液壓傳動控制系統在機械設計制造中的應用研究

摘要：隨著機械制造行業的快速發展，液壓傳動技術水平也在不斷提高，在目前的機械設計制造領域，液壓傳動控制系統得到了十分廣泛的應用。為了更好地保證應用效果需要對液壓傳動控制系統的組成、運行原理以及優缺點進行分析，并深入研究其在機械設計制造中的各種應用，旨在提高液壓傳動控制系統的應用水平，進一步推進機械設計制造行業的發展。

關鍵詞：液壓傳動控制系統運行原理機械設計制造工業生產

ResearchontheApplicationofHydraulicTransmissionControlSysteminMechanicalDesignandManufacturing

SHENBoSUNJialiang

ShanxiConservancyTechnicalInstitute，Taiyuan，ShanxiProvince，030032China

Abstract：Withtherapiddevelopmentofthemechanicalmanufacturingindustry，thelevelofhydraulictransmissiontechnologyisalsoconstantlyimproving.Inthecurrentfieldofmechanicaldesignandmanufacturing，hydraulictransmissioncontrolsystemshavebeenwidelyused.Inordertobetterensuretheapplicationeffect，itisnecessarytoanalyzethecomposition，operatingprinciple，advantagesanddisadvantagesofhydraulictransmissioncontrolsystems，andconductin-depthresearchonvariousapplicationsofhydraulictransmissioncontrolsystemsinmechanicaldesignandmanufacturing，aimingtoimprovetheapplicationlevelofhydraulictransmissioncontrolsystemsandfurtherpromotethedevelopmentofthemechanicaldesignandmanufacturingindustry.

KeyWords：Hydraulictransmissioncontrolsystem;Operatingprinciple;Mechanicaldesignandmanufacturing;Industrialproduction

在目前的工業發展領域中，液壓傳動控制系統的使用規模不斷擴大，并且技術內容也在不斷升級，有效推動了我國機械制造行業的發展，在各種生產活動中液壓傳動控制系統的應用主要體現在生產效率與質量的提高方面。因此，為了更好地發揮液壓傳動控制系統的功能作用，分析其在機械設計制造中的應用很有必要，可以進一步擴大其功能范圍，促進相關產業發展。

1液壓傳動控制系統組成

液壓傳動控制系統主要由動力元件、執行元件、控制調節元件以及輔助元件組成。其中，動力元件包括液壓泵、液壓馬達、液壓缸、液壓閥。液壓泵是液壓系統的動力源，它將機械能轉換為液壓能。常見的液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。液壓馬達是液壓傳動控制系統進行能量轉化的重要部分，主要利用自身驅動力將液壓能轉換為機械能。液壓缸是液壓系統中的執行元件，當液壓油被泵入液壓缸時，由于液體不可壓縮，因此壓力會迫使活塞移動，從而實現力的輸出與運動的傳遞。液壓閥是液壓系統中的控制元件，主要控制的是液壓系統中的各種參數，如壓力、流量、方向等。液壓輔助元件包括油箱、濾油器、冷卻器、管路及接頭等，主要為液壓系統提供必要的條件，確保液壓系統的正常工作[1]。

2液壓傳動控制系統運行原理

液壓傳動控制系統主要依靠的是液體流動性與壓力特性，以此來保證精確控制的系統功能。液壓傳動控制系統的能量轉換及效率控制十分關鍵，主要依靠動力元件運作來提供能量來源。液壓傳動的基本原理主要是利用液體不可被壓縮的特性，逼迫液體產生壓力能，進而帶動部件移動。利用電動機的機械能，將液體送入液壓缸中，并帶動活塞運動，利用液體在液壓缸左右腔中的來回移動來使活塞不斷運動，進而產生動力。

3液壓傳動控制系統優缺點分析

3.1優點

作為一種高效的傳動方式，液壓傳動控制系統具有多種優點。液壓傳動系統能夠在較小的體積和重量內輸出較大的功率，在一些需要高功率輸出的工作場所中具有顯著優勢，例如：工程機械、船舶和航空等領域。液壓傳動系統的布局更方便、更靈活，可以通過油管連接各種元件，不受限制，易于實現直線運動和快速響應。同時，無級調速功能也可以不受范圍限制進行使用，調速范圍可達1：2000，該調速功能也能在特定工作情況下正常使用。

