工程機(jī)械中運(yùn)用先進(jìn)液壓控制技術(shù)探究

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摘要：本文主要對(duì)先進(jìn)液壓控制的內(nèi)容進(jìn)行簡單的介紹，然后對(duì)先進(jìn)液壓控制技術(shù)的特點(diǎn)以及其在工程機(jī)械中的具體使用，例如先導(dǎo)技術(shù)、負(fù)載傳感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行深入介紹，希望能夠促進(jìn)先進(jìn)液壓控制技術(shù)在工程機(jī)械中的具體應(yīng)用，以此保障工程建設(shè)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；先進(jìn)液壓；控制技術(shù)

1液壓控制技術(shù)的發(fā)展概述

液壓控制技術(shù)在第一次世界大戰(zhàn)以后得到具體應(yīng)用，剛開始是手工液壓控制技術(shù)，效率較低，從1920年以后進(jìn)入快速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，液壓元件正式進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期。1925年威克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，這是近代液壓元件工業(yè)及液壓傳動(dòng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，并發(fā)展到電能液壓控制技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國機(jī)床逐漸應(yīng)用液壓傳動(dòng)，應(yīng)用率高達(dá)30%。80年代以來，隨計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，使得液壓技術(shù)也獲得相應(yīng)的進(jìn)步和提升，液壓控制技術(shù)也逐漸自動(dòng)化。計(jì)算機(jī)控制在液壓控制系統(tǒng)中應(yīng)用，使得系統(tǒng)的精準(zhǔn)度及可靠性不斷提升，逐漸形成智能系統(tǒng)[1]。近年來電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓控制技術(shù)在工程機(jī)械模擬加載、轉(zhuǎn)速控制以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃料控制等系統(tǒng)中的應(yīng)用也更加廣泛。隨科學(xué)不斷進(jìn)步，采取微電子技術(shù)等可對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)診斷及調(diào)整，促使液壓元件朝向集成化及標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，促進(jìn)液壓控制技術(shù)水平的不斷提升。

2工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)分析

解放前，我國只有在壓機(jī)壓機(jī)機(jī)床中能夠應(yīng)用有限數(shù)量的液壓元件，我國并無其他液壓工業(yè)[2]。建國后，受到前蘇聯(lián)的幫助，我國逐步提升液壓技術(shù)雜姐設(shè)備中的應(yīng)用，經(jīng)過不懈努力我國液壓工業(yè)終于發(fā)展成為適應(yīng)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，從2009年的統(tǒng)計(jì)來看，我國液壓工業(yè)主要企業(yè)已經(jīng)超過600個(gè)，液壓技術(shù)科研院所也達(dá)到20個(gè)以上，從業(yè)人員超過30萬人，生產(chǎn)液壓元件高達(dá)1000萬以上，液壓工業(yè)總值為269億元，與早期的液壓工業(yè)相比取得明顯進(jìn)步。

2.1工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)特點(diǎn)

首先是速度特性，其速度特性如圖1所示。圖中：ω-電機(jī)轉(zhuǎn)速（弧度/秒）；Q-流量（毫升/秒）；p1-負(fù)載（大氣壓）。如圖1所示，負(fù)載變化的同時(shí)，該系統(tǒng)速度顯示的速度特性為一組平行斜線，并且斜線較陡，這在一定程度上表明系統(tǒng)具有比較良好的硬度特性。從圖像上來看，系統(tǒng)速度特性曲線和變量泵-定量馬達(dá)系統(tǒng)具有一定的相似性，但是變量泵-定量馬達(dá)系統(tǒng)的速度特性是隨著負(fù)載變化而變動(dòng)的，在此假設(shè)基礎(chǔ)上不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速造成影響，實(shí)際應(yīng)用的過程中，負(fù)載變化的同時(shí)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速也發(fā)生著相應(yīng)的改變，而矢量控制變頻調(diào)速在速度較低時(shí)，能夠提供力矩補(bǔ)償以及滑差補(bǔ)償，待速度傳感器時(shí)，速度精度需要保持在大于或者0.02%的范圍內(nèi)。因此，本系統(tǒng)的速度特性曲線需要比變量泵-電力馬達(dá)系統(tǒng)的速度曲線特性更好。其次是負(fù)載特性，按照定量泵的流量方程Q=DW-C1P1，其中D-泵的排量（毫升/弧度）、C2-泵的總的泄露系數(shù)（立方米/秒）。

