機械設計制造中液壓機械控制系統的應用

萬林應

銅陵求精機械有限公司 安徽 銅陵 244000

隨著我國科學技術水平的不斷提高,自動化技術得到了廣泛的應用。液壓同步回路技術具有運動平穩,功率密度高等優點,被廣泛應用于機械設計制造中。液壓同步回路技術的應用提高了機械的自動化水平,對各種機械技術的現代化發展具有重要作用。

1 液壓機械控制系統的構成

液壓機械控制系統基本上都是由以下三種元件構成的。(1)執行元件。該元件作為整個控制系統中最為重要的元件,其可將液壓泵提供的液體轉化為機械能量,在使用液壓泵的過程中,可大大提升機械能量轉化效率。此外,執行元件還可自行控制液體的流動速度。(2)動力元件。該元件能夠為液壓機械控體系統提供充足的運行動力,實踐當中,在選擇動力元件時,應根據系統容量的大小來選擇動力元件,通常情況下,在選擇動力元件時都會選擇齒輪泵,即根據齒輪的變化情況來輸送液體。(3)輔助元件。通常而言,輔助元件基本上就是管道,可通過其將執行元件以及動力元件連接在一起,以確保液壓機械控制系統能夠安全、平穩運行。

2 機械設計制造中液壓機械控制系統的應用

2.1 液壓傳動無極變速器的應用 合理使用液壓機械變速箱控制系統可以有效地控制系統的運行速度,這就是所謂的無級變速技術。在正常情況下運行這種液壓系統時,可變泵和固定電動機必須提供重要的支持。當系統運行時,發動機產生一定量的獨立動力,因此一些動力沿著離合器傳遞到行星架,而其他動力則通過液壓系統傳遞到太陽輪。當這兩種動力通過差速器傳遞時,它們可以通過一系列運動組合在一起,并且通過液壓機械控制系統的齒輪裝置用于完成傳遞工作。同時,在機械設備操作的初始階段,必須保持與離合器相同的狀態,并確保打開和關閉操作始終集成在一起。液壓系統可以按時接通電源。例如,當液壓機械旋轉控制系統在操作中時,離合器顯示兩種狀態,一個是打開的,另一個是關閉的,因此,人們可以有效地控制液壓馬達的轉速。只有這樣,才能確保發動機動力的平穩傳遞,確保傳動效率,并通過適當調節電動機的旋轉方向,可以確保液壓機械傳動系統的平穩和安全運行。

2.2 液壓機械傳動控制系統在數控車床中的應用 在數控車床上使用液壓傳動技術,可以確保液壓底板的夾緊和松開,尾座套筒可以任意取出或縮回,并且可以在液壓的作用下鎖定和旋轉。通過系統的控制,在排油管路上安裝了壓力繼電器,以確保油泵油箱設定的安全性,當出現低于2.0 MPa的情況時,系統會自動發出警報。可以使用夾緊裝置上的控制系統自動調節壓力,以將壓力保持在正常范圍內。在尾座裝置中,可以通過單向節流來控制排出速度,并且可以通過減壓閥自動調節頂升力的大小。

3 液壓同步回路在起重機械中的應用

3.1 機械限制強制同步 機械式同步回路的結構非常簡單,因使用閥件比較少,所以成本比較低,可是需要機械結構剛度高,運動部件間的間歇必須合理,通常情況下,此種同步回路的精度設定為5%,可見機械配合精度會在很大程度上影響同步精度,運動部件配合精度高,系統同步精度高。此種同步回路適合用在液壓缸相距近、要求同步精度不要、機械連接剛度強的情況中[2]。

3.2 節流調速的同步 此種模式的同步回路利用了節流調速方法,具體指將對閥口大小進行改變,進而改變通過閥的流量,可以讓通過分支油路的實際流量變得相同,此時執行器的速度相等。一般會在同步精度低的液壓系統中使用此種同步回路方法,技術精準性不高,系統比較簡單,價格也不高,可能會出現系統發熱的問題,如果出現偏載問題,可能會導致閥口的壓力差變化,對流量、同步效果產生影響。通常節流調速的同步精度大約在5%至10%之間,閥結構形式、質量,這些都能影響到同步精度。對于那種負載穩定、同步精度要求低的情況,可以使用節流調速的同步回路。

