探究液壓系統設計中的應用技巧

冉洪濤

摘要：本文針對液壓系統設計過程中所需考慮的調速回路設計、卸荷方式選取、防沖擊措施、液壓元件配置、油箱溫度控制等問題進行了大體分析，圍繞建立雙閉環調速結構、運用回路節省閥優化系統結構、通過仿真分析優化系統結構三個層面，探討了液壓系統設計技巧的創新應用思路，以供參考。

關鍵詞：液壓系統;雙閉環調速;回路節省閥

0? 引言

通常在液壓系統設計時需考慮系統工作壓力、工作流量、裝置自重及其對摩擦力、慣性力等技術參數的影響，在此基礎上依照解讀設計要求、完成工況分析、繪制液壓系統原理圖、選取液壓元件、驗算系統壓力損失、編制技術文件等步驟完成液壓系統設計，現就其設計過程中所需運用的技巧要點進行分析。

1? 液壓系統設計需考慮的問題分析

1.1 靈活設計調速回路? 調速回路作為液壓系統中的基本回路，其調速功能主要由節流閥、溢流閥組成的并聯回路完成，在回路中接入一個節流閥、并聯一個溢流閥后，在油路阻力增加的情況下，油泵出口壓力隨之增大，當壓力大于溢流閥調定壓力時，溢流閥自動開啟并使部分油泵排出的油液流回油缸，導致油缸內油量減少、速度下降，以此發揮調速作用。

1.2 合理選取卸荷方式? 通常選取溢流閥先導油路作為卸荷回路，當油路中一電磁閥勵磁時，將通過電磁閥將平衡活塞式溢流閥先導油室中的壓力油泄入油箱中，受主油路壓力的影響導致溢流閥主閥抬起，令油泵排出的油液流回油箱，以此使油泵卸荷。在系統卸荷時需注重合理選擇液壓元件與油路，以某單泵多缸串聯系統為例，倘若選取中位M型機能閥芯卸荷，在系統運行過程中換向閥與管路壓力降低，無法真正起到卸荷作用，并且易引發換向沖擊等干擾問題;倘若采用溢流閥先導油路承擔卸荷功能，在換向閥回到中位的情況下，將使溢流閥開啟，完成油泵低壓卸荷，且卸荷效果較好，適用于同一個油泵為多個執行元件供油的液壓系統，如掘進機等[1]。

1.3 減少油缸液壓沖擊? 液壓沖擊是引發液壓裝置故障的常見原因之一，主要由換向閥、油缸、油馬達與管路中啟停、負載或速度發生急劇變化造成。針對換向閥的液壓沖擊問題，當前普遍采用改變滑閥結構、設置阻尼元件等解決措施;為解決油缸的液壓沖擊問題，一方面可以選取緩沖閥設置在油缸行程終端位置，另一方面選用2個小型平衡活塞式溢流閥加裝在油缸口位置，其可調節壓力超出操作壓力的5-10%;針對油馬達回路的液壓沖擊問題，可選取脆弱部位替換撓性軟管，或選用儲能器回路等。

1.4 液壓元件選擇技巧? 在考慮到結構與零件間潤滑作用的情況下，多數液壓元件均存在不同程度的內部泄漏問題，其泄漏量往往與壓力、粘度存在一定的比例關系，需保障內泄漏斜盤式軸向柱塞泵的斜盤與滑靴、缸體與配溜盤間的靜壓平衡，倘若盲目封堵泄油口，易引發油泵損壞甚至報廢問題，因此應注重結合不同液壓元件的工作需求合理調節內泄漏量。同時，需加強對液壓元件技術參數指標的合理設置，綜合考慮運行條件、使用方法、工作時長等指標，在技術參數指標初步計算結果的基礎上增加10-15%，以此提高元件效率。此外，還需基于額定流量進行油泵的合理選擇，例如選取內燃機作為原動機，需考慮到多種運行工況下轉速對流量的影響。

1.5 加強油箱溫度控制? 當前多數液壓設備的傳動介質普遍采用石油系液壓油液，需將油箱溫度控制在30-45°C之間。倘若油箱溫度升至55-80°C范圍內，需增設油冷卻器裝置，并縮短換油時間;倘若循環溫度較低，則應增設加熱器裝置，保障系統正常啟動與運行。

