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提高机械液压系统运行稳定性的设计措施研究

陶新高

合肥协力液压科技有限公司,230088

摘要: 我国虽是能源大国,但从整体上来说,人均资源占有量少,所以我国一直在走资源节约路线,各行各业也积极响应号召,将节能理念运用到实处。为此国内相关研究人员便开始思考如何提高机械液压系统的整体节能效果,通过提升液压系统一体性与自动化水平,优化内部负荷水平、关节位置节能效率等方法来切实提高的液压系统运行稳定性,以降低能源消耗。本文就对提高机械液压系统运行稳定性的设计手法进行研究,希望对相关工作者有所帮助。
关键词: 机械设计;液压系统;稳定性
DOI:10.12721/ccn.2021.157008
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装备机械和工程机械是需要液压系统支持的最常见设备,他们一般处于特殊环境中,其有着工作时间长、工作强度高的特点,需要搭载液压系统才能满足实际需求。在运用过程中,液压系统可以将机械中的控制系统、传动系统、分动系统、动力系统结合到一起,发挥其最大合力,现如今以设计合理性、实用性保障液压系统稳定运行已经成为一大趋势,为实现节能、高效目标而不断努力前行。

一、机械液压系统发展现状 
通过设计工作者的不断努力,对机械液压系统进行了多次优化与改进,运行效率与运行质量逐步提升,以达到良性循环运转的目标,在实际操作过程中,相关人员也更重视液压系统的控制与维护工作,在传统工作模式的基础上结合设备的使用情况不断推陈出新,以保障设备的正常运转,为液压系统的全面推广奠定了坚实基础。

液压系统在装备机械、工程机械中有着突出作用与重要价值,为相关工作开展提供有力保障。但是运行过程中,液压系统也容易出现各种各样的问题,究其根本原因还是因为机械制造技术差、机械设计不合理、使用方法不正确等,不仅不利于机械设备寿命维持,更容易引发安全事故。因此,还需要机械设计人员结合生产实际所需对设备进行必要改造,着重解决因机械设计不合理而导致的过度损耗、变质老化等问题,减少设备的故障发生率,提高机械运行稳定性。 

第一,在设计方面,加工技术和工艺方面的问题致使工程机械液压系统故障频出。例如设计影响阴阳系统特性,这属于“先天问题”,想要解决还是应从源头抓起,针对故障出现的原因进行全方面的分析和论证,找到故障发生原因,从而在改进设计上针对不足提出解决方案。 
第二,在制造方面,机械修复过程中需要采用新的液压配件进行旧配件的替代,这些配件在装配和调试出厂时需要达到合格的技术性能,但是新配件代替旧配件之后,容易引发系统故障。在配件的制造问题上,容易带来不堪设想的事故。液压系统中的配件由于小孔堵塞,容易在重装之后发生故障,仔细检查之后,换上新的配件之后,却导致严重的机械损坏,原有一些按规律分布的小孔和裂缝失去过滤功能,内部掺有杂物,明显地出现安装后不能过滤的问题,带来了污染。 
二、工程机械液压传动和控制系统分析 
液压系统功率一般包含了流量和压力数值,液压阀对液压泵输出能量进行分配和调节,将发动机输出的机械能转化为液压能,形成液压系统能源,液压缸和液压马达将液压能转化为机械能,通过液压泵的排量发动机的转速,控制阀的开拓等,实现工程机械的动力控制,节能控制以及作业效率控制等。液压系统工作的时候,负载决定了压力大小,系统对外负荷的响应,对液压系统流量产生一定的影响。 
通过进行各个系统的压力流量和方向的调节,实现多执行机构的协同作业。如工程机械中要求多执行机构进行协同,运行动臂斗杆铲斗回转协同动作的时候,需要发动机输出功率,根据作业工况进行及时调节。此时作为一种大功率作业,机械工业,工程机械在连续运动过程中,作业负荷逐渐变大,而此时液压机械系统进行大功率输出,保证了微动作和较大动作都能在传动和控制系统中进行调整,最终完成良好的操控。 

