探究液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技巧

冉洪濤

摘要：本文針對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中所需考慮的調(diào)速回路設(shè)計(jì)、卸荷方式選取、防沖擊措施、液壓元件配置、油箱溫度控制等問(wèn)題進(jìn)行了大體分析，圍繞建立雙閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)、運(yùn)用回路節(jié)省閥優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通過(guò)仿真分析優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三個(gè)層面，探討了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧的創(chuàng)新應(yīng)用思路，以供參考。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng);雙閉環(huán)調(diào)速;回路節(jié)省閥

0? 引言

通常在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮系統(tǒng)工作壓力、工作流量、裝置自重及其對(duì)摩擦力、慣性力等技術(shù)參數(shù)的影響，在此基礎(chǔ)上依照解讀設(shè)計(jì)要求、完成工況分析、繪制液壓系統(tǒng)原理圖、選取液壓元件、驗(yàn)算系統(tǒng)壓力損失、編制技術(shù)文件等步驟完成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)就其設(shè)計(jì)過(guò)程中所需運(yùn)用的技巧要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1? 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮的問(wèn)題分析

1.1 靈活設(shè)計(jì)調(diào)速回路? 調(diào)速回路作為液壓系統(tǒng)中的基本回路，其調(diào)速功能主要由節(jié)流閥、溢流閥組成的并聯(lián)回路完成，在回路中接入一個(gè)節(jié)流閥、并聯(lián)一個(gè)溢流閥后，在油路阻力增加的情況下，油泵出口壓力隨之增大，當(dāng)壓力大于溢流閥調(diào)定壓力時(shí)，溢流閥自動(dòng)開(kāi)啟并使部分油泵排出的油液流回油缸，導(dǎo)致油缸內(nèi)油量減少、速度下降，以此發(fā)揮調(diào)速作用。

1.2 合理選取卸荷方式? 通常選取溢流閥先導(dǎo)油路作為卸荷回路，當(dāng)油路中一電磁閥勵(lì)磁時(shí)，將通過(guò)電磁閥將平衡活塞式溢流閥先導(dǎo)油室中的壓力油泄入油箱中，受主油路壓力的影響導(dǎo)致溢流閥主閥抬起，令油泵排出的油液流回油箱，以此使油泵卸荷。在系統(tǒng)卸荷時(shí)需注重合理選擇液壓元件與油路，以某單泵多缸串聯(lián)系統(tǒng)為例，倘若選取中位M型機(jī)能閥芯卸荷，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中換向閥與管路壓力降低，無(wú)法真正起到卸荷作用，并且易引發(fā)換向沖擊等干擾問(wèn)題;倘若采用溢流閥先導(dǎo)油路承擔(dān)卸荷功能，在換向閥回到中位的情況下，將使溢流閥開(kāi)啟，完成油泵低壓卸荷，且卸荷效果較好，適用于同一個(gè)油泵為多個(gè)執(zhí)行元件供油的液壓系統(tǒng)，如掘進(jìn)機(jī)等[1]。

1.3 減少油缸液壓沖擊? 液壓沖擊是引發(fā)液壓裝置故障的常見(jiàn)原因之一，主要由換向閥、油缸、油馬達(dá)與管路中啟停、負(fù)載或速度發(fā)生急劇變化造成。針對(duì)換向閥的液壓沖擊問(wèn)題，當(dāng)前普遍采用改變滑閥結(jié)構(gòu)、設(shè)置阻尼元件等解決措施;為解決油缸的液壓沖擊問(wèn)題，一方面可以選取緩沖閥設(shè)置在油缸行程終端位置，另一方面選用2個(gè)小型平衡活塞式溢流閥加裝在油缸口位置，其可調(diào)節(jié)壓力超出操作壓力的5-10%;針對(duì)油馬達(dá)回路的液壓沖擊問(wèn)題，可選取脆弱部位替換撓性軟管，或選用儲(chǔ)能器回路等。

