機械設計制造中液壓傳動控制系統的應用

劉曉花

摘 要：機械制造行業的快速發展，使得傳動技術研究也進入到了高速發展時期，在此背景下液壓傳動控制系統的應用開始得到高度重視，期望能夠通過對控制系統基本情況的研究，實現對該系統在機械設計制造中的合理應用。本文將通過對液壓傳動控制系統原理以及組成情況的介紹，對液壓傳動系統優缺點進行分析，并以此為切入點對液壓傳動控制系統在機械設計制造中的應用展開探討，旨在提升液壓傳動控制系統應用水平，實現理想化機械設計制造模式。

關鍵詞：液壓傳動控制系統 機械制造行業 機械設計制造 執行元件 動力元件

液壓機械傳動系統的使用與不斷升級，實現了對我國機械制造行業發展的有效推動，為相關行業的發展提供了可靠支持。為確保液壓機械傳動系統，能夠在液體壓力作用下，達到對能量進行控制轉換以及傳遞的效果，實現對機械設備運轉流程的有效保障，需要通過對傳動方式進行選擇的方法，確保機械設計制造水平能夠得到切實提升，以便為機械制造行業整體發展提供有利契機和助力。

1 液壓傳動控制系統的原理與組成分析

液壓傳動控制系統的工作原理是，先通過動力元件液壓泵將原動機（如電動機）輸入的機械能轉換為液體壓力能，再經密封管道和控制元件等輸送至執行元件如液壓缸，將液體壓力能又轉換為機械能以驅動工作部件工作。液壓傳動系統主要由執行元件、動力元件、控制元件以及輔助元件五部分組成，各部分的具體作用如表1所示。

整體液壓機械傳動系統包括軟件以及硬件兩部分內容，其中硬件部分包括編輯器、存儲器以及微處理器等設備，會借助總線進行硬件部分的連接；而軟件部分包括用戶程序以及系統程序兩部分內容，用戶程序會按照具體需求展開程序翻譯，而系統程序主要控制PLC。PLC屬于核心控制部分內容，具有良好的靈活性以及普遍性特點，能夠通過對存儲器的應用，完成程序編輯而實現相應控制。會在控制需求發生改變時，通過對程序的優化和升級，達到對不同對象進行遠程控制的目標，具備較強功能以及可靠性特點，具有容易維護以及操作簡單的優勢，擁有良好系統抗干擾能力。需要通過合理對PLC進行應用的方式，保證液壓機械傳動系統運行質量，確保其能夠為整體系統應用提供可靠技術支持。

2 液壓傳動控制系統優缺點研究

2.1 優點分析

將液壓傳動控制系統應用到機械設計制造領域之中，具備工作效率高以及高壓等方面優勢，實用性較為突出，不僅傳動功率較為理想，而且能夠達到高度集成化效果，整體應用一體化以及小型化等優勢較為突出，可以更好地完成機械設計制造各項任務。控制系統能夠完成控制器的編程以及計算機等各項設備的高質量應用，可以通過和微電子技術進行有效融合的方式，在較小空間范圍內完成對功率的精準操控。

在進行液壓機械傳動控制系統的控制元件布置過程中，需要根據要求保證整體布置的靈活程度，在相同功率狀態下，能夠將體積控制在最小，使其具備重量輕以及反應快等優勢，方便更好地展開操縱。需要保證液壓傳動在使用過程中的壓力能夠達到50MPa左右，確保能夠實現較大范圍內的調速處理。機械自動化以及直線運動的實現，也是該系統應用優勢體現。因為系統介質以礦物油為主，能夠達到自動潤滑作用，可以有效延長系統使用壽命，所以更加便于機械自動化以及直線運動的實現，能夠利用電液聯合控制模式，達到高度自動化管控效果。

2.2 缺點分析

為確保液壓傳動系統能夠處于穩定運行狀態，需要避免液壓系統出現漏油狀況，避免因為漏油而導致液壓機械系統出現比例失衡問題。同時，溫度變化也會對控制系統運行產生直接影響，主要是因為在不同溫度環境中，系統中的液體粘性也會有所不同，會導致系統運動特性發生改變，進而導致對控制系統運行穩定性造成干擾。此外，如果液壓傳動控制系統在運行時發生故障問題，整體故障檢查以及排除難度相對較大，會因為系統運行而造成相應污染，部分液壓元件在加工過程中也會產生金屬粉末，會在金屬管螺紋位置和其接觸時發生密封膠脫落問題，導致系統運行受到干擾。

為將液壓傳動控制系統的優勢完全發揮出來，確保其劣勢問題能夠得到有效控制，保證整體系統能夠在機械設計制造中發揮出更大的作用，需要確定系統運行最佳方案，以便更好地展開系統應用，高質量完成各項機械設計制造任務。