3.3 液壓缸串聯的同步回路 此種類型同步回路組成為,活塞液壓缸有桿腔油口連接在另外一個柱塞缸進油腔中,這時活塞的液壓缸有桿腔的有效面積與柱塞的液壓缸實際有效面積相同。此形式中,液壓元件比較少,整體結構簡單,不會非常敏感地感受到油污污染,少發熱,工作比較可靠。壓力油源推動著液壓缸的活塞桿會伸出,液壓缸的活塞桿收回需要靠重力完成。從理論上看,此模式的回路可達到完全的同步,可是因為油液中存在氣體,液壓缸活塞的密封也可能泄漏,所以不可能達到完全的同步,實際應用的時候,先修正液壓缸的終點位置,防止累積誤差的影響。此模式并不需要同步控制元件,就可以承受住偏載,一般其同步精度范圍在2%至3%之間,可用在形成短、需承載偏載、同步精度要求高的情況下,可是需要設計出專門的液壓缸,由液壓泵供給壓力,并且是液壓缸全部的壓力。

3.4 比例閥的同步調速 對于控制的速度可用比例閥進行控制,進而降低液壓沖擊力度。同步回路使用比例閥實現,還能進行單獨動作,并實現閉環控制,系統中的編碼器可時時刻刻監測到速度,換速度信息傳給控制器,當超出偏差后,可進行自動地糾正,進而盡量避免外界干擾,提高同步精度。同步精度范圍在0.01%至0.2%之間。

4 液壓同步回路挖掘機液壓系統中的應用

4.1 簡單行走回路 首先,打開單向閥,液壓油進入馬達右腔。其次,液壓油進入節流孔進入平衡閥,并使其左移,接通制動器油路,使制動器松開,這個動作還接通了回油油路。最后,如果馬達超速(例如下坡時),泵來不及供油,則使A口壓力降低,平衡閥在彈簧力作用下向右移動,關小馬達的回油通道,從而限制馬達的轉速。

4.2 行走限制回路 履帶式液壓挖掘機行走馬達常用的限速補油回路,由壓力閥,單向閥和安全閥等組成。正常工作時換向閥處于右位,壓力油經單向閥進入行走馬達,同時沿控制油路推動壓力閥,使其處于接通位置,行走馬達的回油經壓力閥流回油箱。當行走馬達超速運轉時,進油供應不足,控制油路壓力降低,壓力閥在彈簧的彈力作用下右移,回油通道關小或關閉,行走馬達減速或制動,這樣便保證了挖掘機下坡運行時的安全。這種限速補油回路的回油管路上裝有5～10(bar)的背壓閥,行走馬達超速運轉時若主油路壓力低于此值,回油路上的油液推開單向閥5或7對行走馬達進油腔補油,以消除吸空現象。當高壓油路中壓力超過安全閥8或9的調定壓力時,壓力油經安全閥返回油箱。

4.3 自動變量回路 行走馬達的控制回路配備了高壓自動變量裝置,當掛上高速擋時,回路接手動變速油口來油,推動變速閥左移,使馬達變為小排量；如果行駛阻力增大致使油壓升高到設定值時,油液推動變速閥右移,馬達自動變為大排量低速擋,以增大扭矩。

具體操作為,打開單向閥,液壓油進入馬達右腔。液壓油通過節流孔進入平衡閥,并使其左移,接通制動器油路,使制動器松開,這個動作還接通了馬達回油油路。液壓油通過安全閥的中間節流孔進入緩沖活塞腔,將緩沖活塞推到左側。如果此時系統壓力超過此安全閥的設定壓力(10.2MPa),安全閥將在瞬間打開,起到緩沖作用。注意到行走馬達控制閥內部有2個結構完全相同的安全閥,它們在挖掘機開始行走以及制動時將起到重要的緩沖作用。

5 結語

隨著液壓傳動技術的迅速發展,液壓傳動取代機械傳動和電氣傳動領域不斷擴大,液壓系統同步回路的設計和應用場合也越來越廣泛,在控制方法上,除傳統的控制方法外,越來越多的采用單片機和可編程邏輯控制器(PLC)控制,逐步由比例調節替代機械調節,實現了同步回路的過程自動化和可視化。這樣在油缸帶動工作裝置運行時,更能準確、快速地響應,達到最佳控制效果。