工程機械中運用先進液壓控制技術的研究分析

陳鋒楠

摘要： 本文主要對先進液壓控制的內容進行簡單的介紹，然后對先進液壓控制技術的特點以及其在工程機械中的具體使用，例如先導技術、負載傳感技術以及計算機控制技術進行深入介紹，希望能夠促進先進液壓控制技術在工程機械中的具體應用，以此保障工程建設的質量。

Abstract： This paper mainly introduces the content of advanced hydraulic control， and then deeply introduces the characteristics of advanced hydraulic control technology and its specific use in construction machinery， such as pilot technology， load sensing technology and computer control technology， hoping to promote the specific application of advanced hydraulic control technology in construction machinery， So as to ensure the quality of project construction.

關鍵詞： 工程機械;先進液壓;控制技術

Key words： construction machinery;advanced hydraulic;control technology

中圖分類號：TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0070-03

1 ?液壓控制技術的發展概述

液壓控制技術在第一次世界大戰以后得到具體應用，剛開始是手工液壓控制技術，效率較低，從1920年以后進入快速發展的關鍵時期。19世紀末20世紀初，液壓元件正式進入工業生產的關鍵時期。1925年威克斯發明了壓力平衡式葉片泵，這是近代液壓元件工業及液壓傳動發展的重要基礎，并發展到電能液壓控制技術。第二次世界大戰期間，美國機床逐漸應用液壓傳動，應用率高達30%。80年代以來，隨計算機控制技術及傳感技術的不斷發展，使得液壓技術也獲得相應的進步和提升，液壓控制技術也逐漸自動化。計算機控制在液壓控制系統中應用，使得系統的精準度及可靠性不斷提升，逐漸形成智能系統[1]。近年來電機技術的不斷發展，液壓控制技術在工程機械模擬加載、轉速控制以及發動機燃料控制等系統中的應用也更加廣泛。隨科學不斷進步，采取微電子技術等可對液壓系統實施自動診斷及調整，促使液壓元件朝向集成化及標準化發展，促進液壓控制技術水平的不斷提升。

2 ?工程機械液壓控制系統分析

解放前，我國只有在壓機壓機機床中能夠應用有限數量的液壓元件，我國并無其他液壓工業[2]。建國后，受到前蘇聯的幫助，我國逐步提升液壓技術雜姐設備中的應用，經過不懈努力我國液壓工業終于發展成為適應機械行業發展的重要產業，從2009年的統計來看，我國液壓工業主要企業已經超過600個，液壓技術科研院所也達到20個以上，從業人員超過30萬人，生產液壓元件高達1000萬以上，液壓工業總值為269億元，與早期的液壓工業相比取得明顯進步。

2.1 工程機械液壓控制系統特點

首先是速度特性，其速度特性如圖1所示。圖中：ω-電機轉速（弧度/秒）;Q-流量（毫升/秒）;p1-負載（大氣壓）。

如圖1所示，負載變化的同時，該系統速度顯示的速度特性為一組平行斜線，并且斜線較陡，這在一定程度上表明系統具有比較良好的硬度特性。從圖像上來看，系統速度特性曲線和變量泵-定量馬達系統具有一定的相似性，但是變量泵-定量馬達系統的速度特性是隨著負載變化而變動的，在此假設基礎上不會對電動機的轉速造成影響，實際應用的過程中，負載變化的同時異步電機轉速也發生著相應的改變，而矢量控制變頻調速在速度較低時，能夠提供力矩補償以及滑差補償，待速度傳感器時，速度精度需要保持在大于或者0.02%的范圍內。因此，本系統的速度特性曲線需要比變量泵-電力馬達系統的速度曲線特性更好。

其次是負載特性，按照定量泵的流量方程Q=DW-C1P1，其中D-泵的排量（毫升/弧度）、C2-泵的總的泄露系數（立方米/秒）。

2.2 工程機械液壓控制系統關鍵技術

首先是比例技術以及伺服技術分析，伴隨著比例技術以及伺服技術等多樣化技術的發展，工程機械操作工作逐漸由復雜變得簡單，并且能夠在一定程度上促進控制的精準度[3]。尤其是在瀝青混凝土攤鋪機的使用過程中，想要更加科學的利用此技術進行自動找平，并且借助電液伺服控制技術以及電液筆記控制技術，提升施工的質量。根據推耙機的切深角度以及控制原理，主要是借助對伺服技術的應用，進一步提升對切身精準度的保障。與此同時還需要借助比例閥的開環控制系統展開對推耙角度的科學合理管控，進一步提升工程機械的準確度，增進工程建設的質量。該系統可以在鏟刀之上展開對壓力傳感器的安裝，并且充分借助壓力傳感器的作用，進行負載大小的檢測工作。除此之外，還需要充分借助發動機的相關功率，展開對負載大小的合理控制，以此保障鏟刀的自由升降，保障其對切身的自主控制。機器人具備的控制能力主要是借助電液控制的手段展開相關的作用，以此完成相應的任務。電液伺服閥控制技術的精準度較高，并且可以實現操作結束后的迅速響應，這樣可以科學的進行施工。這種技術的控制效果比較優異，但是缺乏相關的耐污染力度，很容易被影響從而導致損傷。