2.2工程機(jī)械液壓控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

首先是比例技術(shù)以及伺服技術(shù)分析，伴隨著比例技術(shù)以及伺服技術(shù)等多樣化技術(shù)的發(fā)展，工程機(jī)械操作工作逐漸由復(fù)雜變得簡單，并且能夠在一定程度上促進(jìn)控制的精準(zhǔn)度[3]。尤其是在瀝青混凝土攤鋪機(jī)的使用過程中，想要更加科學(xué)的利用此技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)找平，并且借助電液伺服控制技術(shù)以及電液筆記控制技術(shù)，提升施工的質(zhì)量。根據(jù)推耙機(jī)的切深角度以及控制原理，主要是借助對(duì)伺服技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升對(duì)切身精準(zhǔn)度的保障。與此同時(shí)還需要借助比例閥的開環(huán)控制系統(tǒng)展開對(duì)推耙角度的科學(xué)合理管控，進(jìn)一步提升工程機(jī)械的準(zhǔn)確度，增進(jìn)工程建設(shè)的質(zhì)量。該系統(tǒng)可以在鏟刀之上展開對(duì)壓力傳感器的安裝，并且充分借助壓力傳感器的作用，進(jìn)行負(fù)載大小的檢測工作。除此之外，還需要充分借助發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)功率，展開對(duì)負(fù)載大小的合理控制，以此保障鏟刀的自由升降，保障其對(duì)切身的自主控制。機(jī)器人具備的控制能力主要是借助電液控制的手段展開相關(guān)的作用，以此完成相應(yīng)的任務(wù)。電液伺服閥控制技術(shù)的精準(zhǔn)度較高，并且可以實(shí)現(xiàn)操作結(jié)束后的迅速響應(yīng)，這樣可以科學(xué)的進(jìn)行施工。這種技術(shù)的控制效果比較優(yōu)異，但是缺乏相關(guān)的耐污染力度，很容易被影響從而導(dǎo)致?lián)p傷。其次是液壓泵的控制技術(shù)，此技術(shù)在工程機(jī)械過程中應(yīng)用的范圍較廣，一般使用變量泵對(duì)容積的速度進(jìn)行調(diào)控。等到油門的開度保持不變時(shí)，系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)負(fù)載的變化進(jìn)行轉(zhuǎn)速的改變，但是扭矩的輸出并不發(fā)生變化[4]?；诖?，單泵系統(tǒng)中泵排量和壓力的關(guān)系呈現(xiàn)反比。雙泵系統(tǒng)中的控制形式存在多樣性變化的特征。一般來說，挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)主要由功率以及流量進(jìn)行控制。其中功率控制的形式又被分成功率控制、壓力切斷控制、功率較差控制和變工控制等多樣化的控制形式。這是基于雙泵系統(tǒng)中，兩個(gè)泵的發(fā)動(dòng)機(jī)功率保持在50%，并且自主進(jìn)行工作。但是在正常的使用過程中，會(huì)導(dǎo)致二者的功率存在一定的差異，一個(gè)功率過大、一個(gè)功率過小，影響設(shè)備運(yùn)行。壓力切斷控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸出壓力數(shù)值的控制，一旦發(fā)現(xiàn)輸出壓力大于設(shè)置數(shù)值時(shí)，就會(huì)減小泵的流量，并且實(shí)現(xiàn)科學(xué)管控，反之亦然。功率較差控制主要是將一個(gè)泵中的壓力有引入到另一個(gè)泵的引入過程中，進(jìn)一步的對(duì)功率進(jìn)行控制，并且解決流量問題。變工控制可以實(shí)現(xiàn)和流量控制的高度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更好的控制作用。除此之外，先進(jìn)液壓控制技術(shù)具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力，可以在許多地理環(huán)境中對(duì)其技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用。該技術(shù)還存在較大的優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行科學(xué)的環(huán)?？刂?，機(jī)械操作的過程中不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成破壞，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的機(jī)械作業(yè)，有助于和諧發(fā)展路線的構(gòu)建。機(jī)械工程具有多樣化、多種類的系統(tǒng)泵，不同系統(tǒng)內(nèi)液壓泵的數(shù)量也存在一定的區(qū)別，實(shí)際應(yīng)用過程中也具有多樣化的特征。雙泵系統(tǒng)中存在多樣化的控制形成，較為廣泛的控制措施為功率控制和流量控制兩種。功率控制主要包括功率交叉、分功率、壓力切斷、變功率和總功率的內(nèi)容。功率交叉控制能夠讓雙泵輸出較大的功率，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生功率的群面應(yīng)用，能夠在一定程度上改善兩泵中出現(xiàn)的流量問題。分功率控制的手段主要是兩泵各自占據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的一半，兩者相互獨(dú)立不會(huì)產(chǎn)生什么危害，但是上述問題很可能導(dǎo)致兩泵之間的功率失衡。壓力切斷控制能夠在輸出壓力超過額定數(shù)值的情況下，對(duì)流量進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)整，并且可以和其他方式結(jié)合使用?？偣ぢ士刂频闹饕k法時(shí)間排量調(diào)節(jié)作為雙泵壓力調(diào)節(jié)的重要手段，但是在量泵排量相似的情況下，單個(gè)泵高壓流量小的要求無法實(shí)現(xiàn)。流量控制系統(tǒng)是在泵軸轉(zhuǎn)速不調(diào)整的情況下，科學(xué)的控制泵排量的系統(tǒng)。最后，相關(guān)部門在對(duì)先進(jìn)液壓控制技術(shù)應(yīng)用以及工程機(jī)械制作的過程之中，也需要提升對(duì)工程機(jī)械工作人員專業(yè)技能的認(rèn)知，在一定程度上對(duì)工作人員掌握相關(guān)控制技術(shù)理論以及實(shí)踐能力進(jìn)行指導(dǎo)，并且建設(shè)具體的先進(jìn)液壓控制技術(shù)應(yīng)用管理機(jī)制。面對(duì)先進(jìn)液壓控制技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中產(chǎn)生的局限性，有針對(duì)性的尋求相關(guān)解決措施，利用獎(jiǎng)懲機(jī)制提升工作人員的工作意識(shí)，這樣才能夠保障工程機(jī)械設(shè)備的控制人員提升工作積極性，深入投入到工作之中，有助于先進(jìn)液壓控制技術(shù)的有效進(jìn)行，對(duì)工程機(jī)械控制技術(shù)發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。

