機械設計制造中液壓機械傳動控制系統的運用研究

陳瑞強

（中航天水飛機工業有限責任公司，甘肅 天水 741025）

液壓機械傳動系統是機械設計和制造領域的重要應用工具，具有傳動效率高的優勢，可以通過高精度的控制功能，為機械生產提供基礎保障。但是為有效利用液壓傳動系統，確保機械設計、機械制造質量，還應按照該系統的功能特征，制定可靠的應用方案，針對性地滿足機械生產的根本需求。

1 液壓機械傳動控制原理分析

液壓機械傳動控制是將液體動能轉化為機械動能以控制對應設備的傳動控制方式。近年來，我國機械領域中液壓機械傳動控制系統的應用更為廣泛，該系統是由“執行模塊”“動力模塊”“控制模塊”“輔助模塊”組成，主要結構有液壓馬達、液壓閥、液壓泵、油管、油箱、過濾器等，其中液壓閥可細分為方向控制閥、流量控制閥、壓力控制閥等[1]。

液壓機械傳動系統中的液體動能產生自液壓油，液壓油在液壓泵的作用下會產生原始動力，協助系統控制、操作相關的機械設備，轉化機械能、液體壓力能。液壓傳動過程中，相關人員可結合實際情況，高效利用液壓機械傳動控制系統的動能。

2 液壓機械傳動系統在機械領域的技術優勢

液壓機械傳動系統在機械設計、機械制造過程中的應用功能較多，所以系統具有集成化特征，甚至能夠配合機械生產活動靈活調整系統功能設計，滿足機械設計制造實際需求。具體來說，機械領域中液壓機械傳動系統的技術優勢非常明顯，具體可體現在以下內容中：

1.系統體積小，可以在機械傳動控制中引進微電子技術，改善系統功率控制條件，提升系統控制水平，同時有助于縮短機械設計制造周期[2]。

2.液壓機械傳動控制系統的功能設計更為靈活，可以快速響應，并根據機械設計制造情況，簡化控制流程、動態調整系統荷載，使系統處于良好運行狀態，具有較長的使用壽命。

3.液壓機械傳動控制系統的應用有利于提升機械生產的自動化水平，緩解人工壓力、節約人力資源成本，在保障機械設計和制造質量的基礎上，為相關企業創造生產效益。

3 機械領域運用液壓機械傳動控制系統的注意事項

3.1 重視系統設計的優化

在機械設計和制造中應用液壓傳動控制系統時，為確保系統的機械傳動控制效果，還應在引進該系統時，重視該系統的整體設計。比如，做好系統控制中運動零件的設計，嚴謹地控制系統配合面粗糙度。通常情況下，粗糙度應控制在0.2～0.8 左右，加工粗糙面時可采用滾刮、研磨工藝，生產高精度的運動零件。但是對于液壓機械傳動系統的密封件，其接觸面應避免過于光滑，接觸區域的凹坑能夠儲存少部分液壓油，具有降低系統溫度、潤滑的作用，預防系統傳動控制過程中液壓區域的零部件存在異響。

3.2 加強系統維護管理

機械設計制造中，相關人員應通過有效的維護管理，使液壓機械傳動系統處于穩定、安全狀態。因此，可按照該系統的常見故障、風險隱患，落實系統檢修、維護工作。（1）注意預防系統漏油問題，控制好系統溫度變化、密封件使用效果，以免因漏油問題使得系統動能受損，影響系統在機械設計和制造中的傳動控制效果。（2）系統運行、應用期間發生故障后，系統故障的排查、維修難度較大，甚至會使部分液壓元件受損、密封件脫落，油箱內還可能吸附污染物[3]。因此，在系統運行前，還應依據相關要求，逐一檢查系統運行參數，排查系統故障隱患，核查無誤后方可開啟系統，將其投入機械生產活動中。

4 機械設計制造中液壓機械傳動控制系統的應用場景

4.1 機械驅動裝置

機械設計制造中，機械驅動裝置是實現機械生產目標的重要工具，液壓機械傳動系統可應用在該裝置中，使其在機械設計、機械制造中滿足產品生產時的根本要求。

4.1.1 應用內容

機械驅動裝置中，液壓機械傳動控制系統能夠使該裝置具有“無級調速”的作用，并且能夠在變速、起步的過程中自由切換形式方向，建立閉環式的傳動控制模式。相較于傳統開放式控制回路，適應機械生產時對“大輸出力”的需求，同時實現低壓驅動時，驅動功率、輸出率較高的操作目標。

