機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用

萬(wàn)林應(yīng)

銅陵求精機(jī)械有限公司 安徽 銅陵 244000

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,自動(dòng)化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。液壓同步回路技術(shù)具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),功率密度高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中。液壓同步回路技術(shù)的應(yīng)用提高了機(jī)械的自動(dòng)化水平,對(duì)各種機(jī)械技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展具有重要作用。

1 液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的構(gòu)成

液壓機(jī)械控制系統(tǒng)基本上都是由以下三種元件構(gòu)成的。(1)執(zhí)行元件。該元件作為整個(gè)控制系統(tǒng)中最為重要的元件,其可將液壓泵提供的液體轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量,在使用液壓泵的過程中,可大大提升機(jī)械能量轉(zhuǎn)化效率。此外,執(zhí)行元件還可自行控制液體的流動(dòng)速度。(2)動(dòng)力元件。該元件能夠?yàn)橐簤簷C(jī)械控體系統(tǒng)提供充足的運(yùn)行動(dòng)力,實(shí)踐當(dāng)中,在選擇動(dòng)力元件時(shí),應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)容量的大小來選擇動(dòng)力元件,通常情況下,在選擇動(dòng)力元件時(shí)都會(huì)選擇齒輪泵,即根據(jù)齒輪的變化情況來輸送液體。(3)輔助元件。通常而言,輔助元件基本上就是管道,可通過其將執(zhí)行元件以及動(dòng)力元件連接在一起,以確保液壓機(jī)械控制系統(tǒng)能夠安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 液壓傳動(dòng)無極變速器的應(yīng)用 合理使用液壓機(jī)械變速箱控制系統(tǒng)可以有效地控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度,這就是所謂的無級(jí)變速技術(shù)。在正常情況下運(yùn)行這種液壓系統(tǒng)時(shí),可變泵和固定電動(dòng)機(jī)必須提供重要的支持。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一定量的獨(dú)立動(dòng)力,因此一些動(dòng)力沿著離合器傳遞到行星架,而其他動(dòng)力則通過液壓系統(tǒng)傳遞到太陽(yáng)輪。當(dāng)這兩種動(dòng)力通過差速器傳遞時(shí),它們可以通過一系列運(yùn)動(dòng)組合在一起,并且通過液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的齒輪裝置用于完成傳遞工作。同時(shí),在機(jī)械設(shè)備操作的初始階段,必須保持與離合器相同的狀態(tài),并確保打開和關(guān)閉操作始終集成在一起。液壓系統(tǒng)可以按時(shí)接通電源。例如,當(dāng)液壓機(jī)械旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)在操作中時(shí),離合器顯示兩種狀態(tài),一個(gè)是打開的,另一個(gè)是關(guān)閉的,因此,人們可以有效地控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。只有這樣,才能確保發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的平穩(wěn)傳遞,確保傳動(dòng)效率,并通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,可以確保液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)和安全運(yùn)行。

2.2 液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在數(shù)控車床中的應(yīng)用 在數(shù)控車床上使用液壓傳動(dòng)技術(shù),可以確保液壓底板的夾緊和松開,尾座套筒可以任意取出或縮回,并且可以在液壓的作用下鎖定和旋轉(zhuǎn)。通過系統(tǒng)的控制,在排油管路上安裝了壓力繼電器,以確保油泵油箱設(shè)定的安全性,當(dāng)出現(xiàn)低于2.0 MPa的情況時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)?？梢允褂脢A緊裝置上的控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力,以將壓力保持在正常范圍內(nèi)。在尾座裝置中,可以通過單向節(jié)流來控制排出速度,并且可以通過減壓閥自動(dòng)調(diào)節(jié)頂升力的大小。

3 液壓同步回路在起重機(jī)械中的應(yīng)用

3.1 機(jī)械限制強(qiáng)制同步 機(jī)械式同步回路的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,因使用閥件比較少,所以成本比較低,可是需要機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度高,運(yùn)動(dòng)部件間的間歇必須合理,通常情況下,此種同步回路的精度設(shè)定為5%,可見機(jī)械配合精度會(huì)在很大程度上影響同步精度,運(yùn)動(dòng)部件配合精度高,系統(tǒng)同步精度高。此種同步回路適合用在液壓缸相距近、要求同步精度不要、機(jī)械連接剛度強(qiáng)的情況中[2]。

3.2 節(jié)流調(diào)速的同步 此種模式的同步回路利用了節(jié)流調(diào)速方法,具體指將對(duì)閥口大小進(jìn)行改變,進(jìn)而改變通過閥的流量,可以讓通過分支油路的實(shí)際流量變得相同,此時(shí)執(zhí)行器的速度相等。一般會(huì)在同步精度低的液壓系統(tǒng)中使用此種同步回路方法,技術(shù)精準(zhǔn)性不高,系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單,價(jià)格也不高,可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)熱的問題,如果出現(xiàn)偏載問題,可能會(huì)導(dǎo)致閥口的壓力差變化,對(duì)流量、同步效果產(chǎn)生影響。通常節(jié)流調(diào)速的同步精度大約在5%至10%之間,閥結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量,這些都能影響到同步精度。對(duì)于那種負(fù)載穩(wěn)定、同步精度要求低的情況,可以使用節(jié)流調(diào)速的同步回路。