3 機械設計制造中液壓傳動控制系統的應用

3.1 液壓機械傳動系統設計控制關鍵

3.1.1 合理設置配合面粗糙度以及運動零部件

在進行液壓機械傳動系統設計過程中，為保證最終傳動效果，需要做好配合面粗糙度的設置，一般會將其粗糙度控制在0.8以下，運研磨和滾刮的方式進行加工處理。滾刮屬于較為先進工藝模式，具有金屬表面強化以及高效率等方面特點，能夠將液壓密封件表面加工成鏡面效果，可以達到切實提高其使用性能以及使用壽命的目標。但業內也有部分人士認為，接觸密封件金屬表面光滑度需要控制在合理范圍之內，不易出現光滑度過高的情況。認為如果接觸面存在一定凹坑，可以達到進行油液儲存的效果，進而達到降溫以及潤滑的作用，能夠有效降低爬行以及部件異響等問題的發生概率。綜合上述情況，在實際進行設計過程中，需要根據具體需求展開表面粗糙度的設計。

3.1.2 做好液壓部件清潔度

液壓部件清潔程度和其使用壽命有著密切關聯，是不可忽視的重要一環。在進行加工清潔過程中，需要做好去毛刺以及除銹等各項清理工作，確保液壓部件清潔度能夠達到要求，達到有效延長部件使用壽命的目標。同時，需要做好圓角過渡設計，保證密封件裝配質量。根據標準流程展開設計，對密封件參數以及工作環境等各項內容進行嚴格檢查，確保密封件設計方案能夠滿足具體要求。

3.2 實際應用分析

在開展機械設計過程中，液壓傳動系統主要結構部件包括輸出軸以及行星齒輪等各項內容。其中，行星齒輪可以根據需求對功率進行分流處理，并將其輸入到機械路或液壓路之中，通過進行并聯處理的方式，達到功率驅動，進而將行星齒輪并聯到功率回流之中，達到驅動傳動同時輸出的效果。傳動系統主要分為開式以及閉式兩種模式，開式的運行方式相對較為簡單，無論是保養還是安裝工作都較為方便，但需要設置容量較大油箱設備。閉式整體結構相對較為緊湊，只需要設置補油油泵即可，液路冷熱交換能力相對較弱。

較為常見的應用實例主要體現在以下幾個方面，由于篇幅限制，不能進行詳細介紹，只進行簡單分析，希望能夠對其應用有基本了解。具體應用實例如下：①煤炭機械。在進行煤炭機械車輛設計過程中，需要運用控制系統進行調速，按照機械設備具體使用要求，利用傳動系統油泵或液壓馬達進行搖臂設備的調速處理，確保液壓馬達取卡量和油泵流量調節便利程度；②公交車。公交車一般會運用閉式傳動系統，保證液壓馬達能量和泵能量之間轉換質量，會通過對開式系統的應用，作為公交車傳動系統展開一次元件液壓儲能操作，現階段公交車液壓機械傳動系統，主要以閉式系統為主，會運用不同傳動軸，展開動力輸出和輸入處理，系統功率流向較為分明，能夠有效避免混流狀況；③礦山裝載機。礦山裝載機械會運用液壓機械傳動系統，展開變速器運行狀態與斜盤角度控制，會通過對制動器、液壓馬達以及變量泵等設備的應用，在差動輪系助力之下，完成機械動力和液壓動力的合成，會通過對液壓機械傳動系統的應用，對自動變速換擋進行控制，確保機械傳動效率能夠達到理想狀態，減少不必要的能量消耗問題，能夠取得較為理想的經濟效益；④履帶式車輛。將液壓機械傳動系統應用到履帶式作業車輛之中，能夠保證機械在行駛過程中根據實際需求進行科學調速，可以保證作業速度，確保馬達輸出特征能夠與行駛阻力保持匹配，實現對作業機械動力性能的有效改善，在進行車輛傳動系統參數設計過程中，需要對輸出轉速以及液壓馬達增速等各項內容進行考量，做好輸出比以及輸出轉距等各項參數的設置；⑤清掃車。將系統應用到清掃車制造之中，能夠利用系統保證車輛的行駛工作效率，確保車輛油耗問題能夠得到有效控制，減少不必要的廢棄排放，可以達到良好的使用效果；⑥分速匯距系統。運用系統能夠對車輛轉向性能以及傳動性能進行有效改善，可以實現對車輛分速匯距系統的有效控制。如液壓機械傳動系統屬于兩段式傳動結構模式，運行工況包括液壓機械以及純液壓機械兩種模式，在傳動工況中，液壓機械傳動功率要遠遠高于純液壓傳動功率，可以利用傳動控制系統，保證車輛能夠借助檔位高低轉換完成各項控制，確保車輛作業模式以及運輸模式能夠處于理想運轉狀態，系統中的傳動能力也能夠達到預期目標。