3工程機(jī)械先進(jìn)液壓控制技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

在工程機(jī)械中計(jì)算機(jī)主要發(fā)揮如下兩點(diǎn)作用：控制以及管理，但是值得注意的是這種控制管理僅限于對(duì)整機(jī)的控制和管理[5]。計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工程機(jī)械中的逐步應(yīng)用，而對(duì)于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)而言，影響較大的是其中的硬件環(huán)境，計(jì)算機(jī)控制以及管理受到先進(jìn)硬件環(huán)境的保護(hù)。工程機(jī)械的電液系統(tǒng)控制面臨著比較嚴(yán)峻的非線性問題，在一定程度上影響著描述系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立，使該項(xiàng)工作產(chǎn)生諸多困難，除此之外，控制方法的選擇也受到局限性的影響，仿真智能控制方法的發(fā)展與應(yīng)用，能夠科學(xué)的應(yīng)對(duì)并解決上述過程中存在的問題。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)快速發(fā)展的過程之中，有許多新型的智能化控制方法被提出，其中控制效果最為優(yōu)異的是模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制，這兩項(xiàng)控制技術(shù)的發(fā)展較為成熟，一旦面對(duì)不準(zhǔn)確信息的存在，上述兩種智能控制方法的優(yōu)勢也就得以展現(xiàn)?，F(xiàn)代化背景下，工程機(jī)械控制的研究內(nèi)容趨于多樣化，并且小有成就?？偠灾茖W(xué)、先進(jìn)、合理的控制方法能夠充分發(fā)揮對(duì)工程機(jī)械控制的作用，并且有助于機(jī)械控制系統(tǒng)的構(gòu)建。以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，其在無限模式下可控制5km，在有限模式下可控制10km，能夠?qū)?00個(gè)油缸實(shí)施控制，進(jìn)而滿足常規(guī)工程機(jī)械要求。此外，其同步控制精準(zhǔn)度是±5mm，能夠滿足工程＜10mm的需求，比如，于蘇通大橋南主塔墩5600t港吊箱下放工程施工中，提升吊點(diǎn)共12個(gè)，采取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)吊點(diǎn)實(shí)施同步控制精準(zhǔn)度小于±1mm，達(dá)到較高精準(zhǔn)度。

3.2先導(dǎo)控制技術(shù)

