制系統作為一種具有較高傳動效率和較強控制精確度的控制系統，始終受到整個機械設計制造行業的關注和重視。對此，本文針對機械設計制造中的液壓機械控制系統，在概述其主要作用的基礎上詳細分析了其應用優點和不足，同時也結合實際指出了液壓機械控制系統在機械設計制造中的具體應用和構建策略，旨在給予機械設計制造企業一定的幫助和指導，并以此在提升液壓機械控制系統應用效果的基礎上促進整個機械設計制造產業的健康發展和持續進步。

關鍵詞：機械設計制造;液壓機械控制系統;應用優勢

1 機械設計制造中液壓機械控制系統的應用原理

所謂液壓機械控制系統，其以液體作用控制內部系統平衡，并依賴活塞將液體壓力轉化為機械能量。其中，整個系統一般可分為動力元件、執行元件、輔助元件等三個組成部分。

1.1 動力元件

針對液壓機械控制系統動力元件，其作用在于將壓力轉化為能量，常見元件為液壓泵。其中，動力元件是整個液壓機械控制系統的主要動力來源，能夠在滿足不同液壓傳動效果的基礎上保障系統的穩定運行。此外，液壓泵通過變化容量來控制能量傳輸，因此一般可將液壓泵稱作容積液壓泵。

1.2 執行元件

針對液壓機械控制系統執行元件，以液壓馬達為主的執行元件主要作用在于將液壓泵提供的液體轉化為機械設備運作所需的機械能量。同時，執行元件能夠就液體流動的方向及壓力進行控制，這使得整個執行元件能夠滿足液壓機械控制系統的不同傳動需求。

1.3 輔助元件

為了保障整個液壓機械控制系統的穩定、高效運轉，需在動力元件和執行元件基礎上設置一定的輔助元件。其中，輔助元件多指液壓機械控制系統的液壓回路，是系統的能量傳輸通道，同樣是系統的重要組成部分之一。

2 機械設計制造中液壓機械控制系統的優點和不足

2.1 優點

2.1.1 應用范圍廣

相比于傳統控制系統，液壓機械控制系統的應用范圍更廣，不僅可適用于常見的塑料加工，同時在技術含量要求較高的鋼鐵冶金領域也具有不錯的應用效果。例如，針對農林機械領域，液壓機械控制系統能夠有效解決工程機械需要提高牽引能力但又不能采用全輪驅動方法的問題，能夠在無級變速的基礎上保障驅動輪間的協調同步。

2.1.2 兼容性高

針對液壓機械控制系統，由于其具有輕量化、一體化特點，且能夠針對微電子技術進行配合使用，因此得力于計算機技術的不斷發展，液壓機械控制系統也將在海洋開發等諸多領域發揮較為重要的作用，并能夠在實現自動化控制的基礎上以較高的傳動效率保證應有的傳動精確性。

2.1.3 速度快、效率高

在液壓機械控制系統元件設計過程中，為方便系統使用，系統元件多具有重量輕、反應快、體積小等優點，因此能夠在自動化控制的基礎上實現較大范圍內的調速控制。同時，液壓機械控制系統的主要介質為礦物油，這意味著整個系統不僅無需人工潤滑，同時也具有較高的使用壽命，適用于多種機械設計制造環境。

2.2 不足

2.2.1 溫度變化影響較大

在實際液壓機械控制系統使用過程中我們發現，溫度變化是造成系統機械傳動比例失衡的主要因素，其原因在于溫度變化會對液壓機械控制系統中的液體黏性造成影響。在此基礎上，如何確保恒定環境溫度，避免高溫環境對液壓機械控制系統精準度及運行效率造成影響，是液壓機械控制系統實際應用面臨的主要問題。

2.2.2 易污染

通過對實際機械設計制造過程進行調查不難發現，液壓機械控制系統運轉時很容易吸附環境中的污染物，尤其是當污染物吸附到油箱時，不僅會直接對系統介質造成污染，同時也將嚴重影響系統的運行穩定性。此外，一些環境雜質會與系統介質相混合而加大系統的傳動摩擦，進而造成系統運行效率的降低。

2.2.3 對國外技術依賴性高

相比西方發達國家，我國液壓技術仍處于探索階段，因此液壓機械控制系統及相關產品對于國外技術的依賴性仍相對較高。在此基礎上，一些由我國自主研發的液壓機械控制系統元件仍存在較大質量問題，不僅無法與國際標準相符合，同時也具有使用壽命低等諸多問題。

2.2.4 故障排查困難

對于液壓機械控制系統來說，由于其本身構成復雜，且會因與計算機系統相配合而較為精密，因此任何因素所致的系統故障都具有一定排查難度。此外，當前我國仍缺乏充足的液壓機械控制技術人才，這使得液壓機械控制系統在機械制造設計領域的實際應用效果并不突出，并沒有充分發揮液壓機械控制系統的應用價值。