3.2缺點

雖然液壓傳動控制系統具有多方面的優點，但在實際應用中也存在一些不足。液壓傳動系統由于機械結構特性，在實際運作時會存在壓力損失、容積損失和機械摩擦損失，根據動能守恒定律，液壓傳動系統的總效率往往只有75%左右，例如：受溫度的影響，液壓傳動系統的工作性能和效率一般會降低，同時依靠液體特性進行工作，液壓傳動系統的傳動比也會出現變化，無法實現標準化作業[2]。

4機械設計制造中液壓系統的應用

4.1液壓傳動控制系統在機床中的應用

在機械設計制造中，現代化機床對液壓傳動控制系統的應用十分廣泛，主要利用系統的精密控制功能來實現對機床動作的高精準調控。其中，液壓泵可以為機床運作提供穩定的動力來源，利用液壓傳動系統的作用，提供大量的機械能，以此來為機床運作提供動力。系統中的控制閥通過調節液體的流向與流量來精確地控制機床工作的速度與力度。液壓機械傳動控制系統由于具有高效的動力傳輸、高負載適應性以及高控制精度，因此在機床中得到了有效應用。此外，應用液壓機械傳動控制系統的機床穩定性較高，為機床加工提供防震功能，提高加工質量。

4.1.1自動換刀

自動換刀是液壓傳動控制系統較為典型的應用，可以通過液壓泵、液壓缸、閥門和其他液壓元件，實現對機床各部分的精確控制，包括卡盤的夾緊與松開、刀架的轉位、刀盤的正反轉等。液壓傳動系統在機床中實現自動換刀功能的關鍵在于液壓系統的設計和控制。在自動換刀過程中，液壓系統通過液壓缸使刀架體抬起，此時，活動插銷與固定插銷脫離，使刀架定位發生變化，此時端齒離合器與空套齒輪相結合，通過活塞作用將刀架抬起。在刀架抬起后，液壓系統通過液壓缸推動齒條移動，此時，空套齒輪會沿著逆時針方向轉動，進而使得刀架轉過一定角度，一般為60°。刀架轉位后，液壓系統通過液壓缸使刀架體下降，活動插銷也會回歸原位，消除銷與孔之間的間隙，反方向實現定位。通過端齒離合器活動，刀架體逐漸下降，利用相同的活動使刀架在新的位置上加緊。刀架壓緊后，液壓系統通過液壓缸使齒條復位，端齒離合器脫開，齒條帶動齒輪在軸上空轉。通過以上流程，機床有效利用液壓傳動控制系統進行換刀，并且定位和夾緊動作正常，可以順利進行切削加工[3]。

4.1.2機床進給

液壓傳動控制系統主要利用伺服系統來實現對機床的進給。作為液壓傳動控制系統的重要組成部分，液壓伺服系統負責實現機床進給的精確控制。液壓伺服系統通常包括液壓泵、液壓馬達、液壓缸、液壓閥和液壓輔助裝置等元件。液壓伺服系統的工作原理是通過改變液壓泵或液壓馬達的排量來調節液壓缸的活塞運動，從而實現機床進給的精確控制。液壓系統的穩定性和可靠性對機床進給至關重要。因此，需要采取適當的控制策略保證液壓系統的穩定性和可靠性，如比例積分微分控制（Proportional-Integral-DerivativeControl，PID）、模糊控制、定期維護和保養等。此外，液壓傳動系統的設計與計算是確保機床進給性能的關鍵。

4.2液壓傳動控制系統在機械中的應用

4.2.1工程機械

在工程機械中，液壓傳動控制系統起著至關重要的作用，它通過液壓泵將機械能轉換為液壓能，然后通過液壓閥和液壓缸等元件控制液壓能的流向和大小，從而實現工程機械的各種復雜動作。液壓傳動控制系統在工程機械中應用的主要優點包括體積小、功率密度大、易于安裝、可控性好等，可以實現無級調速、快速響應等功能，使工程機械的動作更加精準和高效。在工程機械中，液壓傳動控制系統被廣泛應用于各種設備，如挖掘機、起重機、裝載機等。以挖掘機為例，挖掘機的液壓系統需要精確控制挖斗的升降、翻轉和推進等動作，這都需要液壓傳動控制系統來實現。液壓傳動控制系統在挖掘機中可以控制其中的各個機構，進而控制挖掘機的工作裝置，并且在挖掘機的使用中，通常會在各個重要結構上安裝液壓元件，將挖掘機整體機構進行連接，進而控制挖掘機進行各種動作。