先導(dǎo)控制技術(shù)的本質(zhì)是通過比較細(xì)微的手動(dòng)操作所產(chǎn)生的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)較大功率的主閥芯的控制，這種操作方式相對(duì)來說比較簡單和便捷。從現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用情況出發(fā)，先導(dǎo)控制技術(shù)在工程機(jī)械中主要根據(jù)以下形式展開應(yīng)用。第一點(diǎn)，方向控制，方向控制的具體實(shí)施主要是借助控制油對(duì)多路閥的主閥展開控制，這種控制形式的應(yīng)用范圍較廣，其中先導(dǎo)閥通常使用的是先導(dǎo)減壓閥、雙節(jié)流閥以及高速開關(guān)閥。第二點(diǎn)是排量控制，排量控制主要是利用先導(dǎo)閥產(chǎn)生的控制油對(duì)液壓泵的變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的控制，排量控制的主要目的是使元件速度能夠獲得簡單的調(diào)節(jié)。除此之外，隨動(dòng)式的先導(dǎo)閥能夠?qū)ξ恢眠M(jìn)行反饋，與此同時(shí)，還可以最大限度的對(duì)功率進(jìn)行擴(kuò)大，從而減少操作人員的工作壓力。上述先導(dǎo)控制形式一般使用手動(dòng)操作進(jìn)行控制，同電動(dòng)控制相比存在一定的弊端，通常來說，手動(dòng)控制桿的一個(gè)手柄只能控制1~2個(gè)元件?，F(xiàn)代化建設(shè)背景下，電子控制技術(shù)的使用范圍逐漸擴(kuò)大，工程機(jī)械中電子控制技術(shù)的應(yīng)用也更加廣泛。市場環(huán)境中，電動(dòng)控制桿的產(chǎn)品也逐步走入群眾視野，相關(guān)技術(shù)也獲得提升和發(fā)展。使用多樣化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)控制桿進(jìn)行操作，在一定程度上可能會(huì)出現(xiàn)與之相關(guān)的電氣信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥，對(duì)比手動(dòng)控制桿而言，電動(dòng)控制桿能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路閥的操作，提升了操作人員的工作效率，使操作過程變得更加簡單。近年來，先導(dǎo)控制技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，以結(jié)合磁流變技術(shù)實(shí)施壓力閥先導(dǎo)控制裝置相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，可依據(jù)先導(dǎo)式壓力閥相關(guān)原理，其中，閥芯承受的阻尼力=4TπR1l+Δpπ（R12-R2），在公式中，T是磁流變液剪切應(yīng)力，半徑是R1、R2間的環(huán)形縫線，Δp是閥芯兩端的壓力差，進(jìn)而通過對(duì)電磁圈的電流信號(hào)給予控制，完成對(duì)壓力閥的有效壓力調(diào)節(jié)。

3.3負(fù)載傳感技術(shù)

通常來講，工程機(jī)械的作業(yè)對(duì)象具有一定的復(fù)雜性，其中負(fù)載變化也較為明顯，這在一定程度上對(duì)工程機(jī)械手動(dòng)控制以及電動(dòng)控制的微動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生重要影響，還在一定程度上對(duì)多聯(lián)多路閥的復(fù)合操作產(chǎn)生重要影響]。在此背景下，傳感技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決上述問題，除此之外，還能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)溢流閥中溢流量的科學(xué)控制，有利于節(jié)能工作的具體實(shí)現(xiàn)。負(fù)載傳感技術(shù)利用自身的重要優(yōu)勢，已經(jīng)在工程機(jī)械的液壓控制中占據(jù)了較為重要的地位，并且實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。負(fù)載傳感技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用，可以讓流量大小免除閥前后的壓差控制，進(jìn)一步促進(jìn)微動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的提升，并且有助于各個(gè)執(zhí)行元件的相互合作。不僅如此，利用壓力補(bǔ)償閥開展對(duì)壓力變化的科學(xué)監(jiān)控，能夠確保在第一時(shí)間對(duì)變量泵以及變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能的作用。從具體的應(yīng)用情況來說，現(xiàn)代化背景下已經(jīng)有越來越多的液壓閥控制系統(tǒng)中應(yīng)用負(fù)載傳感控制技術(shù)，在一定程上增加著控制的精準(zhǔn)度，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。某基于特定負(fù)載的負(fù)載傳感控制技術(shù)圖見圖2。目前，負(fù)荷傳感技術(shù)在液壓控制系統(tǒng)中的應(yīng)用并不少見，以負(fù)荷傳感技術(shù)于某重型平板車液壓控制系統(tǒng)中的運(yùn)用情況為例進(jìn)行分析，構(gòu)建轉(zhuǎn)向及懸掛液壓控制系統(tǒng)，根據(jù)轉(zhuǎn)向公式能夠?qū)Σ煌喬サ木唧w轉(zhuǎn)角關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)向公式具體為，tanα=L1/R，tanγ=L3/（R+H），tanβ=L2/R，該系統(tǒng)能夠節(jié)能，存在高效性，其可控性能也比較高，促使重型平板車液壓得到良好控制。

4結(jié)束語

總而言之，先進(jìn)液壓控制技術(shù)在工程機(jī)械控制中的應(yīng)用發(fā)揮著十分重要的作用，既能夠幫助工程機(jī)械在施工工作中實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工作的科學(xué)解決，還可以按照不同作業(yè)情況的需要進(jìn)行有針對(duì)性的管控，以此滿足差異化控制操作的需要，在一定程度上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確化的工程機(jī)械操作，對(duì)操作效率的提升有重要幫助。而在先進(jìn)液壓控制技術(shù)應(yīng)用過程中，需要進(jìn)行相關(guān)的管理工作，才能夠切實(shí)保障技術(shù)水平的提升，從而促進(jìn)工程機(jī)械的穩(wěn)定發(fā)展。

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作者:陳鋒楠 單位:廣州城市理工學(xué)院