3.3 液壓缸串聯(lián)的同步回路 此種類型同步回路組成為,活塞液壓缸有桿腔油口連接在另外一個(gè)柱塞缸進(jìn)油腔中,這時(shí)活塞的液壓缸有桿腔的有效面積與柱塞的液壓缸實(shí)際有效面積相同。此形式中,液壓元件比較少,整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不會(huì)非常敏感地感受到油污污染,少發(fā)熱,工作比較可靠。壓力油源推動(dòng)著液壓缸的活塞桿會(huì)伸出,液壓缸的活塞桿收回需要靠重力完成。從理論上看,此模式的回路可達(dá)到完全的同步,可是因?yàn)橛鸵褐写嬖跉怏w,液壓缸活塞的密封也可能泄漏,所以不可能達(dá)到完全的同步,實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候,先修正液壓缸的終點(diǎn)位置,防止累積誤差的影響。此模式并不需要同步控制元件,就可以承受住偏載,一般其同步精度范圍在2%至3%之間,可用在形成短、需承載偏載、同步精度要求高的情況下,可是需要設(shè)計(jì)出專門的液壓缸,由液壓泵供給壓力,并且是液壓缸全部的壓力。

3.4 比例閥的同步調(diào)速 對(duì)于控制的速度可用比例閥進(jìn)行控制,進(jìn)而降低液壓沖擊力度。同步回路使用比例閥實(shí)現(xiàn),還能進(jìn)行單獨(dú)動(dòng)作,并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,系統(tǒng)中的編碼器可時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)測(cè)到速度,換速度信息傳給控制器,當(dāng)超出偏差后,可進(jìn)行自動(dòng)地糾正,進(jìn)而盡量避免外界干擾,提高同步精度。同步精度范圍在0.01%至0.2%之間。

4 液壓同步回路挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 簡(jiǎn)單行走回路 首先,打開單向閥,液壓油進(jìn)入馬達(dá)右腔。其次,液壓油進(jìn)入節(jié)流孔進(jìn)入平衡閥,并使其左移,接通制動(dòng)器油路,使制動(dòng)器松開,這個(gè)動(dòng)作還接通了回油油路。最后,如果馬達(dá)超速(例如下坡時(shí)),泵來不及供油,則使A口壓力降低,平衡閥在彈簧力作用下向右移動(dòng),關(guān)小馬達(dá)的回油通道,從而限制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。

4.2 行走限制回路 履帶式液壓挖掘機(jī)行走馬達(dá)常用的限速補(bǔ)油回路,由壓力閥,單向閥和安全閥等組成。正常工作時(shí)換向閥處于右位,壓力油經(jīng)單向閥進(jìn)入行走馬達(dá),同時(shí)沿控制油路推動(dòng)壓力閥,使其處于接通位置,行走馬達(dá)的回油經(jīng)壓力閥流回油箱。當(dāng)行走馬達(dá)超速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),進(jìn)油供應(yīng)不足,控制油路壓力降低,壓力閥在彈簧的彈力作用下右移,回油通道關(guān)小或關(guān)閉,行走馬達(dá)減速或制動(dòng),這樣便保證了挖掘機(jī)下坡運(yùn)行時(shí)的安全。這種限速補(bǔ)油回路的回油管路上裝有5～10(bar)的背壓閥,行走馬達(dá)超速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若主油路壓力低于此值,回油路上的油液推開單向閥5或7對(duì)行走馬達(dá)進(jìn)油腔補(bǔ)油,以消除吸空現(xiàn)象。當(dāng)高壓油路中壓力超過安全閥8或9的調(diào)定壓力時(shí),壓力油經(jīng)安全閥返回油箱。

4.3 自動(dòng)變量回路 行走馬達(dá)的控制回路配備了高壓自動(dòng)變量裝置,當(dāng)掛上高速擋時(shí),回路接手動(dòng)變速油口來油,推動(dòng)變速閥左移,使馬達(dá)變?yōu)樾∨帕?；如果行駛阻力增大致使油壓升高到設(shè)定值時(shí),油液推動(dòng)變速閥右移,馬達(dá)自動(dòng)變?yōu)榇笈帕康退贀?以增大扭矩。

具體操作為,打開單向閥,液壓油進(jìn)入馬達(dá)右腔。液壓油通過節(jié)流孔進(jìn)入平衡閥,并使其左移,接通制動(dòng)器油路,使制動(dòng)器松開,這個(gè)動(dòng)作還接通了馬達(dá)回油油路。液壓油通過安全閥的中間節(jié)流孔進(jìn)入緩沖活塞腔,將緩沖活塞推到左側(cè)。如果此時(shí)系統(tǒng)壓力超過此安全閥的設(shè)定壓力(10.2MPa),安全閥將在瞬間打開,起到緩沖作用。注意到行走馬達(dá)控制閥內(nèi)部有2個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的安全閥,它們?cè)谕诰驒C(jī)開始行走以及制動(dòng)時(shí)將起到重要的緩沖作用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展,液壓傳動(dòng)取代機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,液壓系統(tǒng)同步回路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用場(chǎng)合也越來越廣泛,在控制方法上,除傳統(tǒng)的控制方法外,越來越多的采用單片機(jī)和可編程邏輯控制器(PLC)控制,逐步由比例調(diào)節(jié)替代機(jī)械調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了同步回路的過程自動(dòng)化和可視化。這樣在油缸帶動(dòng)工作裝置運(yùn)行時(shí),更能準(zhǔn)確、快速地響應(yīng),達(dá)到最佳控制效果。