4.2.2農業機械

液壓傳動控制系統具有高效的動力傳輸和精確的控制能力，是提高農業機械自動化水平的關鍵技術。液壓系統能夠提供穩定的動力源，無論是在啟動過程中，還是在運行過程中，都能保證機械設備的平穩運作。在農業機械中，液壓傳動控制系統也具有重要作用，如拖拉機、收割機、播種機等。液壓系統不僅用于控制設備的高度、寬度等物理參數，還用于實現復雜的機械動作，如翻轉、折疊等。以拖拉機為例，液壓傳動系統通過液體介質傳遞動力，相較于機械傳動系統，能夠更高效地輸送能量，液壓系統中的液壓泵通過壓力油液的輸送，驅動執行元件進行工作。

4.2.3石油化工

液壓傳動控制系統由于具有高精度控制的優點，在石油化工領域應用廣泛。以石油鉆機為例，液壓系統通過控制絞車來實現鉆桿的上升和下降，同時通過液壓馬達來調節提升速度。在正常鉆探時，液壓系統負責驅動鉆桿的下鉆動作，實現鉆桿的自重和液壓馬達的相互配合。在一般情況下為了提高全液壓鉆機的工作效率和質量，液壓系統的設計需要考慮動力源的選擇、液壓元件的選擇、元件的安裝、系統的管道布置以及液壓油的選擇和保養等方面。此外，在頂驅裝置中，液壓系統為其提供了遠距離傳動與控制的優勢，使頂驅的功能得以充分發揮[4]。

4.3液壓傳動控制系統在自動變速器中的應用

4.3.1汽車檔位轉換

在自動變速器中，液壓傳動系統具有重要作用。自動變速器一般應用于汽車中，因此，液壓傳動控制系統的功能性主要體現在汽車駕駛中，如車輛不同檔位的變化。在汽車自動變速器中，液壓傳動控制系統負責實現不同檔位間的切換。這個過程涉及多個關鍵部件，包括液力變扭器、行星齒輪、液壓變距系統和液壓操縱系統。當需要切換檔位時，節氣門開度信號、車速信號、換檔控制手柄的位置信號等會通過液壓傳動控制系統進行傳輸，并在系統中將其轉變成液壓信號。同時，這些信號會被送到液壓控制裝置，執行元件在收到控制信號后會輸送壓力油，使液控裝置工作，進而實現不同的檔位的來回切換。例如：當需要從一檔切換到二檔時，液壓傳動控制系統會根據預設的換擋規律，調整液壓信號，使離合器分離和結合，制動器制動和釋放，從而改變變速器的傳動比，實現換擋[5]。

4.3.2汽車懸掛

液壓傳動控制系統在汽車懸掛中的應用主要體現在液壓懸掛系統，該系統通過液壓缸、液壓泵、液壓閥等組件協同工作，實現了車輛對路面的適應性調節，從而保證車輛在行駛過程中的穩定性，并提高乘客的舒適度。液壓懸掛系統的工作原理是，當車輛行駛在不同路況時，機械結構會受到壓力，進而助推液壓缸進行運作，利用液體的來回傳輸，推動車輪進行上下運動，適應路面的變化。液壓泵和液壓閥則起到控制流量和壓力的作用，實現對懸掛系統的精密控制。壓傳動控制系統在汽車懸掛中的應用，不僅提升了車輛的操控性能，還有助于改善乘坐體驗[6]。

5結語

綜上所述，在工業大規模發展的背景下，液壓傳動控制系統在機械設計制造領域中得到了廣泛應用，液壓傳動控制系統的高精度的控制能力在機床自動換刀以及進給中具有良好的應用效果。液壓傳動控制系統的連接與控制作用在工程機械、農業機械以及石油化工上具有重要作用，同時液壓傳動控制系統的協調性與靈活性也在汽車領域大放異彩，有效促進了機械設計制造行業的可持續發展。

參考文獻

[1]王立永.液壓與氣壓傳動系統控制方法探析[J].時代汽車，2023（20）：19-21.

[2]陳柏金，劉廷君.快速鍛造液壓機技術現狀及發展趨勢[J].鍛壓技術，2023，48（11）：1-6.

[3]鄔可令.液壓機械傳動控制系統在農業機械設計制造中的應用[J].農業開發與裝備，2023（11）：42-44.

[4]楊文兵.裝載機液壓機械功率分流傳動系統的控制及仿真分析[J].中國新技術新產品，2023（17）：44-46.

[5]魏曉朝.采棉機液壓機械無級變速器控制系統研究[D].石河子：石河子大學，2022.

[6]徐梁.流體裝卸臂自動對中與液壓控制系統研究與設計[D].哈爾濱：東北林業大學，2023.