機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)探究

胡中望，宋 豫

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

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機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)探究

胡中望，宋 豫

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

在工程機(jī)械巨型化、智能化、模塊化發(fā)展的今天，機(jī)械液壓系統(tǒng)已成為工程機(jī)械的核心系統(tǒng)，其可靠性和穩(wěn)定性成為制造企業(yè)和設(shè)計(jì)單位的關(guān)注焦點(diǎn)，關(guān)系著產(chǎn)品整體的功能性和耐久性。分析了機(jī)械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的控制要點(diǎn)，以可靠性為方向，提出了設(shè)計(jì)工作的要點(diǎn)，對提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性進(jìn)行研討。

機(jī)械液壓系統(tǒng)；可靠性；設(shè)計(jì)；港口機(jī)械

近年來，港口機(jī)械、工程機(jī)械中廣泛應(yīng)用機(jī)械液壓系統(tǒng)，機(jī)械液壓系統(tǒng)采用模塊體系、中控技術(shù)、新材料科技，實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，不但大大提升了機(jī)械液壓系統(tǒng)的功能性，還擴(kuò)大了機(jī)械液壓系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。設(shè)計(jì)工作要將注意力集中在如何提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，只有不斷提升機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，才能發(fā)揮機(jī)械液壓系統(tǒng)的價(jià)值與作用。要立足提升可靠性，從機(jī)械液壓系統(tǒng)的安全和功能方面入手，強(qiáng)化機(jī)械液壓系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)工作，做好特殊系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)和功能部件的設(shè)計(jì)，以提高機(jī)械液壓系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。

1 機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的控制要點(diǎn)

機(jī)械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)要立足于系統(tǒng)的基本架構(gòu)和功能定位，避免設(shè)計(jì)產(chǎn)生局限性、片面性，使機(jī)械液壓系統(tǒng)具有更為穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)基礎(chǔ)和功能，使整個(gè)機(jī)械液壓系統(tǒng)更好地適應(yīng)自動(dòng)化、智能化發(fā)展趨勢。常規(guī)設(shè)計(jì)工作中，要做好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制、動(dòng)力特性設(shè)計(jì)、工作特性覆蓋、波動(dòng)負(fù)荷等相關(guān)工作，這是評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量的重要指標(biāo)。

1.1 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制

機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)中要考慮多泵運(yùn)行、多回路供油、外部影響等多重因素，強(qiáng)化對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性控制。設(shè)計(jì)中要根據(jù)設(shè)定的輸出功率、動(dòng)力源最大輸出、功率結(jié)構(gòu)性損耗、回路功率利用率等重要參數(shù)，確定機(jī)械液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)上的控制，有效提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的實(shí)際輸出和轉(zhuǎn)換效率，有效解決機(jī)械液壓系統(tǒng)的恒功率缺陷，構(gòu)建機(jī)械液壓系統(tǒng)的開放性體系，將通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)融合在系統(tǒng)中，全面優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯控制，提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的總體穩(wěn)定性與可靠性。

1.2 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)

機(jī)械液壓系統(tǒng)的動(dòng)力一般由電動(dòng)設(shè)備或燃油(氣)設(shè)備提供，必須重點(diǎn)做好系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)計(jì)，特別是原動(dòng)力的特效控制和設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)人員必須掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與意圖，理解機(jī)械液壓系統(tǒng)的動(dòng)力原理和工作原理，科學(xué)配設(shè)機(jī)械液壓系統(tǒng)、動(dòng)力源裝置、回路等各子系統(tǒng)，全面提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的動(dòng)力利用率和安全性，盡量使用成熟結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)提供原動(dòng)力。動(dòng)力特性設(shè)計(jì)工作還要考慮特殊運(yùn)行和惡劣運(yùn)行環(huán)境，有效提升動(dòng)力設(shè)備對特殊環(huán)境的適應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械液壓系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

1.3 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)工作特性覆蓋設(shè)計(jì)

工作特性覆蓋是機(jī)械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)的基本部分，要立足于機(jī)械液壓系統(tǒng)的最大功率設(shè)計(jì)和系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，有效平衡動(dòng)力源與負(fù)載的相關(guān)函數(shù)和參數(shù)，保障機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使其適應(yīng)各類工作環(huán)境和條件。機(jī)械液壓系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)要充分考慮系統(tǒng)與整個(gè)工程產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)際，要研究系統(tǒng)的最大功率和最佳輸出方式，確定機(jī)械液壓系統(tǒng)的最佳工作模式，提高工作特性的覆蓋范圍。在具體的常規(guī)設(shè)計(jì)中，應(yīng)做好油路、電路、控制回路的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)強(qiáng)化機(jī)械液壓系統(tǒng)工作特性，突出液壓執(zhí)行元件、液壓動(dòng)力元件、液壓控制元件、傳感器、控制器等主要部件的功能化設(shè)計(jì)，有效擴(kuò)大機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.4 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)波動(dòng)負(fù)荷設(shè)計(jì)

機(jī)械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)要結(jié)合工程機(jī)械工作的實(shí)際特點(diǎn)，控制好機(jī)械液壓系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行、高動(dòng)能沖擊等帶來的運(yùn)行壓力，設(shè)計(jì)中除了要加強(qiáng)機(jī)械液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、功能等關(guān)鍵子系統(tǒng)的工作外，還應(yīng)從機(jī)械液壓系統(tǒng)的體系、結(jié)構(gòu)方面入手，內(nèi)外結(jié)合避免波動(dòng)負(fù)荷對機(jī)械液壓系統(tǒng)的影響。一方面，要在機(jī)械液壓系統(tǒng)的流量、壓力和功率上留有設(shè)計(jì)空間，提升系統(tǒng)應(yīng)對特殊情況的能力，有效確保在最大輸出、最大壓力、最大功率條件下，保持機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面，要在機(jī)械液壓系統(tǒng)的動(dòng)力裝置、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，保持一定的冗余量，有效提升機(jī)械液壓系統(tǒng)對波動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)性，避免巨大沖擊和超量負(fù)荷導(dǎo)致的機(jī)械液壓系統(tǒng)損傷、故障。

