工程機械中運用先進液壓控制技術(shù)探究

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摘要：本文主要對先進液壓控制的內(nèi)容進行簡單的介紹，然后對先進液壓控制技術(shù)的特點以及其在工程機械中的具體使用，例如先導(dǎo)技術(shù)、負載傳感技術(shù)以及計算機控制技術(shù)進行深入介紹，希望能夠促進先進液壓控制技術(shù)在工程機械中的具體應(yīng)用，以此保障工程建設(shè)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程機械；先進液壓；控制技術(shù)

1液壓控制技術(shù)的發(fā)展概述

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

2工程機械液壓控制系統(tǒng)分析

解放前，我國只有在壓機壓機機床中能夠應(yīng)用有限數(shù)量的液壓元件，我國并無其他液壓工業(yè)[2]。建國后，受到前蘇聯(lián)的幫助，我國逐步提升液壓技術(shù)雜姐設(shè)備中的應(yīng)用，經(jīng)過不懈努力我國液壓工業(yè)終于發(fā)展成為適應(yīng)機械行業(yè)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，從2009年的統(tǒng)計來看，我國液壓工業(yè)主要企業(yè)已經(jīng)超過600個，液壓技術(shù)科研院所也達到20個以上，從業(yè)人員超過30萬人，生產(chǎn)液壓元件高達1000萬以上，液壓工業(yè)總值為269億元，與早期的液壓工業(yè)相比取得明顯進步。

2.1工程機械液壓控制系統(tǒng)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(zhuǎn)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(tǒng)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(tǒng)具有比較良好的硬度特性。從圖像上來看，系統(tǒng)速度特性曲線和變量泵-定量馬達系統(tǒng)具有一定的相似性，但是變量泵-定量馬達系統(tǒng)的速度特性是隨著負載變化而變動的，在此假設(shè)基礎(chǔ)上不會對電動機的轉(zhuǎn)速造成影響，實際應(yīng)用的過程中，負載變化的同時異步電機轉(zhuǎn)速也發(fā)生著相應(yīng)的改變，而矢量控制變頻調(diào)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(nèi)。因此，本系統(tǒng)的速度特性曲線需要比變量泵-電力馬達系統(tǒng)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(shù)（立方米/秒）。

