淺析工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)技術(shù)

周啟沖

摘要：現(xiàn)代化的工程施工離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械設(shè)備，很多機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力輸出都采用液壓控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)涉及的學(xué)科多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其控制系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性直接關(guān)系到工程機(jī)械設(shè)備的使用性能，對(duì)于工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)技術(shù)，本文首先闡述了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷程，并分析了幾種常用的液壓控制技術(shù)，最后提出了工程機(jī)械液壓控制技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，希望為本領(lǐng)域提供一些有價(jià)值的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械;液壓控制;技術(shù)分析

引言：液壓控制技術(shù)是工程機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制技術(shù)。液壓控制技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提高工程機(jī)械的負(fù)載能力和工作效率與穩(wěn)定性，液壓控制系統(tǒng)是工程機(jī)械的關(guān)鍵組成部分，其主要功能是利用液壓泵為液壓油進(jìn)行加壓，用油壓推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)做功，將壓力轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，讓機(jī)械設(shè)備能夠完成指定的工作，在液壓控制過(guò)程中，既要控制壓力值，同時(shí)也要控制機(jī)械機(jī)構(gòu)的位置和運(yùn)動(dòng)速度，屬于典型自動(dòng)控制技術(shù)。

一、液壓控制技術(shù)的發(fā)展

在上世紀(jì)中后期，大型工程機(jī)械設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，液壓技術(shù)和相關(guān)控制元件也得到了快速的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，無(wú)論是吊裝起重設(shè)備、車輛、工業(yè)制造設(shè)備都廣泛使用液壓控制系統(tǒng)。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，液壓控制技術(shù)的發(fā)展方向正朝著高精度、高可靠性和節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，特別是變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，讓液壓控制技術(shù)無(wú)論是在控制精度還是可靠性上都獲得了更大的進(jìn)步和完善。近年來(lái)在液壓控制技術(shù)研究方面，相關(guān)科研技術(shù)人員對(duì)液壓系統(tǒng)采取了相應(yīng)的節(jié)能措施，重點(diǎn)擴(kuò)展了系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化的相關(guān)功能，加強(qiáng)了液壓系統(tǒng)功率分配的研究。在提高設(shè)備可靠性方面，液壓控制技術(shù)注重設(shè)備工作方式的靈活轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，在輔助組件方面，采用先進(jìn)的電子泵等技術(shù)，提高了液壓系統(tǒng)設(shè)備的性能和可靠性。在未來(lái)，隨著工程機(jī)械和電子信息技術(shù)的深入發(fā)展，液壓控制技術(shù)將朝著自動(dòng)化、智能化和信息化的方向發(fā)展進(jìn)步，將在更大范圍內(nèi)替代人力，具有非常廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間。

二、工程機(jī)械系統(tǒng)中幾種常見(jiàn)的液壓控制技術(shù)

1、負(fù)流量控制技術(shù)

負(fù)流量控制技術(shù)是液壓控制系統(tǒng)中早期應(yīng)用的控制技術(shù)，控制策略較為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組件較為精簡(jiǎn)。主要原理是根據(jù)先導(dǎo)壓力控制液壓泵的排量，二者在數(shù)學(xué)關(guān)系上成反比例。在負(fù)流量控制系統(tǒng)中，換向閥中間回油道上有節(jié)流孔，并將節(jié)流閥的壓力引到液壓泵的排量調(diào)整機(jī)構(gòu)上，從而實(shí)現(xiàn)排量的控制，如果前導(dǎo)壓力越大，排量就會(huì)按反比例減小，知道壓力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，這種控制技術(shù)穩(wěn)定性較強(qiáng)、系統(tǒng)反應(yīng)速度快，系統(tǒng)魯棒性較高。但控制精度相對(duì)較低，在控制閥回路上容易造成液壓油滲漏等問(wèn)題。

2、正流量控制技術(shù)

正流量控制是指將系統(tǒng)中的節(jié)流調(diào)速改為容積調(diào)速，以提高液壓系統(tǒng)的控制效率。與負(fù)流量控制相反，泵源排量和壓力成正比。在正流量控制系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)流量與先導(dǎo)工作壓力相適應(yīng)，能夠有效降低節(jié)流壓力損失，提升機(jī)械效率。與負(fù)流量控制系統(tǒng)相比，正流量控制效率更高，節(jié)能性更強(qiáng)，但硬件系統(tǒng)更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度和維護(hù)量增大，且系統(tǒng)響應(yīng)速度有所降低。

3、先導(dǎo)控制技術(shù)

