機(jī)械設(shè)計制造液壓機(jī)械控制系統(tǒng)研究

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摘要:在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域中，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)作為一種具有較高傳動效率和較強(qiáng)控制精確度的控制系統(tǒng)，始終受到整個機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)的關(guān)注和重視。對此，本文針對機(jī)械設(shè)計制造中的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)，在概述其主要作用的基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了其應(yīng)用優(yōu)點和不足，同時也結(jié)合實際指出了液壓機(jī)械控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用和構(gòu)建策略，旨在給予機(jī)械設(shè)計制造企業(yè)一定的幫助和指導(dǎo)，并以此在提升液壓機(jī)械控制系統(tǒng)應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上促進(jìn)整個機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和持續(xù)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計制造;液壓機(jī)械控制系統(tǒng);應(yīng)用優(yōu)勢

1機(jī)械設(shè)計制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用原理

所謂液壓機(jī)械控制系統(tǒng)，其以液體作用控制內(nèi)部系統(tǒng)平衡，并依賴活塞將液體壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量。其中，整個系統(tǒng)一般可分為動力元件、執(zhí)行元件、輔助元件等三個組成部分。

1．1動力元件

針對液壓機(jī)械控制系統(tǒng)動力元件，其作用在于將壓力轉(zhuǎn)化為能量，常見元件為液壓泵。其中，動力元件是整個液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要動力來源，能夠在滿足不同液壓傳動效果的基礎(chǔ)上保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，液壓泵通過變化容量來控制能量傳輸，因此一般可將液壓泵稱作容積液壓泵。

1．2執(zhí)行元件

針對液壓機(jī)械控制系統(tǒng)執(zhí)行元件，以液壓馬達(dá)為主的執(zhí)行元件主要作用在于將液壓泵提供的液體轉(zhuǎn)化為機(jī)械設(shè)備運作所需的機(jī)械能量。同時，執(zhí)行元件能夠就液體流動的方向及壓力進(jìn)行控制，這使得整個執(zhí)行元件能夠滿足液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的不同傳動需求。

1．3輔助元件

為了保障整個液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運轉(zhuǎn)，需在動力元件和執(zhí)行元件基礎(chǔ)上設(shè)置一定的輔助元件。其中，輔助元件多指液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的液壓回路，是系統(tǒng)的能量傳輸通道，同樣是系統(tǒng)的重要組成部分之一。

2機(jī)械設(shè)計制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的優(yōu)點和不足

2．1優(yōu)點

2．1．1應(yīng)用范圍廣相比于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣，不僅可適用于常見的塑料加工，同時在技術(shù)含量要求較高的鋼鐵冶金領(lǐng)域也具有不錯的應(yīng)用效果。例如，針對農(nóng)林機(jī)械領(lǐng)域，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)能夠有效解決工程機(jī)械需要提高牽引能力但又不能采用全輪驅(qū)動方法的問題，能夠在無級變速的基礎(chǔ)上保障驅(qū)動輪間的協(xié)調(diào)同步。

2．1．2兼容性高針對液壓機(jī)械控制系統(tǒng)，由于其具有輕量化、一體化特點，且能夠針對微電子技術(shù)進(jìn)行配合使用，因此得力于計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)也將在海洋開發(fā)等諸多領(lǐng)域發(fā)揮較為重要的作用，并能夠在實現(xiàn)自動化控制的基礎(chǔ)上以較高的傳動效率保證應(yīng)有的傳動精確性。

2．1．3速度快、效率高在液壓機(jī)械控制系統(tǒng)元件設(shè)計過程中，為方便系統(tǒng)使用，系統(tǒng)元件多具有重量輕、反應(yīng)快、體積小等優(yōu)點，因此能夠在自動化控制的基礎(chǔ)上實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的調(diào)速控制。同時，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要介質(zhì)為礦物油，這意味著整個系統(tǒng)不僅無需人工潤滑，同時也具有較高的使用壽命，適用于多種機(jī)械設(shè)計制造環(huán)境。