不僅如此，機械行動驅動設備中，電磁閥、液壓機械傳動系統可滿足該裝置直線運動、往復運動的控制要求。在液壓機械傳動控制期間，液壓缸受控后，該裝置可自動控制液壓油流量，在機械生產設備抵達重點時順利減速、停止[4]。基于液壓機械傳動系統的驅動裝置中，其核心結構為液壓缸、液壓閥，其中液壓缸屬于該裝置內控制系統的中心執行元件，能夠將系統中的液壓能轉換為機械能，為機械傳動裝置進行直線運動、擺動提供所需的動能，同時可以在往復運動期間通過自主的減速控制，避免傳動控制期間存在傳動間隙。

4.1.2 驅動方法

液壓機械傳動系統應用在機械設計、制造中的驅動裝置時，其驅動形式可分為“蓄能器驅動”“液壓泵直接驅動”兩種。

1.液壓泵直接驅動。此種驅動方式是借助傳動系統中液壓泵中的液壓缸提供液壓油，并結合油液既定流向，應用配流閥控制驅動裝置的壓強指數，使其安全溢流。驅動特點是機械設計和制造中，機械驅動裝置可以用簡單的機械液壓傳動結構，獲取所需的工作力，同時根據實際情況靈活地增減機械驅動時的壓強，控制電力資源損耗。對于中小型機械設備驅動機器，液壓泵直接驅動模式的應用優勢更為明顯，但需要提前按照機械設計和制造活動，調整液壓機最高運轉速度、最大工作動能等參數。

2.蓄能器驅動。蓄能器是此種驅動方式的主要元件，在液壓泵將液壓油供應給機械驅動裝置時，蓄能器可存儲液壓油，在滿足機械生產設備實際需求的前提下，在恰當的時刻將內部存儲的能量補充到機械驅動裝置的中心元件中，從而最大程度地控制該機械生產設備的平均油液用量，增加電動機容量，適用于大型液壓機械傳動設備。

4.1.3 應用方法

機械設計制造中的機械驅動設備時，液壓機械傳動控制系統和該類設備的連接方法包括串聯、并聯兩種。其中，系統和驅動裝置的串聯是新時期機械生產活動中較為常見的傳動方法，液壓機械傳動控制系統在實際應用時，可以在機械生產設備的輸出端、輸入端增設液壓馬達、變速器，優化驅動裝置的變速裝置，構建機械化的液壓傳動控制模式[5]。基于此，機械驅動裝置在運行時，可以在保持原有速度時，靈活地擴充機械驅動時設備的速度閾值。對于機械設計制造長的裝載機、收獲機，液壓傳動控制系統可滿足該裝置的無級變速控制要求，增加驅動裝置在機械生產中應用范圍。并聯方式則是直接將驅動裝置和液壓傳動設備并聯，整合二者的功能模塊，使得二者功率匯合后直接控股之驅動裝置的輸出轉速。

4.2 高端工程機械

信息時代中，液壓機械傳動控制系統在機械生產中具體應用時，往往會聯合信息技術，將各類高新技術融入機械設計和制造中。比如在高端工程機械生產中，相關企業可開發智能化的液壓傳動系統、高品質的液壓元件，生成高端工程機械傳動系統。該系統可按照機械設計制造中各類設備、機器的特征，完善生產活動中的控制系統、傳感系統，將更多電子信息技術滲透在機械設計制造中，打造現代化機械生產模式，有利于提升機械設計制造中設備運行效率，保障機械生產設備的控制精度。

4.3 數控車床

數控車床是現代機械設計制造中的重要先進裝置，液壓機械傳動控制系統可應用在數控車床中，用于輔助數控車窗加工圓弧型、圓錐型、螺紋、軸類零件，具體的應用方法是在數控車床設計中，基于液壓機械傳動控制原理，開發“主軸箱液壓裝置”“尾臺液壓裝置”。其中，主軸箱液壓裝置可以在數控車床生產機械產品時，作為變速箱的換擋、潤滑工具；或是在數控車床不通電時讓尾座液壓缸夾緊，維持車床尾臺工作的安全性、可靠性。機械設計制造中，數控車床一般會分別設置主軸箱、尾臺等獨立液壓系統控制機械生產中的換向閥、液壓泵、其他元件，同時按照數控車床生產部件的動作控制要求，增加機械設計制造時生產設備控制的經濟性、實用性。