先導(dǎo)控制技術(shù)也是工程機(jī)械設(shè)備液壓控制的常用技術(shù)，先導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用原理是通過(guò)手動(dòng)操作方式來(lái)完成大功率主閥的運(yùn)行。先導(dǎo)控制技術(shù)一般由換向控制、排量控制和增壓控制及部分組成，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，操作人員需要對(duì)液壓油管的流量和壓力進(jìn)行手動(dòng)控制，從而完成對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的控制。先導(dǎo)控制技術(shù)操作簡(jiǎn)單方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，但需要人為參與，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法用于需要快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的液壓系統(tǒng)中。

4、比例與伺服控制技術(shù)

隨著控制技術(shù)和控制元件的快速發(fā)展，在工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)中，高精度的比例控制和伺服控制的應(yīng)用越來(lái)越多，在比例與伺服控制系統(tǒng)中，一般采用高精度伺服電機(jī)和變頻驅(qū)動(dòng)裝置控制液壓泵的轉(zhuǎn)速和位置，進(jìn)而精確的控制液壓管路的壓力和流量，運(yùn)用這兩類控制技術(shù)能夠有效提升液壓系統(tǒng)的控制精度，并降低電能消耗，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)型得到明顯提升。

5、負(fù)載敏感控制技術(shù)

負(fù)載敏感控制技術(shù)是利用泵出口壓力與負(fù)載壓力之差來(lái)改變系統(tǒng)流量的一種技術(shù)。負(fù)載敏感控制系統(tǒng)采用梭閥抽取多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大負(fù)載壓力，并與泵源輸出壓力進(jìn)行比較，計(jì)算出壓差。并更具壓差來(lái)控制液壓泵變量機(jī)構(gòu)動(dòng)作，保證液壓泵的流量值能滿足系統(tǒng)需求。

6、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展成熟，在液壓控制領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用到計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，該項(xiàng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)是基于計(jì)算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓裝置的控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制精度高、響應(yīng)速度快，且能記錄存儲(chǔ)大量的設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，并能形成完善的數(shù)據(jù)報(bào)表，給設(shè)備運(yùn)行操作人員提供參考依據(jù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用為工程機(jī)械的自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)信息化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在未來(lái)將成為工程機(jī)械液壓控制的主流技術(shù)。

三、新型工程機(jī)械液壓控制技術(shù)分析

1、自動(dòng)化到智能化控制技術(shù)

自動(dòng)化控制一直是我國(guó)工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，工程機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，不僅可以減輕施工人員的工作壓力和負(fù)擔(dān)，而且可以提高施工的安全性和可靠性，特別是在惡劣的施工環(huán)境中，工程施工存在著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且增加了施工作業(yè)難度。利用自動(dòng)化控制，可在一定程度上改善施工條件，使施工人員能夠進(jìn)行安全的施工作業(yè)，也有利于提高施工的整體質(zhì)量和效率，保證施工的順利進(jìn)行。在自動(dòng)化控制廣泛應(yīng)用后，液壓控制技術(shù)正在朝著智能化方向的發(fā)展，但當(dāng)前還處于起步時(shí)期，智能化是在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步豐富和完善了機(jī)械設(shè)備的功能，利用智能化算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的自我控制、自我學(xué)習(xí)、自我決策等，能夠讓工程機(jī)械設(shè)備適用性更強(qiáng)，工作效率也更高。

2、網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)

近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，工程機(jī)械設(shè)備也正朝著信息化的方向發(fā)展，其液壓控制系統(tǒng)作為設(shè)備的重要組成部分信息化程度也在不斷的提高，利用完善的傳感器信號(hào)采集和視頻信息采集設(shè)備，能夠收集大量的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)和工程機(jī)械運(yùn)行數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和故障診斷，能夠有效提升工程機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)效率，并可以利用大量數(shù)據(jù)信息對(duì)液壓控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，提高設(shè)備的可靠性。

3、液壓設(shè)備的節(jié)能環(huán)保控制

在工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展中，設(shè)備的節(jié)能環(huán)保型受到了高度重視，并被視為未來(lái)階段的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。環(huán)保方面的研究主要包括機(jī)械設(shè)備中可分解液壓油和純水的使用，目的在于減少液壓油對(duì)污染性、此外，何如最大限度地降低液壓系統(tǒng)及部件產(chǎn)生的噪聲和強(qiáng)烈振動(dòng)，不斷提高系統(tǒng)及部件的運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能效果也是未來(lái)該領(lǐng)域面臨的一個(gè)重要課題。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，液壓控制技術(shù)作為工程機(jī)械控制方面的關(guān)鍵性技術(shù)，在近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，正朝著智能化、信息化的方向發(fā)展，并且節(jié)能環(huán)保性能也不斷增強(qiáng)，隨著工程機(jī)械液壓控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，將會(huì)為我國(guó)工程建設(shè)施工提供新的助力。

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（作者單位：海南省三亞高級(jí)技工學(xué)校）