液压传动控制系统在机械设计制造中的应用研究

摘要：随着机械制造行业的快速发展，液压传动技术水平也在不断提高，在目前的机械设计制造领域，液压传动控制系统得到了十分广泛的应用。为了更好地保证应用效果需要对液压传动控制系统的组成、运行原理以及优缺点进行分析，并深入研究其在机械设计制造中的各种应用，旨在提高液压传动控制系统的应用水平，进一步推进机械设计制造行业的发展。

关键词：液压传动控制系统运行原理机械设计制造工业生产

ResearchontheApplicationofHydraulicTransmissionControlSysteminMechanicalDesignandManufacturing

SHENBoSUNJialiang

ShanxiConservancyTechnicalInstitute，Taiyuan，ShanxiProvince，030032China

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

KeyWords：Hydraulictransmissioncontrolsystem;Operatingprinciple;Mechanicaldesignandmanufacturing;Industrialproduction

在目前的工业发展领域中，液压传动控制系统的使用规模不断扩大，并且技术内容也在不断升级，有效推动了我国机械制造行业的发展，在各种生产活动中液压传动控制系统的应用主要体现在生产效率与质量的提高方面。因此，为了更好地发挥液压传动控制系统的功能作用，分析其在机械设计制造中的应用很有必要，可以进一步扩大其功能范围，促进相关产业发展。

1液压传动控制系统组成

液压传动控制系统主要由动力元件、执行元件、控制调节元件以及辅助元件组成。其中，动力元件包括液压泵、液压马达、液压缸、液压阀。液压泵是液压系统的动力源，它将机械能转换为液压能。常见的液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。液压马达是液压传动控制系统进行能量转化的重要部分，主要利用自身驱动力将液压能转换为机械能。液压缸是液压系统中的执行元件，当液压油被泵入液压缸时，由于液体不可压缩，因此压力会迫使活塞移动，从而实现力的输出与运动的传递。液压阀是液压系统中的控制元件，主要控制的是液压系统中的各种参数，如压力、流量、方向等。液压辅助元件包括油箱、滤油器、冷却器、管路及接头等，主要为液压系统提供必要的条件，确保液压系统的正常工作[1]。

2液压传动控制系统运行原理

液压传动控制系统主要依靠的是液体流动性与压力特性，以此来保证精确控制的系统功能。液压传动控制系统的能量转换及效率控制十分关键，主要依靠动力元件运作来提供能量来源。液压传动的基本原理主要是利用液体不可被压缩的特性，逼迫液体产生压力能，进而带动部件移动。利用电动机的机械能，将液体送入液压缸中，并带动活塞运动，利用液体在液压缸左右腔中的来回移动来使活塞不断运动，进而产生动力。

3液压传动控制系统优缺点分析

3.1优点

作为一种高效的传动方式，液压传动控制系统具有多种优点。液压传动系统能够在较小的体积和重量内输出较大的功率，在一些需要高功率输出的工作场所中具有显著优势，例如：工程机械、船舶和航空等领域。液压传动系统的布局更方便、更灵活，可以通过油管连接各种元件，不受限制，易于实现直线运动和快速响应。同时，无级调速功能也可以不受范围限制进行使用，调速范围可达1：2000，该调速功能也能在特定工作情况下正常使用。

3.2缺点

虽然液压传动控制系统具有多方面的优点，但在实际应用中也存在一些不足。液压传动系统由于机械结构特性，在实际运作时会存在压力损失、容积损失和机械摩擦损失，根据动能守恒定律，液压传动系统的总效率往往只有75%左右，例如：受温度的影响，液压传动系统的工作性能和效率一般会降低，同时依靠液体特性进行工作，液压传动系统的传动比也会出现变化，无法实现标准化作业[2]。