以數控車床中的“自動換刀設備”為例。基于液壓機械傳動控制系統，車床中的自動換刀裝置中的刀塔一般為“液壓刀塔”，由殼體、圓柱形墻體、端齒盤組成。殼體前腔體口的軸線、腔體軸線通常需要設計在同水平線上，形成圓環形端齒盤，端尺盤固定后會和腔體之間設有“圓環形液壓缸”，液壓缸的腔體內軸線、腔體軸線的水平線上設有刀盤軸。因此，在數控車床自動換刀時，立式液壓刀塔上的液壓缸會作用于刀盤上的環形活塞，使其沿軸線運動，然后驅動刀盤軸、刀盤，分離刀盤上的活動端齒盤、固定端齒盤。隨后在刀盤軸旋轉后，讓新刀準確地抵達工作位置，并用環形液壓缸驅動刀盤上的環形活塞，使其沿軸向運動后，嚙合活動端齒盤、固定端齒盤，壓迫端齒盤后，精準換刀。

4.4 機床傳動裝置

機床作為機械設計制造行業的重要設備，在機械生產領域，約有85%的機床控制系統采用液壓機械傳動控制系統，包括機械領域的各類機床，如組合機床、壓力機、剪床、拉床、刨床、磨床等。但是為進一步改善機械設計制造條件，相關人員還應在節約機床按照空間的基礎上，將更多液壓機械傳動控制元件安裝在機床控制系統內。

1.借助“變頻液壓站”中集成應用各類液壓和電氣元件，將其布設在最小空間內，以此減少液壓機械傳動控制系統中的油箱容量，油箱容量可控制在20 L以內。在此過程中，設計人員縮小液壓元件、裝置規格尺寸的前提下，需保障機床生產中液壓油的正常排氣，借此延長液壓油的使用壽命。

2.基于Sytronix 軟件，改進機械設計制造中的機床設備，將一體式、集成化的液壓傳動控制變頻機器應用在機床控制系統中，使其可以按照機械生產需求，實現機床設備的自動控制時電機的轉速控制。相較于傳統恒定動力的輸出設備，變頻機器可依據機床生產周期，保持系統輸出功率不變，降低系統能源需求，使系統的實際能源控制在30%～80%左右。

3.液壓機械傳動控制系統同樣可實現機床速度的靈活控制，并合理地減少油液輸入，冷卻處理液壓油，控制機床生產時的能耗。但是機床設計與制造時，為使機床能夠保障機械行業零件的加工精度，應用液壓機械傳動控制系統時，應切實提高機床內該系統的工作效率、維護監管水平，定期排查該系統的安全隱患，做好檢修工作。

4.設計機床液壓傳動控制系統時，相關人員還應詳細梳理液壓機械傳動控制系統運行時的能量轉換原理及其基本的傳動方法。原因在于，液壓傳動組合機床通常會將液壓油作為主要傳動介質，在進行能量傳遞時需依賴于液壓泵，相關人員可聯合應用液力耦合器、液力變矩器、液壓泵的推動力，維持機床生產工作的順利運行，并在保留原動機功能的基礎上實現機械能、液體壓力能的自由轉變，促進機床液壓傳動控制系統內能量的高效傳遞。

5.為完善機床液壓傳動控制系統中液壓管的閥門控制功能，相關人員可基于系統操作臺，布設液壓馬達、液壓缸等核心傳動元件在該區域促進油液壓力能、機械能的靈活轉變，滿足系統內各大重要元件回轉、直線、往復運動時的控制要求。具體設計時，還應在保持系統工作效率、安全性能的前提下，最大程度地節約能耗，簡化機床設備的結構和質量。

5 結語

綜上所述，為促進我國機械行業的健康發展，打造現代化的機械設計、機械制造技術體系。液壓機械傳動控制系統可在計算機、微電子技術的支持下，增強機械生產設備控制精度，使其在機械制造中保持穩定。但在具體應用液壓機械傳動系統時，還應針對液壓傳動過程中存在的不足，強化相關技術的研究力度，提升機械生產中液壓傳動控制技術水平，為我國機械制造行業生產技術體系的完善奠定基礎。