3.3 系統應用作用分析

3.3.1 控制設備

在進行機械設計制造時，需要進行控制的設備種類以及數量相對較多，要保證能夠實現對各部件的嚴格管控，以便保證后續工作能夠順利進行。例如，需要通對設備功率進行計算的方式，確定液壓機械控制系統最大使用效率，明確周圍施工環境具體情況，設置正確施工方式，以便保證外界影響因素不會對系統正常使用造成干擾。運用液壓機械制造系統，能夠為機械設計制造行業發展提供有效動力，可以高質量完成塑性加工，借助外力對加工材料進行外形調整，保證材料本身性質不會發生改變。系統應用能夠實現對加工流程的切實簡化，可以保證質量以及加工成本控制合理性。在對復雜部件進行加工過程中，可運用系統達到高質量完成加工任務的目標。就系統整體應用情況來看，其在機械設計制造體系中的應用已經處于較為完善狀態，在材料加工以及塑性加工等工作中開展有著積極影響。

3.3.2 性能優化

液壓機械控制系統應用與傳統機械設計方式并不相同，可以運用傳動技術對機械傳動工作效果進行改善，從性質角度入手進行設計優化。由于該項技術在諸多領域中均有涉獵，可以在現代化技術配合之下，利用計算機控制等技術和傳動系統保持密切配合，可以高質量完成工作，所以整體運用效果也較為理想。例如，在對動力體系進行設計過程中，會運用傳動技術進行控制，按照工業產值數據變化情況展開液壓參數比的管控，能夠利用傳動技術對系統剛性進行優化，保證變量系統的控制效果。

3.3.3 參數控制

液壓機械控制系統具備良好的運動參數以及動力參數控制效果，能夠在工程機械裝備中發揮出更大的作用。由于液壓具有高壓傳遞特性，能夠在保證恒功率輸出控制效果的同時，達到對其進行科學應用的目標，所以可以利用該技術更好地完成各項參數控制任務。就構成情況而言，液壓系統整體構成相對較為簡單，包括大型系統鋼芯，能夠保持正反方向的運轉狀態，可以根據具體需要確定具體的運轉方向，可以實現對操作程序的切實簡化。在工程機械裝備之中，液壓技術應用能夠達到理想化的控制效果，可完成對各種機械的高質量控制。由于液壓控制技術的應用具有諸多優勢，在恒功率組合方面的作用尤為突出，所以需要進一步加大對該項技術的研究以及應用力度，對其在變量系統中的應用價值進行充分分析，以便更好地展開技術應用，實現深層次技術應用模式。

3.3.4 系統創新

在此將以純水液壓機械控制系統為例進行介紹。該項系統屬于機械設計制造行業創新性項目內容，整體應用前景較為廣闊，系統應用過程中的介質主要以純水為主，具有成本低廉以及來源廣等方面的優勢。因為液壓油存在泄露的可能性，如果發生泄漏問題，會對系統正常運轉產生直接影響，甚至引發火災以及污染等各項事故，并不符合持續性發展戰略，所以運用純水作為介質進行應用，能夠在達到良好阻燃效果的同時，降低安全隱患以及污染等問題發生可能性，所以在今后，該項運行模式將成為液壓機械控制系統重點傳動技術，能夠為我國機械制造行業發展做出更大的貢獻。

3.4 系統應用優化建議

為確保液壓機械傳動系統能夠在機械設計制造行業中得到更好的應用，首先需要進一步加大對傳動系統的研究力度，明確系統應用方式以及具體應用要求，掌握控制系統的各項管理細節，將系統合理應用到機械設計制造之中；其次，需要不斷對系統應用進行完善，做好介質以及各項細節的升級和改造，保證系統應用能夠發揮出更大的效果，能夠按照持續性發展戰略進行系統升級和改進，確保系統能夠更加符合機械設計制造的各項需要；最后，加強專業化人才培養力度，按照產學研相結合的方式，通過高校、科研機構和企業三方進行有效配合的方法，利用高校師資力量、科研機構科研力量以及企業實踐等方面力量和資源，制定出較為合理的人才培養計劃以及輸出方案，確保能夠按照具體需要對人員進行針對性培養，保障人員的專業化能力以及系統應用能力，以便為系統應用和研究優化提供源源不斷的人力資源支持。

4 結束語

需要明確認識到，對液壓機械傳動系統進行使用的主要目標，是保證控制技術以及液壓傳動技術能夠得到合理融合，可以將液壓傳動控制系統優勢以及性能穩定性充分發揮出來，實現對機械設計制造工作的有效輔助，推動機械制造行業發展。因此，需要進一步加大對液壓傳動控制系統的研究力度，明確系統運行原理以及組成等基本情況，并根據實際設計使用需要，對系統展開科學研究，以便實現理想化設計模式，保證最終機械制造行業發展質量。

2021年甘肅省高等學校創新基金項目《基于ANSYS的帶式輸送機換向滾筒有限元分析及結構優化設計》。編號：2021A-293。

參考文獻：

[1]丁永強，崔廣夫.液壓傳動控制系統在機械設計及制造中的應用分析[J].中國設備工程，2021，（19）：110-111.

[2]應劍.機械設計制造中液壓機械傳動控制系統的應用[J].設備管理與維修，2021，（14）：101-103.