机械液压系统的可靠性设计探究

杨凤

文章编号：2095-6835（2016）17-0133-01

摘 要：机械液压系统是工业产品中常用的一种重要系统。随着现代化机械工程技术的快速发展，有些机械液压系统利用液压回路的特性与计算机系统的有机结合，有效提高了机械设备的节能效果和运行效率。这在很大程度上提高了机械元件的智能化和自动化。简要分析了机械液压系统设计控制的相关内容，阐述了机械液压系统的可靠性设计，以期为日后的工作提供参考。

关键词：机械液压系统；可靠性设计；机械工程技术；液压回路

中图分类号：TH137 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.133

近年来，各类工程机械快速发展，液压技术的应用范围越来越广，机械液压系统的可靠性设计会直接影响整机的运行状态。在进行机械液压系统的可靠性设计时，应综合考虑机械液压系统的运行状态，根据相关设计要求实现工程机械产品的安全、可靠运行。

1 机械液压系统设计控制

在设计机械液压系统时，很多设计师只关注机械或者液压系统的使用性能，而忽视了整个系统的智能化、自动化、节能化和高效性等。这给机械液压系统设计造成了较大的局限性。所以，应加强对机械液压系统的设计控制，具体注意以下几点。

1.1 液压系统结构

机械液压系统的结构非常复杂，多泵运行，通过多种工作回路供油。根据机械液压系统辅助工作回路的发动机功率系数和最大输出功率、工作回路可利用功率、功率消耗等，可以推断出实际功率的利用值，由其组成机械液压系统的基本运行参数，从而解决系统的恒功率控制问题，即计算机控制和机械控制。机械液压系统是一种开环控制系统，在运行过程中，往往需要检测机械液压系统的响应结果，从而快速启动机械液压系统，自动消除或者控制外界因素对其的影响。

1.2 液压系统原动力特性

机械液压系统原动力主要依靠电动机和发动机，比如柴油机泵组，导致发动机与泵组无法匹配。因此，相关设计人员应全面熟悉机械液压系统的工作原理，设计多条工作回路，从而有效提升机械液压系统的功率利用值。考虑到工程机械运行环境比较恶劣，所以，机械液压系统原动力必须具有冲击和压制波动的抵抗能力，保持机械液压系统的稳定、动态运行。根据机械液压系统的工作特性，在特性曲线上表现全部负载，加强系统的运行研究，分析发动机与泵组无法匹配的原因，以保障机械液压系统的安全运行。

1.3 工作特性

根据机械液压系统发动机油门的位置函数，考虑到最大功率输出点和油门发动机的设计，机械液压系统设计应采用输入模式，保障各个输入模式的目标转速，使机械液压系统在使用过程中保持良好的效能。机械液压系统工作特性应结合机械产品的具体需求，合理选取最大功率模式，设置合适的输出模式，并且机械液压系统应由输出模式选择开关、辅助工作回路油泵、主工作泵、减压阀、电位计、传感器和控制器等元件组成。

1.4 负荷波动

考虑到机械液压系统的运行环境比较恶劣，其运行压力很容易出现较大的波动。因此，在机械液压系统设计方案中，要注意消除负荷波动因素。经过大功率负荷以后，根据主工作油泵的输出流量、输出压力和输出功率，保持输出流量和输出压力的稳定性，使泵组与发动机良好匹配，避免在极限工况下发动机发生熄火故障。

2 机械液压系统的可靠性设计

2.1 电液比例减压阀设计

电液比例减压阀设计的重点是精度和速度控制。与普通液压阀相比，虽然机械液压系统的应用功能更加完整，但是，存在信号不足的情况，这会直接影响比例阀的驱动。因此，在机械液压系统可靠性设计中，对于电液比例减压阀，要安置配套的电子放大器，增强控制器的输出信号。同时，机械液压系统为了保持恒定的电磁引力，要根据比例磁铁恒定气隙计算电流平均值。为了保证负载力和电磁力的平衡性，应充分发挥电液比例阀结构简单、响应速度快等优点，优化斩波频率、线圈电阻、灵敏度、重复精度、滞环、线圈电阻、电源和最大流量等基本参数。

2.2 主油泵设计

机械液压系统主油泵包括2个串联闭式泵，结合控制泵连接杆腔泵送状态，根据2个出口的连接状态，可以适当调整泵送系统的泵送状态，比如高压低速泵送状态或者低压高速泵送状态。同时，内啮合齿轮泵和主油泵后侧线路串联，通过主油泵吸油泵有效、稳定地补油。另外，工程机械的运行时间比较长，作业强度较高，往往会出现回路油温较高的情况。通过内啮合齿轮泵的高效吸油特性交换冷热液压油，结合主油泵的工作原理，泵送开关启动以后，利用继电器的记忆功能实现位移控制、导油和通电。机械液压系统输出部分液压油以后，启动蓄能器和齿轮泵，防止出现吸油腔吸空的问题，并且主油泵设计应优化齿轮泵溢流阀压力、输出排量范围、控制压力范围等。

2.3 硬件设计

机械液压系统硬件设计的关键就是控制器，以模拟量方式有效控制机械液压系统的逻辑，接着正确处理和运算数据，设定电位计输出信号的转速，然后经过处理输入控制器。模式转换信号、压力开关信号可以直接进入输入控制器。结合控制器的运行状态，对信号进行统计处理，利用功率、光电隔离和分频方法，经过转速传感器、发动机和比例阀的处理，最后输入控制器。控制器是整个机械液压系统电控部门的关键元件，它直接决定了硬件系统的使用性能。对于内部CPU模块，最好设置微处理器，降低机械液压系统的运行功耗，确保其安全性和实用性。同时，控制器必须满足抗电磁干扰、防震、防水、耐高温等需求，设计1个CAN-BUS 总线接口、1个模拟量输出点、3个开关量输出点、2个转速输入点、6个开关量输入点和4个模拟输入点，而且还必须控制存储量容量、开关量最大电流、电位计电源电压、输入端频率范围和模拟量输入电压范围等。

3 结束语

机械液压系统设计应考虑多方面因素，在可靠性设计方面进行优化和改进，以满足机械产品的优势需求，不断提高机械液压系统的可靠性设计水平。

参考文献

[1]郭研，王海兰，陶新良.工程机械液压系统可靠性设计分析[J].起重运输机械，2012（04）：49-51.

[2]吴国山.工程机械液压系统可靠性的设计与分析[J].科技致富向导，2013（21）：303，314.

[3]郭雄华，韩慧仙，曹显利.工程机械液压系统可靠性分析[J].制造业自动化，2010（05）：225-227.

〔编辑：白洁〕