机械设计制造中液压机械控制系统的应用

万林应

铜陵求精机械有限公司 安徽 铜陵 244000

随着我国科学技术水平的不断提高,自动化技术得到了广泛的应用。液压同步回路技术具有运动平稳,功率密度高等优点,被广泛应用于机械设计制造中。液压同步回路技术的应用提高了机械的自动化水平,对各种机械技术的现代化发展具有重要作用。

1 液压机械控制系统的构成

液压机械控制系统基本上都是由以下三种元件构成的。(1)执行元件。该元件作为整个控制系统中最为重要的元件,其可将液压泵提供的液体转化为机械能量,在使用液压泵的过程中,可大大提升机械能量转化效率。此外,执行元件还可自行控制液体的流动速度。(2)动力元件。该元件能够为液压机械控体系统提供充足的运行动力,实践当中,在选择动力元件时,应根据系统容量的大小来选择动力元件,通常情况下,在选择动力元件时都会选择齿轮泵,即根据齿轮的变化情况来输送液体。(3)辅助元件。通常而言,辅助元件基本上就是管道,可通过其将执行元件以及动力元件连接在一起,以确保液压机械控制系统能够安全、平稳运行。

2 机械设计制造中液压机械控制系统的应用

2.1 液压传动无极变速器的应用 合理使用液压机械变速箱控制系统可以有效地控制系统的运行速度,这就是所谓的无级变速技术。在正常情况下运行这种液压系统时,可变泵和固定电动机必须提供重要的支持。当系统运行时,发动机产生一定量的独立动力,因此一些动力沿着离合器传递到行星架,而其他动力则通过液压系统传递到太阳轮。当这两种动力通过差速器传递时,它们可以通过一系列运动组合在一起,并且通过液压机械控制系统的齿轮装置用于完成传递工作。同时,在机械设备操作的初始阶段,必须保持与离合器相同的状态,并确保打开和关闭操作始终集成在一起。液压系统可以按时接通电源。例如,当液压机械旋转控制系统在操作中时,离合器显示两种状态,一个是打开的,另一个是关闭的,因此,人们可以有效地控制液压马达的转速。只有这样,才能确保发动机动力的平稳传递,确保传动效率,并通过适当调节电动机的旋转方向,可以确保液压机械传动系统的平稳和安全运行。

2.2 液压机械传动控制系统在数控车床中的应用 在数控车床上使用液压传动技术,可以确保液压底板的夹紧和松开,尾座套筒可以任意取出或缩回,并且可以在液压的作用下锁定和旋转。通过系统的控制,在排油管路上安装了压力继电器,以确保油泵油箱设定的安全性,当出现低于2.0 MPa的情况时,系统会自动发出警报。可以使用夹紧装置上的控制系统自动调节压力,以将压力保持在正常范围内。在尾座装置中,可以通过单向节流来控制排出速度,并且可以通过减压阀自动调节顶升力的大小。

3 液压同步回路在起重机械中的应用

3.1 机械限制强制同步 机械式同步回路的结构非常简单,因使用阀件比较少,所以成本比较低,可是需要机械结构刚度高,运动部件间的间歇必须合理,通常情况下,此种同步回路的精度设定为5%,可见机械配合精度会在很大程度上影响同步精度,运动部件配合精度高,系统同步精度高。此种同步回路适合用在液压缸相距近、要求同步精度不要、机械连接刚度强的情况中[2]。

3.2 节流调速的同步 此种模式的同步回路利用了节流调速方法,具体指将对阀口大小进行改变,进而改变通过阀的流量,可以让通过分支油路的实际流量变得相同,此时执行器的速度相等。一般会在同步精度低的液压系统中使用此种同步回路方法,技术精准性不高,系统比较简单,价格也不高,可能会出现系统发热的问题,如果出现偏载问题,可能会导致阀口的压力差变化,对流量、同步效果产生影响。通常节流调速的同步精度大约在5%至10%之间,阀结构形式、质量,这些都能影响到同步精度。对于那种负载稳定、同步精度要求低的情况,可以使用节流调速的同步回路。