2? 液壓系統設計技巧的創新應用探討

2.1 建立雙閉環調速結構? 其一是針對直流調速系統雙閉環控制模式進行改進，在恒壓控制模式下使速度環、電流環構成雙閉環調速系統。電流在系統運行過程中保持上升狀態，在輸入電壓增大的情況下，將使轉速增速減緩，降至最小相限制電壓;在恒流升速狀態下，電流不斷升速到達給定值，在此過程中速度調節器保持飽和狀態，僅需保障電流處于恒定狀態，即可使系統以恒定加速度上升，并且保障轉速、反電動勢呈規律性升高。基于反電動勢線性漸增規律，可借助電流環的電流輸出調節實現對電動勢的補償作用，增強電流的穩定性保障。其二是針對電液壓系統控制流程做出改進，首先針對給定速度曲線進行分析，判斷液壓系統壓力是否恒定，隨后利用直流調速系統調節比例閥，分別執行澆筑、拔管等相關操作，分別執行系統相應操作，保障電液壓系統的工作效率與運行安全[2]。通過建立雙閉環調速結構進行液壓系統控制模式的改進，可有效提升液壓系統控制效果，保障生產效率與產品質量。

2.2 運用回路節省閥優化系統結構? 以某輸送裝置的液壓系統為例，液壓系統是回路節省閥的關鍵載體，基于系統運行需求將其回路節省閥進行優化設計。例如針對回路節省閥的液壓控制裝置結構進行設計，選用邏輯集成控制模式，采用螺紋插裝閥式邏輯滑閥，基于液壓缸運行邏輯與節流閥控制托舉液壓缸，利用二通雙向液動邏輯閥控制液壓缸內的油液流速與壓力，針對邏輯閥的閥芯采用雙向移動模式設計，增設外控口調節設備補償流量，增強回路節省閥在液壓缸運行狀態下的控制效果，保障毛管支撐。在托舉液壓缸運行時，應注重定期檢查確保油路通暢，回路節省閥可自動監控油量、切斷油路，在控制多臺液壓缸運行的基礎上解決資源浪費問題。同時，回路節省閥可用于增強液動邏輯閥運行過程中的液動力，利用液控單向閥在托舉液壓缸運行過程中控制油路，并運用合作邏輯閥發揮對液壓缸負載的調節作用，避免影響到其他元件的正常工作，提升液壓系統運行效能。

2.3 通過仿真分析優化系統結構? 通常系統特性、實驗數據、結構尺寸等條件均會影響到元件與系統的使用性能，對此需結合實際使用需求進行液壓系統的仿真分析，綜合運用碰撞檢測等技術手段實現液壓系統結構的優化設計，更好地提升液壓系統性能。以某滑移裝載機工作液壓系統結構設計為例，在實際操作過程中發現該系統的動臂控制回路中先導閥對應的操縱手臂的空行程過大，導致其控制精度下降。將系統與元件的工作原理、樣機實際結構參數作為參考指標，基于發動機2400r/min轉速條件下進行仿真分析，仿真結果表明先導閥對應控制多路閥的線性調速區間為2-5.2mm、在總行程中占比42.2%，空行程為2mm、在總行程中占比26.4%，導致其利用率較低。對此選擇分別更換先導閥控制彈簧與多路閥復位彈簧，選取較小剛度的彈簧作為先導閥控制彈簧、增大預緊力，選用較大剛度的彈簧作為多路閥復位彈簧、減小預緊力，調節動臂聯閥芯尺寸，完成中位閥口圓弧半徑、閥口長度和深度、開口量等參數的調節，并再次進行實驗測試，可發現其利用率得到有效提升，借此進行結構優化設計后的樣機的操縱性、微控性呈顯著提升[3]。

再以某液壓三位四通換向閥系統的優化設計為例，其滑閥閥口采用4個單級V型截流槽，液壓回路的流量與流通面積間成比例。在液壓滑向閥結構的設計上，通過求取多變量無約束函數最小值調整彈簧剛度、油缸缸徑、油液粘度等結構參數，在將調整后的液壓系統結構參數應用于實際生產中，可發現其實際滑閥流通面積得到顯著改善，實現了對液壓元件與系統結構的有效優化，提升了原系統中液壓換向閥的使用性能，有效削弱成本風險、提升液壓系統運行效能。通過利用仿真分析實現液壓系統的結構優化，能夠保障高效、準確完成液壓系統結構設計，針對系統設計方案進行優化，配合虛擬實驗完成故障分析，進一步提升液壓系統結構設計質量，為系統運行的穩定性與安全性提供保障。

3? 結論

調速回路的設計、卸荷方式的選取、防沖擊措施的使用、液壓元件的熟練選擇、油箱溫度的合理把控均會對液壓系統整體設計質量產生影響，為真正優化液壓系統結構與性能，還需加強雙閉環調速結構、節能技術、仿真技術的合理使用，強化液壓系統運行過程的穩定性與安全性保障，進一步提升液壓系統設計水平。

參考文獻：

[1]余楠，徐艷軍.淺談液壓系統的綠色設計與制造[J].現代制造技術與裝備，2018（6）：79.

[2]朱衛興.機械設計中液壓機械傳動系統的應用[J].南方農機，2018（11）：190.

[3]張振軍，張冬冬.GF1500全液壓車載反循環工程鉆機液壓系統設計[J].機床與液壓，2018（10）：81-83.