2．2不足

2．2．1溫度變化影響較大在實際液壓機(jī)械控制系統(tǒng)使用過程中我們發(fā)現(xiàn)，溫度變化是造成系統(tǒng)機(jī)械傳動比例失衡的主要因素，其原因在于溫度變化會對液壓機(jī)械控制系統(tǒng)中的液體黏性造成影響。在此基礎(chǔ)上，如何確保恒定環(huán)境溫度，避免高溫環(huán)境對液壓機(jī)械控制系統(tǒng)精準(zhǔn)度及運行效率造成影響，是液壓機(jī)械控制系統(tǒng)實際應(yīng)用面臨的主要問題。

2．2．2易污染通過對實際機(jī)械設(shè)計制造過程進(jìn)行調(diào)查不難發(fā)現(xiàn)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時很容易吸附環(huán)境中的污染物，尤其是當(dāng)污染物吸附到油箱時，不僅會直接對系統(tǒng)介質(zhì)造成污染，同時也將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。此外，一些環(huán)境雜質(zhì)會與系統(tǒng)介質(zhì)相混合而加大系統(tǒng)的傳動摩擦，進(jìn)而造成系統(tǒng)運行效率的降低。

2．2．3對國外技術(shù)依賴性高相比西方發(fā)達(dá)國家，我國液壓技術(shù)仍處于探索階段，因此液壓機(jī)械控制系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品對于國外技術(shù)的依賴性仍相對較高。在此基礎(chǔ)上，一些由我國自主研發(fā)的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)元件仍存在較大質(zhì)量問題，不僅無法與國際標(biāo)準(zhǔn)相符合，同時也具有使用壽命低等諸多問題。

2．2．4故障排查困難對于液壓機(jī)械控制系統(tǒng)來說，由于其本身構(gòu)成復(fù)雜，且會因與計算機(jī)系統(tǒng)相配合而較為精密，因此任何因素所致的系統(tǒng)故障都具有一定排查難度。此外，當(dāng)前我國仍缺乏充足的液壓機(jī)械控制技術(shù)人才，這使得液壓機(jī)械控制系統(tǒng)在機(jī)械制造設(shè)計領(lǐng)域的實際應(yīng)用效果并不突出，并沒有充分發(fā)揮液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的應(yīng)用價值。

3機(jī)械設(shè)計制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

3．1系統(tǒng)控制層面

從系統(tǒng)控制角度來看，由于不同的機(jī)械設(shè)計方式往往會導(dǎo)致不同的控制體系，因此結(jié)合實際應(yīng)用需求就液壓機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，是保障液壓機(jī)械控制系統(tǒng)應(yīng)用有效性的關(guān)鍵所在。其中，針對機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用價值在于對設(shè)備功率及使用效率進(jìn)行控制和精細(xì)化分析，因此通過確定機(jī)械設(shè)計制造的實際工作環(huán)境以保障其應(yīng)用穩(wěn)定性往往尤為重要。在此基礎(chǔ)上，依托于液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的諸多優(yōu)點，其在農(nóng)林機(jī)械制造、塑性加工、工程設(shè)備生產(chǎn)等多個領(lǐng)域均有著較為不錯的應(yīng)用效果。例如，針對農(nóng)林機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域，可借助液壓機(jī)械控制系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)林機(jī)械的恒功率輸出控制，借此不僅可提升機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用可靠性，同時也在保證一定生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上確保其設(shè)計制造的經(jīng)濟(jì)性。