2.2工程機械液壓控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

首先是比例技術(shù)以及伺服技術(shù)分析，伴隨著比例技術(shù)以及伺服技術(shù)等多樣化技術(shù)的發(fā)展，工程機械操作工作逐漸由復(fù)雜變得簡單，并且能夠在一定程度上促進控制的精準(zhǔn)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(xué)的利用此技術(shù)進行自動找平，并且借助電液伺服控制技術(shù)以及電液筆記控制技術(shù)，提升施工的質(zhì)量。根據(jù)推耙機的切深角度以及控制原理，主要是借助對伺服技術(shù)的應(yīng)用，進一步提升對切身精準(zhǔn)度的保障。與此同時還需要借助比例閥的開環(huán)控制系統(tǒng)展開對推耙角度的科學(xué)合理管控，進一步提升工程機械的準(zhǔn)確度，增進工程建設(shè)的質(zhì)量。該系統(tǒng)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(fā)動機的相關(guān)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(guān)的作用，以此完成相應(yīng)的任務(wù)。電液伺服閥控制技術(shù)的精準(zhǔn)度較高，并且可以實現(xiàn)操作結(jié)束后的迅速響應(yīng)，這樣可以科學(xué)的進行施工。這種技術(shù)的控制效果比較優(yōu)異，但是缺乏相關(guān)的耐污染力度，很容易被影響從而導(dǎo)致?lián)p傷。其次是液壓泵的控制技術(shù)，此技術(shù)在工程機械過程中應(yīng)用的范圍較廣，一般使用變量泵對容積的速度進行調(diào)控。等到油門的開度保持不變時，系統(tǒng)發(fā)動機會根據(jù)負載的變化進行轉(zhuǎn)速的改變，但是扭矩的輸出并不發(fā)生變化[4]?；诖耍瑔伪孟到y(tǒng)中泵排量和壓力的關(guān)系呈現(xiàn)反比。雙泵系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中，兩個泵的發(fā)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(dǎo)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(shè)備運行。壓力切斷控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出壓力數(shù)值的控制，一旦發(fā)現(xiàn)輸出壓力大于設(shè)置數(shù)值時，就會減小泵的流量，并且實現(xiàn)科學(xué)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(xiàn)和流量控制的高度結(jié)合，實現(xiàn)更好的控制作用。除此之外，先進液壓控制技術(shù)具備較強的適應(yīng)能力，可以在許多地理環(huán)境中對其技術(shù)進行運用。該技術(shù)還存在較大的優(yōu)點，能夠進行科學(xué)的環(huán)?？刂疲瑱C械操作的過程中不會對周圍的環(huán)境造成破壞，實現(xiàn)科學(xué)的機械作業(yè)，有助于和諧發(fā)展路線的構(gòu)建。機械工程具有多樣化、多種類的系統(tǒng)泵，不同系統(tǒng)內(nèi)液壓泵的數(shù)量也存在一定的區(qū)別，實際應(yīng)用過程中也具有多樣化的特征。雙泵系統(tǒng)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(nèi)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(xiàn)對產(chǎn)生功率的群面應(yīng)用，能夠在一定程度上改善兩泵中出現(xiàn)的流量問題。分功率控制的手段主要是兩泵各自占據(jù)發(fā)動機功率的一半，兩者相互獨立不會產(chǎn)生什么危害，但是上述問題很可能導(dǎo)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(shù)值的情況下，對流量進行自動化的調(diào)整，并且可以和其他方式結(jié)合使用。總工率控制的主要辦法時間排量調(diào)節(jié)作為雙泵壓力調(diào)節(jié)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(xiàn)。流量控制系統(tǒng)是在泵軸轉(zhuǎn)速不調(diào)整的情況下，科學(xué)的控制泵排量的系統(tǒng)。最后，相關(guān)部門在對先進液壓控制技術(shù)應(yīng)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(yè)技能的認知，在一定程度上對工作人員掌握相關(guān)控制技術(shù)理論以及實踐能力進行指導(dǎo)，并且建設(shè)具體的先進液壓控制技術(shù)應(yīng)用管理機制。面對先進液壓控制技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中產(chǎn)生的局限性，有針對性的尋求相關(guān)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(shè)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(shù)的有效進行，對工程機械控制技術(shù)發(fā)展有重要的促進作用。

3工程機械先進液壓控制技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1計算機控制技術(shù)

在工程機械中計算機主要發(fā)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(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，推動著計算機控制技術(shù)在工程機械中的逐步應(yīng)用，而對于計算機控制技術(shù)而言，影響較大的是其中的硬件環(huán)境，計算機控制以及管理受到先進硬件環(huán)境的保護。工程機械的電液系統(tǒng)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(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，使該項工作產(chǎn)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(fā)展與應(yīng)用，能夠科學(xué)的應(yīng)對并解決上述過程中存在的問題。計算機控制技術(shù)快速發(fā)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(yōu)異的是模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制，這兩項控制技術(shù)的發(fā)展較為成熟，一旦面對不準(zhǔn)確信息的存在，上述兩種智能控制方法的優(yōu)勢也就得以展現(xiàn)?，F(xiàn)代化背景下，工程機械控制的研究內(nèi)容趨于多樣化，并且小有成就?？偠灾?，科學(xué)、先進、合理的控制方法能夠充分發(fā)揮對工程機械控制的作用，并且有助于機械控制系統(tǒng)的構(gòu)建。以計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)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?qū)?00個油缸實施控制，進而滿足常規(guī)工程機械要求。此外，其同步控制精準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對各個吊點實施同步控制精準(zhǔn)度小于±1mm，達到較高精準(zhǔn)度。

3.2先導(dǎo)控制技術(shù)