4机械设计制造中液压系统的应用

4.1液压传动控制系统在机床中的应用

在机械设计制造中，现代化机床对液压传动控制系统的应用十分广泛，主要利用系统的精密控制功能来实现对机床动作的高精准调控。其中，液压泵可以为机床运作提供稳定的动力来源，利用液压传动系统的作用，提供大量的机械能，以此来为机床运作提供动力。系统中的控制阀通过调节液体的流向与流量来精确地控制机床工作的速度与力度。液压机械传动控制系统由于具有高效的动力传输、高负载适应性以及高控制精度，因此在机床中得到了有效应用。此外，应用液压机械传动控制系统的机床稳定性较高，为机床加工提供防震功能，提高加工质量。

4.1.1自动换刀

自动换刀是液压传动控制系统较为典型的应用，可以通过液压泵、液压缸、阀门和其他液压元件，实现对机床各部分的精确控制，包括卡盘的夹紧与松开、刀架的转位、刀盘的正反转等。液压传动系统在机床中实现自动换刀功能的关键在于液压系统的设计和控制。在自动换刀过程中，液压系统通过液压缸使刀架体抬起，此时，活动插销与固定插销脱离，使刀架定位发生变化，此时端齿离合器与空套齿轮相结合，通过活塞作用将刀架抬起。在刀架抬起后，液压系统通过液压缸推动齿条移动，此时，空套齿轮会沿着逆时针方向转动，进而使得刀架转过一定角度，一般为60°。刀架转位后，液压系统通过液压缸使刀架体下降，活动插销也会回归原位，消除销与孔之间的间隙，反方向实现定位。通过端齿离合器活动，刀架体逐渐下降，利用相同的活动使刀架在新的位置上加紧。刀架压紧后，液压系统通过液压缸使齿条复位，端齿离合器脱开，齿条带动齿轮在轴上空转。通过以上流程，机床有效利用液压传动控制系统进行换刀，并且定位和夹紧动作正常，可以顺利进行切削加工[3]。

4.1.2机床进给

液压传动控制系统主要利用伺服系统来实现对机床的进给。作为液压传动控制系统的重要组成部分，液压伺服系统负责实现机床进给的精确控制。液压伺服系统通常包括液压泵、液压马达、液压缸、液压阀和液压辅助装置等元件。液压伺服系统的工作原理是通过改变液压泵或液压马达的排量来调节液压缸的活塞运动，从而实现机床进给的精确控制。液压系统的稳定性和可靠性对机床进给至关重要。因此，需要采取适当的控制策略保证液压系统的稳定性和可靠性，如比例积分微分控制（Proportional-Integral-DerivativeControl，PID）、模糊控制、定期维护和保养等。此外，液压传动系统的设计与计算是确保机床进给性能的关键。

4.2液压传动控制系统在机械中的应用

4.2.1工程机械

在工程机械中，液压传动控制系统起着至关重要的作用，它通过液压泵将机械能转换为液压能，然后通过液压阀和液压缸等元件控制液压能的流向和大小，从而实现工程机械的各种复杂动作。液压传动控制系统在工程机械中应用的主要优点包括体积小、功率密度大、易于安装、可控性好等，可以实现无级调速、快速响应等功能，使工程机械的动作更加精准和高效。在工程机械中，液压传动控制系统被广泛应用于各种设备，如挖掘机、起重机、装载机等。以挖掘机为例，挖掘机的液压系统需要精确控制挖斗的升降、翻转和推进等动作，这都需要液压传动控制系统来实现。液压传动控制系统在挖掘机中可以控制其中的各个机构，进而控制挖掘机的工作装置，并且在挖掘机的使用中，通常会在各个重要结构上安装液压元件，将挖掘机整体机构进行连接，进而控制挖掘机进行各种动作。

4.2.2农业机械

液压传动控制系统具有高效的动力传输和精确的控制能力，是提高农业机械自动化水平的关键技术。液压系统能够提供稳定的动力源，无论是在启动过程中，还是在运行过程中，都能保证机械设备的平稳运作。在农业机械中，液压传动控制系统也具有重要作用，如拖拉机、收割机、播种机等。液压系统不仅用于控制设备的高度、宽度等物理参数，还用于实现复杂的机械动作，如翻转、折叠等。以拖拉机为例，液压传动系统通过液体介质传递动力，相较于机械传动系统，能够更高效地输送能量，液压系统中的液压泵通过压力油液的输送，驱动执行元件进行工作。

