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探讨工程机械液压系统动力匹配及控制技术

  随着科学技术的快速发展，越来越多的工程机械投入到工程建设当中。其中工程机械液压动力系统的优化匹配控制技术就集合了目前多种理论与技术的一项高级系统技术。本文结合笔者多年的从业经验，阐述了传统的技术制定，具体分析了工程机械液压系统动力匹配的机电一体化控制技术，就控制技术中的制定重点进行探讨，以供同行参照与借鉴。
    机电一体化的主要技术是工程机械液压系统动力匹配和控制技术。此技术很好地发动机、液压系统以及PLC控制技术连接在一起，在工作途中为机械提供继续稳定和可靠的性能。相较于很多需要不停地工作的大型工程机械，此机电一体化技术它能够通过自动化给了工作人员很多的帮助，使得操作的时间变短，操作中的失误也减少，所以很多工程机械液压系统都普遍运用了此种技术。以下我们针对此技术的发展以及成熟过程来讲述这门技术的制定特点，同时总结出此技术在发展途中碰到的一些问题。

    目前，很多小型机械经过快速发展形成了大型工程机械，而小型机械的定量泵制定一直按照系统的最大工作流量以及最大工作压力乘积经过计算转化后的系统最大输出功率只能同发动机的净功率一样或者小于。此定量泵防止功率的利用系数偏低，所以不能满足大型工程机械的工作需求。

    针对两个弹簧弹力进行不同的制定，对变量泵的输出流量进行控制，这是单泵恒功率控制技术的特点。当首个弹簧设定力承受到一定的系统压力时，降低了变量泵的排量；直至第二个弹簧的设定力被系统克服后，促使变量泵变量出现曲线变化。此控制制定使得变量曲线上的工作流量乘以工作压力得出来的离散值接近一个常数。此时就很好的利用了发动机的功率，并且保证了发动机不会由于过度承载导致熄火，从而暂停工作。

    有效地把发动机的功率分到每个泵是双泵或多泵恒功率控制系统中的主要以及困难的地方。过去的双泵和多泵恒功率控制技术有很多不一样的功率分配组合方式。首先，分功率控制。此分配按照各个泵所相关的操作执行机构要求的实际功率来确定的。在制定途中，考察顾虑到各个泵所特有的独立变量控制机构，这才能保证各个泵都能事先规定它自己的工作量。但是因为发动机的功率是恒定的，如果多泵中发生些许不需要工作的事情，那么就会浪费整个发动机的功率，况且大型机械的发动机功率非常大，所以这种浪费坚决不能发生；其次，总功率控制。总功率控制只用了一个变量机构，这是其与分功率控制的区别，此控制技术虽然能够满足每个泵的功率间需求的互补，但是仍优主泵输出的大流量转化为热量不见了这种问题。最后，最新研发的交叉传感控制技术以及负反馈交叉传感技术都不能好好解决完全利用发动机功率或者主泵功率的问题。而且因为交叉传感技术以及工程机械的联合本就不够熟练，从而使得此技术变得越来越困难，还没有平常的分功率和总功率控制技术得到的效果好，而且投资也过大，很难得以推行，广泛使用。

    从过去的控制技术的解析说明可以知道，即使此项技术不断地在进步，但仍然没有解决完全利用功率的这个很大的问题。20世纪时，随着计算机技术的快速发展，使此技术有了新的发展目标。在过去十几年里，机电一体化技术有了很大的成就。我们把计算机技术运用到发动机的动力匹配以及控制技术中，促使功率使用的程度大大提升。现如今，在外国有许多大型工程机械公司都已经慢慢在此方面投入大量的人力以及财力用来强化研究及开发。依据大型工程机械用户对机械工作量的要求，我们将计算机优化的机电一体化动力匹配以及控制技术的模式单独设置。不一样的工作状态有其不一样工作模式。
    当机械操作人员布置好机械的工作模式后，电脑会第一时间向发动机发出指令，给定发动机的油门开合度，同时对发动机的旋转速度进行测量监控。在电脑的数据库中对发动机的目标转速进行查证核实，同时选择其工作模式。当下，在我国大型机械泵的领军人物三一重工研究开发出保证整个控制系统在不一样的负荷下都可以坚持一样的工作转速，不会因负荷太重导致熄火暂停工作的是柴油机转速闭环控制装置。