先導(dǎo)控制技術(shù)的本質(zhì)是通過比較細微的手動操作所產(chǎn)生的控制信號，實現(xiàn)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(xiàn)實生活中的應(yīng)用情況出發(fā)，先導(dǎo)控制技術(shù)在工程機械中主要根據(jù)以下形式展開應(yīng)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(yīng)用范圍較廣，其中先導(dǎo)閥通常使用的是先導(dǎo)減壓閥、雙節(jié)流閥以及高速開關(guān)閥。第二點是排量控制，排量控制主要是利用先導(dǎo)閥產(chǎn)生的控制油對液壓泵的變量機構(gòu)進行科學(xué)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(diào)節(jié)。除此之外，隨動式的先導(dǎo)閥能夠?qū)ξ恢眠M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(dǎo)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(xiàn)代化建設(shè)背景下，電子控制技術(shù)的使用范圍逐漸擴大，工程機械中電子控制技術(shù)的應(yīng)用也更加廣泛。市場環(huán)境中，電動控制桿的產(chǎn)品也逐步走入群眾視野，相關(guān)技術(shù)也獲得提升和發(fā)展。使用多樣化的方式實現(xiàn)對電動控制桿進行操作，在一定程度上可能會出現(xiàn)與之相關(guān)的電氣信號驅(qū)動電磁閥，對比手動控制桿而言，電動控制桿能夠?qū)崿F(xiàn)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(dǎo)控制技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，以結(jié)合磁流變技術(shù)實施壓力閥先導(dǎo)控制裝置相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，可依據(jù)先導(dǎo)式壓力閥相關(guān)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(yīng)力，半徑是R1、R2間的環(huán)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(diào)節(jié)。

3.3負載傳感技術(shù)

通常來講，工程機械的作業(yè)對象具有一定的復(fù)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(diào)節(jié)產(chǎn)生重要影響，還在一定程度上對多聯(lián)多路閥的復(fù)合操作產(chǎn)生重要影響]。在此背景下，傳感技術(shù)的應(yīng)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(xiàn)對溢流閥中溢流量的科學(xué)控制，有利于節(jié)能工作的具體實現(xiàn)。負載傳感技術(shù)利用自身的重要優(yōu)勢，已經(jīng)在工程機械的液壓控制中占據(jù)了較為重要的地位，并且實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。負載傳感技術(shù)在工程機械中的應(yīng)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(diào)節(jié)穩(wěn)定性的提升，并且有助于各個執(zhí)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(xué)監(jiān)控，能夠確保在第一時間對變量泵以及變量機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，進一步實現(xiàn)節(jié)能的作用。從具體的應(yīng)用情況來說，現(xiàn)代化背景下已經(jīng)有越來越多的液壓閥控制系統(tǒng)中應(yīng)用負載傳感控制技術(shù)，在一定程上增加著控制的精準(zhǔn)度，具有十分重要的現(xiàn)實意義。某基于特定負載的負載傳感控制技術(shù)圖見圖2。目前，負荷傳感技術(shù)在液壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用并不少見，以負荷傳感技術(shù)于某重型平板車液壓控制系統(tǒng)中的運用情況為例進行分析，構(gòu)建轉(zhuǎn)向及懸掛液壓控制系統(tǒng)，根據(jù)轉(zhuǎn)向公式能夠?qū)Σ煌喬サ木唧w轉(zhuǎn)角關(guān)系進行計算，轉(zhuǎn)向公式具體為，tanα=L1/R，tanγ=L3/（R+H），tanβ=L2/R，該系統(tǒng)能夠節(jié)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(jié)束語

總而言之，先進液壓控制技術(shù)在工程機械控制中的應(yīng)用發(fā)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(xiàn)對復(fù)雜工作的科學(xué)解決，還可以按照不同作業(yè)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(xiàn)準(zhǔn)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(shù)應(yīng)用過程中，需要進行相關(guān)的管理工作，才能夠切實保障技術(shù)水平的提升，從而促進工程機械的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

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

作者:陳鋒楠 單位:廣州城市理工學(xué)院