工程机械液压系统动力控制技术分析

任春丽

（哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150028）

工程机械液压系统动力控制技术分析

任春丽

（哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150028）

Analysis of power control technology of engineering machinery hydraulic system

工程机械液压系统动力控制技术主要涉及电力控制、液压系统控制和发动机三个方面，本文将对工程机械液压系统动力控制技术进行分析。

工程机械；液压系统；动力控制技术

近年来，我国计算机技术和机电一体化的迅速发展和广泛的应用，液压控制系统技术在工程机械中越来越受到青睐，其作用就在于可以大大提高机器性能和工作效率，使工程机械操作性更强、更稳定，更精细化工作。

液压控制技术可以分为液压传动技术和液压控制技术，两者相互作用，并相互影响，以此促进工程机械行业的有序快速发展。

1 液压传动和控制系统的工作原理

机床工作台液压系统元件的组成由油箱、节流阀、压力表、开停阀、换向阀、滤油器、液压泵、溢流阀、液压缸和连接这些元件的油管。液压系统的运转需要能源供给，开始是发动机输出机械能，然后液压泵通过电动机带动旋转后，并且吸油箱中油，油液通过滤油器过滤后到达液压泵，当它从液压泵中输出进入压力管通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸的左腔，推动活塞和工作台向右移动，使机械能转化成液压能，液压阀会对转化后的液压能进行调节，并分配到系统应用中。

2 液压系统流量控制措施

液压泵流量的调节方式分为泵控调速与阀控调速。泵控调速在运作方式上是改变液压泵排量，达到控制系统流量的过程，目的是减小流量的损失，以此保证功率，更好的实现经济化运转。阀控调速在运作方式上需要改变液阻，这种方式存在的问题是当流量经过控制阀，并进入执行元件的时候，多余的流量就会回流到油箱中造成浪费，缺乏经济性。但是优点是对液压阀开度的调节可以单纯依靠质量较小的电磁铁推动阀芯来达到目的。在工程机械上用的电磁铁高速超过20 Hz的已经非常多了。

从泵控调速和阀控调速看，他们具有互补的特点，液压系统在运行时是根据实际的流量大小的需要来确定初始排量的，而初始排量要修比需要流量大于等于20 L/min，然后通过比例阀对流量大小来控制，目的是确保液压系统的经济性和响应速度。对于以上的控制，不论是正、负流量的控制和外部负载敏感的控制，都需要泵控和阀控调速相互配合的流量控制。如图1、图2流量控制液压原理图。

图1 负流量控制液压原理图

图2 正流量控制液压原理图

从图1、图2中，我们看见负流量的控制环境下，控制变量泵排量的是主阀中位流量，并且两者的变化方向是相反存在的。而在正流量控制环境下控制液压泵排量与液压阀开度的因素是相同的，这样在速度方面可以大大提高相应速度。而在负载敏感控制环境下主阀上的压力降可以控制液压泵排量，同时压力降，并且与操作信号和外负载都有相关性，所以，我们得出的结论是负载敏感控制这种方法是把操作者的速度预期和外负载的速度互相结合控制方式进行的。

3 液压系统功率控制技术

液压系统功率控制的主要作用是节能、提高功率利用率和增强作业效率。液压系统的高效利用，需要让其适应复杂多变的工作环境，那么液压挖掘机的工作在挖掘力度上必须到位，需要定量泵来控制适宜流量。

小型机械的定量泵在早期的工程机械系统设计中一直根据系统的最大工作流量(Q)与系统最大工作压力(P)乘积，然后通过计算转化后的系统最大输出功率(N)不能超出发动机的净功率(Nj)。也就是N=P×Q/η。

但因在一般工况下功率利用系数太低问题，造成不能施展较强的控制功能，其性能不是很好。当前就只有一些小吨位汽车起重机（约5～50 t）的在使用这种定量泵。

在单泵恒功率控制下，单泵的控制系统早期是借助于一个变量机构中的两个弹簧来进行不同的设计，对变量泵的输出流量来控制变量泵，当首个弹簧设定力承受到一定的系统压力时，减小了变量泵的排量，变量泵的输出就会开始变得很小；直至第二个弹簧的设定力被系统克服后，变量泵和变量斜率都会发生明显变化，使得变量泵变量出现曲线变化。控制之后，变量曲线上的工作流量乘以工作压力得出来的离散值能够达到一个常数。此时可以极大地利用了发动机的功率，提高发动机的动力，同时确保了发动机在过载情况之下也不会导致熄火，从而暂停工作。正是恒功率控制技术利用杠杆的改进，达到了对可变控制机构有效利用的目的。

在双泵或多泵恒功率控制下，首先是分功率控制。在设计途中，对于分配按照每个泵所相连的操作执行机构要求的实际功率来按一定的比例控制电源，并确保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，最大的缺点是发动机的功率不能得到充分利用，假设多泵中发生些许不需要工作的事情，就会造成整个发动机的功率浪费，因此这种分功率控制技术仅限于小型工程机械的使用。其次是总功率控制技术。总功率控制使用一个可变的机制，这与分功率控制的最大区别，而所有泵的流量是相同的，弹簧，压力都是一个泵的工作压力之和，假设1/2值的多泵工作压力之和可以有弹簧设定值，因此主泵启动变量，这个变量等于单泵恒功率变量。工作曲线方程有：

在功率控制的总功率和对照相对照，发动机的功率利用系数提高非常明显，同时还实现多个泵之间的互补功率，一个泵没有启动，它的力量还可以用于其它泵。这是这种泵的优点，缺点是能量损耗大，原因是总功率每个泵相同的控制执行机构的流量，假 设泵负责停止工作，所以主泵仍在输出，大流量，主泵输出的大流量转化为热量不见了。

4 结束语

近年来，出现的最新研究也比较多，如交叉传感控制技术和负反馈交叉传感技术，由于技术不够成熟，投资过大，在推广使用中变得举步维艰。在以后还需要多加研究开发才行。而在计算机控制技术的优化与控制中，利用PID算法，PLC的PID对输出工程机械调速控制系统采取控制命令，大大提高了输出功率，尤其在负载变化情况，也能实现有效的控制，而且还能根据不同环境状况采取相应措施以保持相同的速度。

随着计算机控制技术的出现，这样就会使得机器的输出功率与效率得到了很高程度的提高，而且在发动机低速条件下也不会熄火，而且还可以继续工作等优点。因此计算机控制技术的优化与控制使得工程机械液压系统动力控制技术有了更加明显的飞跃。

[1] 韩明霞. 工程机械液压底盘虚拟试验系统研究[D]. 长安大学，2015.

[2] 郝永臣. 液压技术在机械制造业中的应用探讨[J]. 现代商贸工业，2010(20).

[3] 王利华. 液压挖掘机工作装置液压系统的分析研究[D]. 吉林大学，2011.

(P-02)

TH137

1009-797X(2016)06-0077-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.027

任春丽（1994-），女，本科在读，在读于哈尔滨石油学院，研究方向为机械设计制造及其自动化。

2016-01-25