其次是液壓泵的控制技術，此技術在工程機械過程中應用的范圍較廣，一般使用變量泵對容積的速度進行調控。等到油門的開度保持不變時，系統發動機會根據負載的變化進行轉速的改變，但是扭矩的輸出并不發生變化[4]。基于此，單泵系統中泵排量和壓力的關系呈現反比。雙泵系統中的控制形式存在多樣性變化的特征。一般來說，挖掘機液壓系統主要由功率以及流量進行控制。其中功率控制的形式又被分成功率控制、壓力切斷控制、功率較差控制和變工控制等多樣化的控制形式。這是基于雙泵系統中，兩個泵的發動機功率保持在50%，并且自主進行工作。但是在正常的使用過程中，會導致二者的功率存在一定的差異，一個功率過大、一個功率過小，影響設備運行。壓力切斷控制技術能夠實現對輸出壓力數值的控制，一旦發現輸出壓力大于設置數值時，就會減小泵的流量，并且實現科學管控，反之亦然。功率較差控制主要是將一個泵中的壓力有引入到另一個泵的引入過程中，進一步的對功率進行控制，并且解決流量問題。變工控制可以實現和流量控制的高度結合，實現更好的控制作用。

除此之外，先進液壓控制技術具備較強的適應能力，可以在許多地理環境中對其技術進行運用。該技術還存在較大的優點，能夠進行科學的環保控制，機械操作的過程中不會對周圍的環境造成破壞，實現科學的機械作業，有助于和諧發展路線的構建。機械工程具有多樣化、多種類的系統泵，不同系統內液壓泵的數量也存在一定的區別，實際應用過程中也具有多樣化的特征。雙泵系統中存在多樣化的控制形成，較為廣泛的控制措施為功率控制和流量控制兩種。功率控制主要包括功率交叉、分功率、壓力切斷、變功率和總功率的內容。功率交叉控制能夠讓雙泵輸出較大的功率，這樣可以實現對產生功率的群面應用，能夠在一定程度上改善兩泵中出現的流量問題。分功率控制的手段主要是兩泵各自占據發動機功率的一半，兩者相互獨立不會產生什么危害，但是上述問題很可能導致兩泵之間的功率失衡。壓力切斷控制能夠在輸出壓力超過額定數值的情況下，對流量進行自動化的調整，并且可以和其他方式結合使用。總工率控制的主要辦法時間排量調節作為雙泵壓力調節的重要手段，但是在量泵排量相似的情況下，單個泵高壓流量小的要求無法實現。流量控制系統是在泵軸轉速不調整的情況下，科學的控制泵排量的系統。

最后，相關部門在對先進液壓控制技術應用以及工程機械制作的過程之中，也需要提升對工程機械工作人員專業技能的認知，在一定程度上對工作人員掌握相關控制技術理論以及實踐能力進行指導，并且建設具體的先進液壓控制技術應用管理機制。面對先進液壓控制技術在具體的應用過程中產生的局限性，有針對性的尋求相關解決措施，利用獎懲機制提升工作人員的工作意識，這樣才能夠保障工程機械設備的控制人員提升工作積極性，深入投入到工作之中，有助于先進液壓控制技術的有效進行，對工程機械控制技術發展有重要的促進作用。

3 ?工程機械先進液壓控制技術的應用研究

3.1 計算機控制技術

在工程機械中計算機主要發揮如下兩點作用：控制以及管理，但是值得注意的是這種控制管理僅限于對整機的控制和管理[5]。計算機應用技術的快速發展，推動著計算機控制技術在工程機械中的逐步應用，而對于計算機控制技術而言，影響較大的是其中的硬件環境，計算機控制以及管理受到先進硬件環境的保護。工程機械的電液系統控制面臨著比較嚴峻的非線性問題，在一定程度上影響著描述系統數學模型的建立，使該項工作產生諸多困難，除此之外，控制方法的選擇也受到局限性的影響，仿真智能控制方法的發展與應用，能夠科學的應對并解決上述過程中存在的問題。計算機控制技術快速發展的過程之中，有許多新型的智能化控制方法被提出，其中控制效果最為優異的是模糊控制以及神經網絡的控制，這兩項控制技術的發展較為成熟，一旦面對不準確信息的存在，上述兩種智能控制方法的優勢也就得以展現。現代化背景下，工程機械控制的研究內容趨于多樣化，并且小有成就。總而言之，科學、先進、合理的控制方法能夠充分發揮對工程機械控制的作用，并且有助于機械控制系統的構建。

