液压传动控制系统在机械设计制造中的应用探讨

严周民　艾志亮

摘 要：随着现代科学技术的不断发展，液压控制技术在机械制造设计中的应用越来越广泛，并将逐渐占据着十分重要的地位。为了确保液压机械传动控制系统在机械设计制造中得到有效的应用，本文通过对几个典型机械加工制造设备的液压控制系统进行分析，归纳、总结液压控制系统装置的应用的合理性及其优缺点，有助于液压控制技术在机械制造装备中更好的应用，从而有效促进该行业的进步与发展。

关键词：机械制造设计；传动控制系统；液压；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.060

1 液压机械传动控制系统的原理

用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式称为液压传动。液压传动主要是利用液体的压力能传递动力和运动的，是通过对工作介质的控制和调节实现对工作机构的控制。

一个完整的液压传动系统由液压动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、工作介质五大部分组成。动力元件常指液压泵，它是将原动机的机械能转换成液压能的转换装置，为液压系统提供压力液，是整个液压系统的动力源；执行元件有两类即液压马达和液压缸，它是将从泵接受来的液压能转换为机械能的装置，输出转矩或速度，用于驱动工作机构克服外负載工作；液压控制元件，有方向控制阀、流量控制阀和压力控制阀三大类，用于对液压传动系统中的工作介质的流动方向、流量、压力进行控制，以确保执行元件及工作机构能够完成制定工作；辅助元件，用于保证液压系统长期、高效工作不可或缺的元件，如油箱、过滤器、蓄能器等；液压工作介质即传动液体，既是转换、传递能量的介质，同时也起着润滑运动零件和冷却传动系统的作用。

液压系统，都是由一个或几个基本回路组成，而基本回路是为了实现某种特定功能把一些液压元件按一定方式组合起来的通路结构。实现对液压传动系统的控制，从根本上来说就是对液压回路中的液压控制元件的控制，即通过改变阀体与阀芯的通断面积、通断间隙及通断接口形式，实现对回路中的工作介质的流量、压力及流向的控制，以达到对工作机构的控制。改变阀芯相对于阀体位置即可对流量、压力及流向的控制。实现阀芯动作的方式有手动、机动、电磁动、液动、电液动等，液压系统控制方式较多。随着计算机技术的发展，把液压控制方式与计算机控制技术结合起来是液压传动系统控制发展的方向。

2 液压传动控制系统的优点和缺点

2.1 液压传动控制系统的优点

液压传动控制系统主要具有以下突出的优点：液压传动依靠工作液体作为传动介质进行能量传递和转换，工作液体大多为润滑性能良好的油液，对液压元件中相对运动副界面有很好的润滑作用，减少了磨损，提高了元件的使用寿命；工作液体可以用管路输送到任何位置，允许液压执行元件和动力元件之间保持一定距离，很方便的可以做到让操作者远离危险环境中的工作机构而保证安全；液压系统在运行中可以实现大范围的无极调速，调速性能不受功率大小的限制，这在工程机械、加工制造机械、矿山机械中应用广泛；液压传动容易实现无间隙传动，传动平稳，操作省力，反应迅速，并能高速启动和频繁换向，如汽车的液压助力转向系统和水泥罐车不间断搅拌系统；液压元件已经标准化、系列化和通用化，这对于液压系统的设计、制作及其液压传动系统的推广和应用带来了极大的方便；液压元件控制的电磁化、电液化及与计算机相结合的控制程序化极大地提高了液压传动控制系统的效率，为灵活控制液压功能组件，实现工作机构适应不同工况状态成为可能，同时降低液压功能组件的大小，减少重量，提高了反应速度，促进小型化和高度集成设备的开发和使用。

