智能化液压演示系统

王宏佳 李红霄 李波

摘 要：现阶段，由于劳动力成本和技术问题，在我国中小企业大多数液压工作设备还靠人工进行操作，虽然控制系统比较简单，制造也比较容易，但是这种方式的精度和效率并不是很高，影响数据的精密性，而且在一些条件比较恶劣的情况下，容易造成事故，随着工业的不断发展与进步，同时提高企业的生产效率，开发更为先进的控制系统已迫在眉睫，随着科技飞速发展，时代不断进步，智能化系统逐渐成为主体，所以我们团队在此背景下进行了智能化液压系统的研究。

在老师的带领下，我们在图书馆，百度，新浪，以及结合所学课程查阅大量资料，首先是对液压系统进行深入探究，在之前较为成熟的液压系统的基础之上，将其加以智能化，开发一套更为先进的液压机控制系统是当务之急，液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。现代液压系统的主要缺点有：1、抗工作液污染能力差2、对温度的变化较为敏感3、存在泄漏的隐患4、制造难，成本高5、不适于远距离传输且需液压传输6、现在人工操作多余自动化操作。研究智能化液压装置系统的目的就是为了更加进一步的简便操作人员的工作以及人机交互的体验。提高工作效率并进一步的节省能耗，提升液压行业的整体水平。

关键词：智能化液压;液压控制装置

一、智能化液压控制系统的优化设计过程

1.液压装置的整体结构及原理

本课题在经过一系列调研的基础上，为了提高中小企业的生产效率和系统性能，我组对一些简单的液压系统进行智能化设计，利用微处理器及其自动化技术结合液压形成工艺，设计液压控制系统，实现压边力，冲制速度等工艺参数字化，智能化控制，本项目主要设计内容是设计成一个完美的液压装置控制系统，采用ATmega128单片机作为控制主体，它由Atmega系列AVR单片机作为控制的核心，扩展控制通道，信号检测通道，通讯接口，键盘，显示器，等组成。同时，它具有：

1.控制精度高，控制行程精度可达1秒

2.集成度高，体积小，可靠性高

3.低电压，低消耗

4.易实现生产线的集成控制，组成柔性生产线及与上位机进行通讯和实现调度控制

5.优异的性价比

根据上述要求，我小组设计了一个简单的液压系统，如图所示

2.硬件设计部分

硬件设计中采用高性能、低功耗的 AVR 8 位微处理器

先进的 RISC 结构133 条指令  通用工作寄存器+ 外设控制寄存器全静态工作工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS，10，000 次写/ 擦除周期具有独立锁定位、可选择的启动代码区通过片内的启动程序实现系统内编程真正的读修改写操作多达64K字节的优化的外部存储器空间可以对锁定位进行编程以实现软件加密可以通过ISP实现系统内编程。由于本单片机所用的工作电压为 4.5 - 5.5V ATmega128，所以不能直接控制电磁阀，故需要设计放大电路。

（1）本单片机具有良好的性能，为操作者提供6中睡眠模式，可以提供更多的选择和操作。

（2）具备显示屏，能提供更好的人机交互体验，从而更加方便的操作。

3.软件控制设计部分

在控制方面，通过单片机来当作核心控制，使用按键来设置工作模式和工作时间，通过LED数码管和外接显示屏来先视工作方式和工作时间。利用ATmega128单片机模块中的定时器来计时，当计时器和显示屏归零，则中断请求，改变电磁阀的通电状态，从而实现对液压系统的控制功能。

二、未来发展趋势

由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面：

1、减少能耗，充分利用能量

液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。需要解决下面几个问题：

1.减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失，采用集成化回路和铸造流道，可减少管道损失，同时还可减少漏油损失。

2.减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。。

3.发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、通径电磁阀以及低功率电磁阀。

4.改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。

5.为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。

2、主动维护

液壓系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则发展动向趋势。

3、液压行业

液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展;开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。

液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展，开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展，开发液力减速器，提高产品可靠性和平均无故障工作时间;液力变矩器要开发大功率的产品，提高零部件的制造工艺技术，提高可靠性，推广计算机辅助技术，开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术;液粘调速离合器应提高产品质量，形成批量，向大功率和高转速方向发展。

参考文献：

[1]陶圣凯 张玲 李显林 瞿全 智能液压系统科研论文2011

[2]马宪亭 姜福祥 《液压与气压传动技术》2009

[3]沈建良 《ATmega128单片机入门与提高》2009

课题项目：智能化液压演示系统大创项目（202011430036）

（辽宁科技学院   117004）