3.3 液压缸串联的同步回路 此种类型同步回路组成为,活塞液压缸有杆腔油口连接在另外一个柱塞缸进油腔中,这时活塞的液压缸有杆腔的有效面积与柱塞的液压缸实际有效面积相同。此形式中,液压元件比较少,整体结构简单,不会非常敏感地感受到油污污染,少发热,工作比较可靠。压力油源推动着液压缸的活塞杆会伸出,液压缸的活塞杆收回需要靠重力完成。从理论上看,此模式的回路可达到完全的同步,可是因为油液中存在气体,液压缸活塞的密封也可能泄漏,所以不可能达到完全的同步,实际应用的时候,先修正液压缸的终点位置,防止累积误差的影响。此模式并不需要同步控制元件,就可以承受住偏载,一般其同步精度范围在2%至3%之间,可用在形成短、需承载偏载、同步精度要求高的情况下,可是需要设计出专门的液压缸,由液压泵供给压力,并且是液压缸全部的压力。

3.4 比例阀的同步调速 对于控制的速度可用比例阀进行控制,进而降低液压冲击力度。同步回路使用比例阀实现,还能进行单独动作,并实现闭环控制,系统中的编码器可时时刻刻监测到速度,换速度信息传给控制器,当超出偏差后,可进行自动地纠正,进而尽量避免外界干扰,提高同步精度。同步精度范围在0.01%至0.2%之间。

4 液压同步回路挖掘机液压系统中的应用

4.1 简单行走回路 首先,打开单向阀,液压油进入马达右腔。其次,液压油进入节流孔进入平衡阀,并使其左移,接通制动器油路,使制动器松开,这个动作还接通了回油油路。最后,如果马达超速(例如下坡时),泵来不及供油,则使A口压力降低,平衡阀在弹簧力作用下向右移动,关小马达的回油通道,从而限制马达的转速。

4.2 行走限制回路 履带式液压挖掘机行走马达常用的限速补油回路,由压力阀,单向阀和安全阀等组成。正常工作时换向阀处于右位,压力油经单向阀进入行走马达,同时沿控制油路推动压力阀,使其处于接通位置,行走马达的回油经压力阀流回油箱。当行走马达超速运转时,进油供应不足,控制油路压力降低,压力阀在弹簧的弹力作用下右移,回油通道关小或关闭,行走马达减速或制动,这样便保证了挖掘机下坡运行时的安全。这种限速补油回路的回油管路上装有5～10(bar)的背压阀,行走马达超速运转时若主油路压力低于此值,回油路上的油液推开单向阀5或7对行走马达进油腔补油,以消除吸空现象。当高压油路中压力超过安全阀8或9的调定压力时,压力油经安全阀返回油箱。

4.3 自动变量回路 行走马达的控制回路配备了高压自动变量装置,当挂上高速挡时,回路接手动变速油口来油,推动变速阀左移,使马达变为小排量；如果行驶阻力增大致使油压升高到设定值时,油液推动变速阀右移,马达自动变为大排量低速挡,以增大扭矩。

具体操作为,打开单向阀,液压油进入马达右腔。液压油通过节流孔进入平衡阀,并使其左移,接通制动器油路,使制动器松开,这个动作还接通了马达回油油路。液压油通过安全阀的中间节流孔进入缓冲活塞腔,将缓冲活塞推到左侧。如果此时系统压力超过此安全阀的设定压力(10.2MPa),安全阀将在瞬间打开,起到缓冲作用。注意到行走马达控制阀内部有2个结构完全相同的安全阀,它们在挖掘机开始行走以及制动时将起到重要的缓冲作用。

5 结语

随着液压传动技术的迅速发展,液压传动取代机械传动和电气传动领域不断扩大,液压系统同步回路的设计和应用场合也越来越广泛,在控制方法上,除传统的控制方法外,越来越多的采用单片机和可编程逻辑控制器(PLC)控制,逐步由比例调节替代机械调节,实现了同步回路的过程自动化和可视化。这样在油缸带动工作装置运行时,更能准确、快速地响应,达到最佳控制效果。