以計算機網絡控制系統為例進行分析，其在無限模式下可控制5km，在有限模式下可控制10km，能夠對200個油缸實施控制，進而滿足常規工程機械要求。此外，其同步控制精準度是±5mm，能夠滿足工程<10mm的需求，比如，于蘇通大橋南主塔墩5600t港吊箱下放工程施工中，提升吊點共12個，采取計算機網絡控制系統對各個吊點實施同步控制精準度小于±1mm，達到較高精準度。

3.2 先導控制技術

先導控制技術的本質是通過比較細微的手動操作所產生的控制信號，實現對較大功率的主閥芯的控制，這種操作方式相對來說比較簡單和便捷。從現實生活中的應用情況出發，先導控制技術在工程機械中主要根據以下形式展開應用。第一點，方向控制，方向控制的具體實施主要是借助控制油對多路閥的主閥展開控制，這種控制形式的應用范圍較廣，其中先導閥通常使用的是先導減壓閥、雙節流閥以及高速開關閥。第二點是排量控制，排量控制主要是利用先導閥產生的控制油對液壓泵的變量機構進行科學合理的控制，排量控制的主要目的是使元件速度能夠獲得簡單的調節。除此之外，隨動式的先導閥能夠對位置進行反饋，與此同時，還可以最大限度的對功率進行擴大，從而減少操作人員的工作壓力。上述先導控制形式一般使用手動操作進行控制，同電動控制相比存在一定的弊端，通常來說，手動控制桿的一個手柄只能控制1～2個元件。現代化建設背景下，電子控制技術的使用范圍逐漸擴大，工程機械中電子控制技術的應用也更加廣泛。市場環境中，電動控制桿的產品也逐步走入群眾視野，相關技術也獲得提升和發展。使用多樣化的方式實現對電動控制桿進行操作，在一定程度上可能會出現與之相關的電氣信號驅動電磁閥，對比手動控制桿而言，電動控制桿能夠實現對多路閥的操作，提升了操作人員的工作效率，使操作過程變得更加簡單。

近年來，先導控制技術的應用更加廣泛，以結合磁流變技術實施壓力閥先導控制裝置相關結構設計為例，可依據先導式壓力閥相關原理，其中，閥芯承受的阻尼力=4TπR1l+Δpπ（R12-R2），在公式中，T是磁流變液剪切應力，半徑是R1、R2間的環形縫線，Δp是閥芯兩端的壓力差，進而通過對電磁圈的電流信號給予控制，完成對壓力閥的有效壓力調節。

3.3 負載傳感技術

通常來講，工程機械的作業對象具有一定的復雜性，其中負載變化也較為明顯，這在一定程度上對工程機械手動控制以及電動控制的微動調節產生重要影響，還在一定程度上對多聯多路閥的復合操作產生重要影響]。在此背景下，傳感技術的應用能夠有效解決上述問題，除此之外，還能夠在一定程度上實現對溢流閥中溢流量的科學控制，有利于節能工作的具體實現。負載傳感技術利用自身的重要優勢，已經在工程機械的液壓控制中占據了較為重要的地位，并且實現廣泛應用。負載傳感技術在工程機械中的應用，可以讓流量大小免除閥前后的壓差控制，進一步促進微動調節穩定性的提升，并且有助于各個執行元件的相互合作。不僅如此，利用壓力補償閥開展對壓力變化的科學監控，能夠確保在第一時間對變量泵以及變量機構進行調節，進一步實現節能的作用。從具體的應用情況來說，現代化背景下已經有越來越多的液壓閥控制系統中應用負載傳感控制技術，在一定程上增加著控制的精準度，具有十分重要的現實意義。

某基于特定負載的負載傳感控制技術圖見圖2。

目前，負荷傳感技術在液壓控制系統中的應用并不少見，以負荷傳感技術于某重型平板車液壓控制系統中的運用情況為例進行分析，構建轉向及懸掛液壓控制系統，根據轉向公式能夠對不同輪胎的具體轉角關系進行計算，轉向公式具體為，tan α=L1/R，tan γ=L3/（R+H），tan β=L2/R，該系統能夠節能，存在高效性，其可控性能也比較高，促使重型平板車液壓得到良好控制。

4 ?結束語

總而言之，先進液壓控制技術在工程機械控制中的應用發揮著十分重要的作用，既能夠幫助工程機械在施工工作中實現對復雜工作的科學解決，還可以按照不同作業情況的需要進行有針對性的管控，以此滿足差異化控制操作的需要，在一定程度上實現準確化的工程機械操作，對操作效率的提升有重要幫助。而在先進液壓控制技術應用過程中，需要進行相關的管理工作，才能夠切實保障技術水平的提升，從而促進工程機械的穩定發展。

參考文獻：

[1] 龔明華，毛華金.先進液壓控制技術在工程機械的應用分析[J].河北農機，2021（14）：48-49.

[2]張超，蔡蔚，龍澤鏈.先進液壓控制技術在工程機械中的應用分析[J].廣西城鎮建設，2021（9）：93-94.

[3]陳其劍.工程機械應用先進液壓控制技術[J].中國高新科技，2021（4）：25-26.