2 提高系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)電液比例閥設(shè)計(jì)

機(jī)械液壓系統(tǒng)廣泛采用電液比例閥作為控制體系和重要功能的節(jié)點(diǎn)，是機(jī)械液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精度控制、高速控制、模糊控制的關(guān)鍵。在電液比例閥的系統(tǒng)應(yīng)用和設(shè)計(jì)中，要突出電液比例閥的功能穩(wěn)定性和運(yùn)行可靠性，避免電液比例閥出現(xiàn)信號衰減的問題。在電液比例閥附近，要配置電子信號增大裝置(例如：電子放大器)，以便有效提升電液比例閥輸出信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在機(jī)械液壓系統(tǒng)電液比例閥設(shè)計(jì)中，還要提升閥門電磁開關(guān)的穩(wěn)定性，在長時(shí)間運(yùn)行和特殊電磁環(huán)境中，要穩(wěn)定電流值、電磁通量、電磁力，提升電液比例閥的敏感度，優(yōu)化開關(guān)的斬波頻率，穩(wěn)定閥門的反應(yīng)速度，以提升機(jī)械液壓系統(tǒng)整體的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)主油泵設(shè)計(jì)

主油泵是機(jī)械液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的基本裝置，設(shè)計(jì)主油泵時(shí)，要確定控制方式、泵體結(jié)構(gòu)方式、油泵工作方式等相關(guān)參數(shù)，以便有效控制出口狀態(tài)、鏈接方式，進(jìn)而有效確保主油泵的可靠性，實(shí)現(xiàn)機(jī)械液壓系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定與安全運(yùn)行。主油泵設(shè)計(jì)要確定輔助結(jié)構(gòu)、側(cè)支線路的連接方式和吸油線路，進(jìn)而穩(wěn)定主油泵的運(yùn)行狀況，保障主油泵功能的穩(wěn)定性和可靠性，保障機(jī)械液壓系統(tǒng)整體運(yùn)行安全。主油泵設(shè)計(jì)要考慮溫度控制，要通過PLC、中控設(shè)備、功能繼電器等保障主油泵的溫度穩(wěn)定，以導(dǎo)油、通電、冷卻等方式實(shí)現(xiàn)對主油泵、油液溫度的全面調(diào)節(jié)和控制。主油泵設(shè)計(jì)還要考慮空腔吸油產(chǎn)生的油泵運(yùn)行連續(xù)性和安全性問題，要在主油泵體系中設(shè)置蓄能器、溢流閥、齒輪泵等關(guān)鍵設(shè)備和裝置，全面控制油泵的壓力和流量，防止出現(xiàn)主油泵空腔吸油問題，進(jìn)而穩(wěn)定主油泵的壓力、排量和溫度，提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性。

2.3 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制器是機(jī)械液壓系統(tǒng)的主要硬件，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。在機(jī)械液壓系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)結(jié)合控制器的運(yùn)行狀態(tài)，對信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。控制器是整個(gè)機(jī)械液壓系統(tǒng)電控部分的關(guān)鍵元件，它直接決定了硬件系統(tǒng)的使用性能。對于內(nèi)部CPU模塊，最好設(shè)置微處理器，降低機(jī)械液壓系統(tǒng)的運(yùn)行功耗，確保其安全性和實(shí)用性。同時(shí)，控制器必須滿足抗電磁干擾、防震、防水、耐高溫等要求，設(shè)計(jì)1個(gè)CAN-BUS總線接口、1個(gè)模擬量輸出點(diǎn)、3個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)、2個(gè)轉(zhuǎn)速輸入點(diǎn)、6個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)和4個(gè)模擬輸入點(diǎn)，控制存儲量容量、開關(guān)量最大電流、電位計(jì)電源電壓、輸入端頻率范圍和模擬量輸入電壓范圍等。

3 結(jié)語

可靠性是機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的基本要求，是決定設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、機(jī)械液壓系統(tǒng)使用穩(wěn)定與否的前提。在機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既要從系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性、功能性出發(fā)，也要從系統(tǒng)外部的可靠性、安全性和連續(xù)性出發(fā)，重點(diǎn)平衡機(jī)械液壓系統(tǒng)輸入和輸出、系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)等方面的關(guān)系，做到對系統(tǒng)制造、運(yùn)行、維護(hù)的全面覆蓋，在提升設(shè)計(jì)水平的同時(shí)，強(qiáng)化機(jī)械液壓系統(tǒng)的適應(yīng)能力和工作效率。

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Research on reliability design of mechanical hydraulic system

HU Zhong-wang,SONG Yu

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

During the large-scale,intelligent and modular development of engineering machinery,mechanical hydraulic system has become the core system of engineering machinery. Its reliability and stability have become the focus of manufacturing enterprises and design units,which is related to the function and durability of the product. This paper analyzes the control points that should be paid attention to in conventional design of mechanical hydraulic system,and puts forward the main points to improve reliability and stability of mechanical hydraulic system.

Mechanical hydraulic system; Reliability; Design; Port machinery

2017-01-09

胡中望(1975-)，男，高級工程師，本科。

TH137

A

1674-8646(2017)06-0122-02