为了响应我国节能减排要求,机械液压也向着节能方向转型。而变频油泵系统和电液伺服系统就能满足节能效果,开始越来越多地被铜挤压机械、铝挤压机械、塑胶机械、压铸机械、鞋革机械、纺织机械、液压机等机械行业重视和使用。变频器通常工作于开环控制,而伺服是一个闭环控制系统。其实变频只是伺服的一个部分,伺服是在变频的基础上进行闭环的精确控制从而达到更理想的效果。在我国变频多用于空调,在成本上得到控制,而为了最大的节能效果和响应速度多采用伺服控制。 
(一)控制法的完善与改进  

经过改进后,使得发动机转速恢复稳定,防止出现外负载的变化,导致发动机转速持稳。可通过对液压泵流量的控制,实现对排量的控制,在控制法上进行可变业主的输出。能量上经过二次调解之后,实现对液压泵的各个液压回路的并联,经过绝对值的计算,显示的数值表明,由于液压发生压力变化较大。 
采用流量控制法,通过改变液压泵的排量,实现对泵速的调控。这种控制方式可以分为泵控和阀控两种。前者是通过调节液压泵的斜盘和倾角,推动系统内的元件进行运行。后者是通过改变并联回路,帮助系统实现流量的控制,多余的流量经过控制阀回油箱,将不做功的流量加以减少,改变液压阀的开度,通过电磁铁推动阀芯进行移动,使得液压阀的电磁铁响应频率提高到20赫兹左右。此时经过调速方式的优势互补,实现了较为理想的流量控制方式,而液压系统工作时,初始排量多。根据操作信号,实现执行机构的速度控制,采用液压系统,提高系统经济价值,在流量负流量负载敏感控制等方面实现最好的控制。 
(二)做好正流量控制

液压阀的开度受到操作性和控制,提高了液压系统的响应速度。而主阀上的压力不但与操作信号有关,还和外负载有关。针对快速响应特性不高的情况,工程机械采用单纯的泵控系统,以获得更好的经济性。而使用对快速要求不高的工程机械,如小型挖掘机等可以采用单纯的阀控系统,以获得更好的快速性。 
伺服油泵(电液伺服泵)可以在低速下启动,能适应电液伺服系统快慢速、高低压、正反转、快速切换的工况,电液伺服泵的出现改变了我国伺服液压系统长期依靠日本、德国产品的局面,对整个液压行业的节能减排做出了巨大贡献。由电液伺服驱动器、三相交流永磁同步电机、高性能专用伺服泵、压力传感器等几部分可组成HES电液伺服节能系统。采用矢量控制+弱磁控制+专用PID控制算法,能精准控制整个工作过程所需的压力与流量,消除高压节流的能源损耗,达到节能省电的效果,同时降低系统油温,最高节能率达65%,平均节能率30%以上。 
(三)改善机械液压系统

采用流量控制方法,通过液压阀的开度控制和流量控制,实现对液压系统的运行方式的改进,泵控和阀控方式解决了经济性和快速性的问题。在精确性的问题上,通过强化工业用电子泵设备的运行采用闭环电子控制,满足工程机械液压泵的精确流量控制需求,帮助工程机械在高温、高压等恶劣工况下,实现稳定高速运行。经过改进,泵控调速和阀控调速,根据流量需求,初步进行初始排量的确定。根据执行机构的速度控制,使得液压系统有较好的经济性.

综上所述,相关从业人员要不断学习新技术、新知识,不断完善机械液压系统,提升设计的合理性与科学性,尤其液压机械设备被广泛运用于装备机械、工程机械的时代背景下,做好机械设计工作,提高设计的节能效果与运行效率,不仅有助于机械行业的发展,更有助于我国各项建设工作的稳定开展,坚持党的领导走资源节约路线,为实现从大国到强国的转变奉献自己的一份力。

参考文献:

[1]张利.工程机械液压行走系统的设计及理论研究[J].环球市场,2016(35):59-60. 

[2]孙鹏,田雨,龚元明,等.基于Zigbee与Can的工程机械液压系统参数监测系统设计[J].计算机测量与控制,2018,26(1):64-67. 

[3]齐小彤.工程机械液压系统的故障分析与日常维护.工程机械与维修,2019(8).