4.2.3石油化工

液压传动控制系统由于具有高精度控制的优点，在石油化工领域应用广泛。以石油钻机为例，液压系统通过控制绞车来实现钻杆的上升和下降，同时通过液压马达来调节提升速度。在正常钻探时，液压系统负责驱动钻杆的下钻动作，实现钻杆的自重和液压马达的相互配合。在一般情况下为了提高全液压钻机的工作效率和质量，液压系统的设计需要考虑动力源的选择、液压元件的选择、元件的安装、系统的管道布置以及液压油的选择和保养等方面。此外，在顶驱装置中，液压系统为其提供了远距离传动与控制的优势，使顶驱的功能得以充分发挥[4]。

4.3液压传动控制系统在自动变速器中的应用

4.3.1汽车档位转换

在自动变速器中，液压传动系统具有重要作用。自动变速器一般应用于汽车中，因此，液压传动控制系统的功能性主要体现在汽车驾驶中，如车辆不同档位的变化。在汽车自动变速器中，液压传动控制系统负责实现不同档位间的切换。这个过程涉及多个关键部件，包括液力变扭器、行星齿轮、液压变距系统和液压操纵系统。当需要切换档位时，节气门开度信号、车速信号、换档控制手柄的位置信号等会通过液压传动控制系统进行传输，并在系统中将其转变成液压信号。同时，这些信号会被送到液压控制装置，执行元件在收到控制信号后会输送压力油，使液控装置工作，进而实现不同的档位的来回切换。例如：当需要从一档切换到二档时，液压传动控制系统会根据预设的换挡规律，调整液压信号，使离合器分离和结合，制动器制动和释放，从而改变变速器的传动比，实现换挡[5]。

4.3.2汽车悬挂

液压传动控制系统在汽车悬挂中的应用主要体现在液压悬挂系统，该系统通过液压缸、液压泵、液压阀等组件协同工作，实现了车辆对路面的适应性调节，从而保证车辆在行驶过程中的稳定性，并提高乘客的舒适度。液压悬挂系统的工作原理是，当车辆行驶在不同路况时，机械结构会受到压力，进而助推液压缸进行运作，利用液体的来回传输，推动车轮进行上下运动，适应路面的变化。液压泵和液压阀则起到控制流量和压力的作用，实现对悬挂系统的精密控制。压传动控制系统在汽车悬挂中的应用，不仅提升了车辆的操控性能，还有助于改善乘坐体验[6]。

5结语

综上所述，在工业大规模发展的背景下，液压传动控制系统在机械设计制造领域中得到了广泛应用，液压传动控制系统的高精度的控制能力在机床自动换刀以及进给中具有良好的应用效果。液压传动控制系统的连接与控制作用在工程机械、农业机械以及石油化工上具有重要作用，同时液压传动控制系统的协调性与灵活性也在汽车领域大放异彩，有效促进了机械设计制造行业的可持续发展。

参考文献

[1]王立永.液压与气压传动系统控制方法探析[J].时代汽车，2023（20）：19-21.

[2]陈柏金，刘廷君.快速锻造液压机技术现状及发展趋势[J].锻压技术，2023，48（11）：1-6.

[3]邬可令.液压机械传动控制系统在农业机械设计制造中的应用[J].农业开发与装备，2023（11）：42-44.

[4]杨文兵.装载机液压机械功率分流传动系统的控制及仿真分析[J].中国新技术新产品，2023（17）：44-46.

[5]魏晓朝.采棉机液压机械无级变速器控制系统研究[D].石河子：石河子大学，2022.

[6]徐梁.流体装卸臂自动对中与液压控制系统研究与设计[D].哈尔滨：东北林业大学，2023.