1.4 液壓元件選擇技巧? 在考慮到結(jié)構(gòu)與零件間潤(rùn)滑作用的情況下，多數(shù)液壓元件均存在不同程度的內(nèi)部泄漏問(wèn)題，其泄漏量往往與壓力、粘度存在一定的比例關(guān)系，需保障內(nèi)泄漏斜盤式軸向柱塞泵的斜盤與滑靴、缸體與配溜盤間的靜壓平衡，倘若盲目封堵泄油口，易引發(fā)油泵損壞甚至報(bào)廢問(wèn)題，因此應(yīng)注重結(jié)合不同液壓元件的工作需求合理調(diào)節(jié)內(nèi)泄漏量。同時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)液壓元件技術(shù)參數(shù)指標(biāo)的合理設(shè)置，綜合考慮運(yùn)行條件、使用方法、工作時(shí)長(zhǎng)等指標(biāo)，在技術(shù)參數(shù)指標(biāo)初步計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上增加10-15%，以此提高元件效率。此外，還需基于額定流量進(jìn)行油泵的合理選擇，例如選取內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，需考慮到多種運(yùn)行工況下轉(zhuǎn)速對(duì)流量的影響。

1.5 加強(qiáng)油箱溫度控制? 當(dāng)前多數(shù)液壓設(shè)備的傳動(dòng)介質(zhì)普遍采用石油系液壓油液，需將油箱溫度控制在30-45°C之間。倘若油箱溫度升至55-80°C范圍內(nèi)，需增設(shè)油冷卻器裝置，并縮短換油時(shí)間;倘若循環(huán)溫度較低，則應(yīng)增設(shè)加熱器裝置，保障系統(tǒng)正常啟動(dòng)與運(yùn)行。

2? 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧的創(chuàng)新應(yīng)用探討

2.1 建立雙閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)? 其一是針對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制模式進(jìn)行改進(jìn)，在恒壓控制模式下使速度環(huán)、電流環(huán)構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電流在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中保持上升狀態(tài)，在輸入電壓增大的情況下，將使轉(zhuǎn)速增速減緩，降至最小相限制電壓;在恒流升速狀態(tài)下，電流不斷升速到達(dá)給定值，在此過(guò)程中速度調(diào)節(jié)器保持飽和狀態(tài)，僅需保障電流處于恒定狀態(tài)，即可使系統(tǒng)以恒定加速度上升，并且保障轉(zhuǎn)速、反電動(dòng)勢(shì)呈規(guī)律性升高。基于反電動(dòng)勢(shì)線性漸增規(guī)律，可借助電流環(huán)的電流輸出調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償作用，增強(qiáng)電流的穩(wěn)定性保障。其二是針對(duì)電液壓系統(tǒng)控制流程做出改進(jìn)，首先針對(duì)給定速度曲線進(jìn)行分析，判斷液壓系統(tǒng)壓力是否恒定，隨后利用直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)比例閥，分別執(zhí)行澆筑、拔管等相關(guān)操作，分別執(zhí)行系統(tǒng)相應(yīng)操作，保障電液壓系統(tǒng)的工作效率與運(yùn)行安全[2]。通過(guò)建立雙閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)進(jìn)行液壓系統(tǒng)控制模式的改進(jìn)，可有效提升液壓系統(tǒng)控制效果，保障生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 運(yùn)用回路節(jié)省閥優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)? 以某輸送裝置的液壓系統(tǒng)為例，液壓系統(tǒng)是回路節(jié)省閥的關(guān)鍵載體，基于系統(tǒng)運(yùn)行需求將其回路節(jié)省閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如針對(duì)回路節(jié)省閥的液壓控制裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用邏輯集成控制模式，采用螺紋插裝閥式邏輯滑閥，基于液壓缸運(yùn)行邏輯與節(jié)流閥控制托舉液壓缸，利用二通雙向液動(dòng)邏輯閥控制液壓缸內(nèi)的油液流速與壓力，針對(duì)邏輯閥的閥芯采用雙向移動(dòng)模式設(shè)計(jì)，增設(shè)外控口調(diào)節(jié)設(shè)備補(bǔ)償流量，增強(qiáng)回路節(jié)省閥在液壓缸運(yùn)行狀態(tài)下的控制效果，保障毛管支撐。在托舉液壓缸運(yùn)行時(shí)，應(yīng)注重定期檢查確保油路通暢，回路節(jié)省閥可自動(dòng)監(jiān)控油量、切斷油路，在控制多臺(tái)液壓缸運(yùn)行的基礎(chǔ)上解決資源浪費(fèi)問(wèn)題。同時(shí)，回路節(jié)省閥可用于增強(qiáng)液動(dòng)邏輯閥運(yùn)行過(guò)程中的液動(dòng)力，利用液控單向閥在托舉液壓缸運(yùn)行過(guò)程中控制油路，并運(yùn)用合作邏輯閥發(fā)揮對(duì)液壓缸負(fù)載的調(diào)節(jié)作用，避免影響到其他元件的正常工作，提升液壓系統(tǒng)運(yùn)行效能。