    在液压系统取得能源时，我们要把发动机输出的机械能在液压泵的作用下转化为液压能。液压阀会调节及分配液压泵输出的能量。同时液压阀也会调节以及控制系统的压力、流量和方向。另外，液压阀还控制功率支流的绝对值以及相对值。
    机械能在被转化为液压能后，为了满足操作机械工作的目标，液压马达和液压缸又会把液压能转化为机械能。我们要调节液压泵的排量以及发动机的转速和控制阀的开度来实现对工程机械的动力、节能、和作业效率的掌控。

    液压系统的功率形式为压力和流量，其用公示表示为: P0= pq /60，在式中，P0为液压功率; p 为液压系统压力; q 为液压系统流量。
    液压系统工作时，它压力的大小由其负载的大小所决定，所以液压系统中本来就有的参数不包括压力，它只是载荷的一种表现，而液压系统的流量才是能够掌握液压系统功率的。所以，我们针对液压泵以及液压阀的流量控制分别作了下述说明。
    在液压泵流量公式: q0= V．n中 ，q0为液压泵流量; n 为液压泵输入转速; V 为 液压泵排量。只有其流量发生变化，它的机械速度才会跟着变化，从公式中可以知道，改变液压泵的排量及转速来控制流量的改变。假如运用液压泵转速对其调节，称其为变频调速，假如运用液压泵排量进行变速，称其为容积速调。
    在工程机械的工作途中，因为外在负荷变化导致发动机的转速不稳定，但是柴油机的转速一般要求相对稳定，假如旋转速度不稳定，一定要用别的方式对其控制。所以，在控制液压泵的流量时，假设其转速稳定，对液压泵流量进行控制。液压阀会对液压泵输出的流量二次调节。在工程机械中，可变液阻实际上还包括比例控制阀，并联液压回路的泵侧的压力是一样的，并联液阻的绝对值以及相对值决定了各支路的流量，然而此处的并联液阻是由液压阀构成的。
    液压阀的流量由其的开度以及阀的压降所决定，然而外在的负载是液压阀的压降的决定性因素，此外在的负载是很难掌握的，所以要实现对液压阀流量的控制，就要掌握液压阀的开度。但是，由于不稳定的外在负荷因素，液压阀压降也发生相对较大的变化，引起的误差也很难掌握，此误差很大，同时，由于液压阀压降还跟机械装置的姿态以及工作环境有关系，使用其他方式也很难控制其压降的变化。因此假如我们要通过开度对液压阀的流量进行控制，导致控制执行机构的速度以及位置都不是很好。

    经上所述，只有对液压泵的排量和液压阀的开度进行调节，也就是所谓的泵控调速和阀控调速，才能实现对液压系统的流量控制，泵控调整速度途中，液压系统没有流量以及功率的损失，泵控调速通过改变液压泵排量完成的，在调节液压泵的斜盘倾角时，推动斜盘、柱塞等原件以及摩擦副要有相应的时间。
    我们只有改变并联回路间的相对液阻，才能促使阀控调速实现对流量的控制，当中大多数流量对外做功，多出来的流量要回到油箱，这些多出来的流量就是被浪费的流量。足见阀控调速没有泵控调速的经济性能要好。但是，在改变液压阀的开度时，通过将电磁铁推动阀芯就能实现，况且，阀芯的质量没有液压阀的运动质量大，所以液压阀的反应速度会相对快些。
    在工程机械中，液压阀电磁铁的响应频率为10 Hz上下，高速电磁铁的响应频率要比20 Hz大很多，足以见得此两种控制方式的优势互补。我们把两者的优点结合在一起，会是一种很好的流量控制方式。现如今，采纳液压泵以及比例阀结合在一起的方法对先进的工程机械液压系统的流量进行控制，形成优势互补，在液压系统作业时，第一是变量泵依据工作需求来确定第一次排量，第一次排量要超过需求的流量20 L/min 以上，其次，比例阀针对流量来二次修正，达到对速度控制。目前，负流量控制、正流量控制以及负载敏感控制都是泵控以及阀控的方式。
    通过分析可知，要实现对工程机械液压系统的功率控制，主要是对液压系统流量进行控制，通过控制液压泵的排量和液压阀的开度，从而实现对流量的控制。而目前比较好的液压控制方式是结合了泵控和阀控的优点，实现操作的经济性和快速性。但是，工程机械中液压泵的排量因为是开环控制，排量的精度不高，而比例阀的流量控制精度受压力的影响比较大，可见泵控和阀控结合的控制方式在速度和经济上有不错的效果，但是在经济性上还存在缺陷，这也是以后工程机械液压系统发展的方向。