3．2傳動技術(shù)層面

基于傳動技術(shù)角度，機(jī)械傳動效果會因液壓機(jī)械控制系統(tǒng)控制體系的不同而存在較大差異，且數(shù)據(jù)傳輸控制過程中液壓傳動整體效果會更加受到明顯影響。在此基礎(chǔ)上，伴隨著計算機(jī)無線控制技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，將液壓技術(shù)與計算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)行使用是液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢，尤其是針對動力體系控制層面，可借助液壓機(jī)械控制系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)配合使用實現(xiàn)對于工業(yè)產(chǎn)值參數(shù)的變化調(diào)控，能夠在提升機(jī)械設(shè)計制造體系操作性能的基礎(chǔ)上確保機(jī)械控制結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性。例如，可借助UG等計算機(jī)軟件對液壓機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行三維模擬和系統(tǒng)分析，同時再加上輔助元件的控制幫助，集靈活、簡便、可視化等多種優(yōu)點為一體的液壓機(jī)械控制系統(tǒng)得以構(gòu)成，不僅能夠完成多用戶的多數(shù)據(jù)處理作業(yè)，同時也能借助數(shù)據(jù)庫的構(gòu)成形成完成的系統(tǒng)參數(shù)體系。

3．3軟件設(shè)計層面

首先，在就系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整時，應(yīng)關(guān)聯(lián)液壓系統(tǒng)與相關(guān)的組態(tài)軟件，并在確保組態(tài)軟件滿足廠商需求的基礎(chǔ)上盡可能簡化軟件界面，進(jìn)而以此保障系統(tǒng)使用的可操作性;其次，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)所采用的組態(tài)軟件要足夠強(qiáng)大，要具有一定的兼容性，即能夠與多種硬件設(shè)備所關(guān)聯(lián)，同時，要針對組態(tài)軟件配備專門的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而以此保障數(shù)據(jù)的可儲存性;最后，在設(shè)計液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)時，要結(jié)合實際機(jī)械設(shè)計制造人員操作習(xí)慣進(jìn)行功能優(yōu)化，并盡可能添加較多的人性化功能，進(jìn)而以此滿足不同的機(jī)械設(shè)計制造操作需求。

4機(jī)械設(shè)計制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的構(gòu)建策略

通常來說，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分組合而成。一方面，針對硬件系統(tǒng)，其一般包括微處理器、存儲器、I/O線路、輸出部件以及編程器，且依托總線方式連接各個部分;另一方面，針對軟件系統(tǒng)，一般可分為用戶程序和系統(tǒng)程序兩部分，同時PLC的控制運行由系統(tǒng)程序控制，而用戶程序則主要用于根據(jù)用戶的實質(zhì)需求來編制特殊程序。在此基礎(chǔ)上，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的工作原理一般可如下圖所示。其中，需要特別指出的是，PLC的核心為微機(jī)處理器，這是一種廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域且具有靈活、通用、運行可靠性強(qiáng)等特點的系統(tǒng)部件，即不僅能夠針對實際應(yīng)用中存在的各種問題進(jìn)行靈活應(yīng)對，同時也因其具有較強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定可靠性而十分適用于惡劣環(huán)境下的機(jī)械控制作業(yè)。

5機(jī)械設(shè)計制造中液壓機(jī)械控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

近年來，基于我國計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓機(jī)械控制技術(shù)作為一種廣泛用于多個行業(yè)內(nèi)的控制手段已經(jīng)呈現(xiàn)出更加明顯的多元化發(fā)展趨勢。一方面，相比于傳統(tǒng)機(jī)械傳動技術(shù)，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械運動參數(shù)及動力參數(shù)的精準(zhǔn)控制，而從現(xiàn)有液壓工業(yè)銷售額占到機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值的5%左右這一數(shù)據(jù)不難看出，液壓機(jī)械控制系統(tǒng)具有較為不錯的發(fā)展前景，比較適用于當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)發(fā)展需求;另一方面，針對常見液壓系統(tǒng)，其多采用較大的鋼芯來實現(xiàn)系統(tǒng)的正反方向運轉(zhuǎn)，即在幾乎所有工程機(jī)械設(shè)備中都能就液壓機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行運用，這意味著該系統(tǒng)將呈現(xiàn)出更加規(guī)模化的發(fā)展趨勢。

6結(jié)語

綜上，機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)在我國市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中占有舉足輕重的關(guān)鍵地位。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)液壓機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計管理，在優(yōu)化其控制體系和軟件功能的基礎(chǔ)上不斷提升其自動化水平，進(jìn)而以此滿足不同生產(chǎn)需求，并促進(jìn)整個機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

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作者：姚興嶺 單位：新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院