2.3 通過(guò)仿真分析優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)? 通常系統(tǒng)特性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)尺寸等條件均會(huì)影響到元件與系統(tǒng)的使用性能，對(duì)此需結(jié)合實(shí)際使用需求進(jìn)行液壓系統(tǒng)的仿真分析，綜合運(yùn)用碰撞檢測(cè)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，更好地提升液壓系統(tǒng)性能。以某滑移裝載機(jī)工作液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的動(dòng)臂控制回路中先導(dǎo)閥對(duì)應(yīng)的操縱手臂的空行程過(guò)大，導(dǎo)致其控制精度下降。將系統(tǒng)與元件的工作原理、樣機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)作為參考指標(biāo)，基于發(fā)動(dòng)機(jī)2400r/min轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明先導(dǎo)閥對(duì)應(yīng)控制多路閥的線性調(diào)速區(qū)間為2-5.2mm、在總行程中占比42.2%，空行程為2mm、在總行程中占比26.4%，導(dǎo)致其利用率較低。對(duì)此選擇分別更換先導(dǎo)閥控制彈簧與多路閥復(fù)位彈簧，選取較小剛度的彈簧作為先導(dǎo)閥控制彈簧、增大預(yù)緊力，選用較大剛度的彈簧作為多路閥復(fù)位彈簧、減小預(yù)緊力，調(diào)節(jié)動(dòng)臂聯(lián)閥芯尺寸，完成中位閥口圓弧半徑、閥口長(zhǎng)度和深度、開(kāi)口量等參數(shù)的調(diào)節(jié)，并再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)其利用率得到有效提升，借此進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的樣機(jī)的操縱性、微控性呈顯著提升[3]。

再以某液壓三位四通換向閥系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，其滑閥閥口采用4個(gè)單級(jí)V型截流槽，液壓回路的流量與流通面積間成比例。在液壓滑向閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，通過(guò)求取多變量無(wú)約束函數(shù)最小值調(diào)整彈簧剛度、油缸缸徑、油液粘度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，在將調(diào)整后的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，可發(fā)現(xiàn)其實(shí)際滑閥流通面積得到顯著改善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓元件與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效優(yōu)化，提升了原系統(tǒng)中液壓換向閥的使用性能，有效削弱成本風(fēng)險(xiǎn)、提升液壓系統(tǒng)運(yùn)行效能。通過(guò)利用仿真分析實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠保障高效、準(zhǔn)確完成液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，配合虛擬實(shí)驗(yàn)完成故障分析，進(jìn)一步提升液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，為系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性提供保障。

3? 結(jié)論

調(diào)速回路的設(shè)計(jì)、卸荷方式的選取、防沖擊措施的使用、液壓元件的熟練選擇、油箱溫度的合理把控均會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生影響，為真正優(yōu)化液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能，還需加強(qiáng)雙閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)、節(jié)能技術(shù)、仿真技術(shù)的合理使用，強(qiáng)化液壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性保障，進(jìn)一步提升液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)：

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