2.2 液压传动控制系统的缺点

液压传动系统的工作性能和效率受传动介质的温度影响较大，因为工作介质的油液粘度随着温度上升而下降，密封性能降低，泄露增加，传动效率急剧下降，甚至执行元件不能可靠工作，故选用液压传动介质时，应尽量选用粘温特性好的液体；工作液体对污染很敏感，污染后的工作液体对液压控制元件危害很大，尤其一些磨损后硬质金属屑随工作液体的流动进入元件相对运动副界面，划伤密封件加大泄露，甚至卡住阀芯而不能动作，失去控制执行元件的功能；污染物随传动介质会进入液压系统中各个液压元件，每个液压元件都有可能被污染而发生故障，失去工作功能，故液压传动系统故障难于排除，对维修、操作及可靠性提出了较高的要求；电液控制系统中压力控制液体也可能发生泄漏或液体介质温度变化以及故障检查、检测的传输控制系统困难而导致故障也是液压传动系统可能发生的，导致驱动系统比出现故障，从而影响液压传动系统的正常运行，降低了稳定性和准确性，影响了产品的质量和精度，会使设备失去准确的调控。因此，在设备操作前必须仔细检查每一个元件进行检查和清洗，消除灰尘及金属粉末对设备的正常工作的影响。

3 液压机械传动控制系统在机械设计制造中的应用

随着我国现代化进程的加快，大型工程设备急需开发和应用，液压传动因其传递功率大、低速稳定性好、可无极调速等优点，在这些工程设备开发和设计中得到了广泛的关注和应用，同时也满足了这些设备对生产效率和精度较高的要求。液压机械传动控制系统的发展，促进了相关技术的发展，取得了良好的效果，实现了一定的控制目标，为大型工程机械装备能在极端环境中工作，并达到精度要求成为可能。

3.1 液压控制系统在汽车转向中的应用

家用汽车尤其是重型工程汽车的转向操纵，若完全依靠人力转向，不但费力而且影响汽车的操控，故现代汽车多采用转向助力机构。液压助力就是依靠方向盘转动带动螺旋传动机构将其转变为丝杆的轴向移动，通过连杆移动液压控制阀阀芯亦做轴向移动，改变阀芯与阀体相对位置，使阀体外接油路接通或断开，继而实现给液压缸供给压力油液，液压缸将液压能转变成机械能增力输出再通过杠杆机构放大，迫使轮胎转向。与此同时，液压缸活塞杆输出移动通过杠杆使不完全齿轮旋转，啮合齿条使螺母作反向移动，阀芯与阀体恢复到原始位置，完成一轮转向操作。

3.2 液压控制系统在煤矿斜井提升胶带运输机中的应用

矿用胶带运输机基本工作原理是依靠驱动滚筒外表面与环绕其上的胶带内表面的摩擦力作为运输机驱动动力的。提高胶带运输机运输能力的途径有三个方面因素：（1）增大摩擦系数；（2）增加胶带与滚筒围包角；（3）增加胶带张紧力。通常为保证胶带运输机既有一定的运输能力，又不至于因张紧力过大而使胶带断裂，需给胶带运输机提供恒定的张紧力，如图所示，为恒张力液压伺服系统图，张紧绞车通过钢丝绳牵引胶带运输机活动导向滚筒，使胶带运输機保持一定张力。由于胶带运输机工作过程因其负载有一定波动变化，为此安装一个力传感器，检测钢丝绳实际张紧力，与给定张紧力进行比较，得出差值，放大此差值并作为控制信号，控制电液伺服阀进出液压缸油液方向和流量，液压缸带动动滑轮上下动作，保证胶带运输机张紧力恒定。

3.3 液压机械传动控制系统在其他场合的应用

液压技术的应用与发展也得益于计算机技术的普遍应用，液压技术与计算机技术相结合，能够扩大液压机械传动系统的应用范围，更好地完成工作控制目标。液压机械传动控制系统与传统的机械传动技术相比较，能够更加准确地控制目标参数，传递效率高，故液压机械传动控制系统不但在机械设计制造中应用的前景十分可观，在不久的未来，将也会在更多的其他工业领域领域的应用越来越广泛，为企业提高效益起到积极的促进作用。

4 结束语

现代社会科学技术突飞猛进，大功率、多功能、高效率、自动化的生活、生产设备逐渐走进我们的工作和生活，为了很好的应用、操作、开发、控制这些设备，掌握液压控制技术，并将这些技术合理应用到机械制造设计领域，对机械设备制造的发展将有很大的提升。

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