3 機械設計制造中液壓機械控制系統的具體應用

3.1 系統控制層面

從系統控制角度來看，由于不同的機械設計方式往往會導致不同的控制體系，因此結合實際應用需求就液壓機械控制系統進行設計，是保障液壓機械控制系統應用有效性的關鍵所在。其中，針對機械設計制造領域，液壓機械控制系統的主要應用價值在于對設備功率及使用效率進行控制和精細化分析，因此通過確定機械設計制造的實際工作環境以保障其應用穩定性往往尤為重要。在此基礎上，依托于液壓機械控制系統的諸多優點，其在農林機械制造、塑性加工、工程設備生產等多個領域均有著較為不錯的應用效果。例如，針對農林機械設計制造領域，可借助液壓機械控制系統實現農林機械的恒功率輸出控制，借此不僅可提升機械設備的應用可靠性，同時也在保證一定生產成本的基礎上確保其設計制造的經濟性。

3.2 傳動技術層面

基于傳動技術角度，機械傳動效果會因液壓機械控制系統控制體系的不同而存在較大差異，且數據傳輸控制過程中液壓傳動整體效果會更加受到明顯影響。在此基礎上，伴隨著計算機無線控制技術的不斷發展和推廣，將液壓技術與計算機控制技術結合進行使用是液壓機械控制系統的主要發展趨勢，尤其是針對動力體系控制層面，可借助液壓機械控制系統與計算機技術配合使用實現對于工業產值參數的變化調控，能夠在提升機械設計制造體系操作性能的基礎上確保機械控制結構的合理性和科學性。例如，可借助UG等計算機軟件對液壓機械控制系統進行三維模擬和系統分析，同時再加上輔助元件的控制幫助，集靈活、簡便、可視化等多種優點為一體的液壓機械控制系統得以構成，不僅能夠完成多用戶的多數據處理作業，同時也能借助數據庫的構成形成完成的系統參數體系。

3.3 軟件設計層面

首先，在就系統進行調整時，應關聯液壓系統與相關的組態軟件，并在確保組態軟件滿足廠商需求的基礎上盡可能簡化軟件界面，進而以此保障系統使用的可操作性;其次，液壓機械控制系統所采用的組態軟件要足夠強大，要具有一定的兼容性，即能夠與多種硬件設備所關聯，同時，要針對組態軟件配備專門的數據庫，進而以此保障數據的可儲存性;最后，在設計液壓機械控制系統的操作系統時，要結合實際機械設計制造人員操作習慣進行功能優化，并盡可能添加較多的人性化功能，進而以此滿足不同的機械設計制造操作需求。

4 機械設計制造中液壓機械控制系統的構建策略

通常來說，液壓機械控制系統由硬件和軟件系統兩部分組合而成。一方面，針對硬件系統，其一般包括微處理器、存儲器、I/O線路、輸出部件以及編程器，且依托總線方式連接各個部分;另一方面，針對軟件系統，一般可分為用戶程序和系統程序兩部分，同時PLC的控制運行由系統程序控制，而用戶程序則主要用于根據用戶的實質需求來編制特殊程序。在此基礎上，液壓機械控制系統的工作原理一般可如下圖所示。

其中，需要特別指出的是，PLC的核心為微機處理器，這是一種廣泛用于工業領域且具有靈活、通用、運行可靠性強等特點的系統部件，即不僅能夠針對實際應用中存在的各種問題進行靈活應對，同時也因其具有較強的抗干擾能力和穩定可靠性而十分適用于惡劣環境下的機械控制作業。

5 機械設計制造中液壓機械控制系統的發展趨勢

近年來，基于我國計算機技術的不斷發展，液壓機械控制技術作為一種廣泛用于多個行業內的控制手段已經呈現出更加明顯的多元化發展趨勢。一方面，相比于傳統機械傳動技術，液壓機械控制系統能夠實現對機械運動參數及動力參數的精準控制，而從現有液壓工業銷售額占到機械工業總產值的5%左右這一數據不難看出，液壓機械控制系統具有較為不錯的發展前景，比較適用于當前的機械設計制造行業發展需求;另一方面，針對常見液壓系統，其多采用較大的鋼芯來實現系統的正反方向運轉，即在幾乎所有工程機械設備中都能就液壓機械控制系統進行運用，這意味著該系統將呈現出更加規模化的發展趨勢。

6 結語

綜上，機械設計制造產業在我國市場經濟發展過程中占有舉足輕重的關鍵地位。因此，應進一步加強液壓機械控制系統設計管理，在優化其控制體系和軟件功能的基礎上不斷提升其自動化水平，進而以此滿足不同生產需求，并促進整個機械設計制造產業的健康發展。

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作者簡介：姚興嶺（1984—），男，漢族，河南新鄉人，本科，講師，研究方向：先進制造技術。