机械液压系统的可靠性设计探究

胡中望，宋 豫

(上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125)



机械液压系统的可靠性设计探究

胡中望，宋 豫

(上海振华重工(集团)股份有限公司，上海 200125)

在工程机械巨型化、智能化、模块化发展的今天，机械液压系统已成为工程机械的核心系统，其可靠性和稳定性成为制造企业和设计单位的关注焦点，关系着产品整体的功能性和耐久性。分析了机械液压系统常规设计中应注意的控制要点，以可靠性为方向，提出了设计工作的要点，对提升机械液压系统的可靠性、稳定性进行研讨。

机械液压系统；可靠性；设计；港口机械

近年来，港口机械、工程机械中广泛应用机械液压系统，机械液压系统采用模块体系、中控技术、新材料科技，实现了飞速发展，不但大大提升了机械液压系统的功能性，还扩大了机械液压系统的应用范围。设计工作要将注意力集中在如何提高系统的可靠性和稳定性，只有不断提升机械液压系统运行的稳定性，才能发挥机械液压系统的价值与作用。要立足提升可靠性，从机械液压系统的安全和功能方面入手，强化机械液压系统的常规设计工作，做好特殊系统、节点和功能部件的设计，以提高机械液压系统的安全性、稳定性、可靠性。

1 机械液压系统设计中应注意的控制要点

机械液压系统常规设计要立足于系统的基本架构和功能定位，避免设计产生局限性、片面性，使机械液压系统具有更为稳定、可靠的系统基础和功能，使整个机械液压系统更好地适应自动化、智能化发展趋势。常规设计工作中，要做好系统结构控制、动力特性设计、工作特性覆盖、波动负荷等相关工作，这是评价系统设计水平和质量的重要指标。

1.1 做好机械液压系统结构控制

机械液压系统的结构越来越复杂，设计中要考虑多泵运行、多回路供油、外部影响等多重因素，强化对系统的结构性控制。设计中要根据设定的输出功率、动力源最大输出、功率结构性损耗、回路功率利用率等重要参数，确定机械液压系统的基本参数，通过结构上的控制，有效提升机械液压系统的实际输出和转换效率，有效解决机械液压系统的恒功率缺陷，构建机械液压系统的开放性体系，将通信技术、计算机技术融合在系统中，全面优化系统结构，实现对系统结构的逻辑控制，提升机械液压系统的总体稳定性与可靠性。

1.2 做好机械液压系统动力特性设计

机械液压系统的动力一般由电动设备或燃油(气)设备提供，必须重点做好系统的动力设计，特别是原动力的特效控制和设计工作。设计人员必须掌握系统的设计思路与意图，理解机械液压系统的动力原理和工作原理，科学配设机械液压系统、动力源装置、回路等各子系统，全面提升机械液压系统的动力利用率和安全性，尽量使用成熟结构为系统提供原动力。动力特性设计工作还要考虑特殊运行和恶劣运行环境，有效提升动力设备对特殊环境的适应力，实现机械液压系统的连续、稳定和可靠运行。

1.3 做好机械液压系统工作特性覆盖设计

工作特性覆盖是机械液压系统常规设计的基本部分，要立足于机械液压系统的最大功率设计和系统工作的稳定性，有效平衡动力源与负载的相关函数和参数，保障机械液压系统的稳定运行，使其适应各类工作环境和条件。机械液压系统的常规设计要充分考虑系统与整个工程产品的生产实际，要研究系统的最大功率和最佳输出方式，确定机械液压系统的最佳工作模式，提高工作特性的覆盖范围。在具体的常规设计中，应做好油路、电路、控制回路的设计，重点强化机械液压系统工作特性，突出液压执行元件、液压动力元件、液压控制元件、传感器、控制器等主要部件的功能化设计，有效扩大机械液压系统的工作覆盖范围，实现机械液压系统的稳定性和可靠性。

1.4 做好机械液压系统波动负荷设计

机械液压系统常规设计要结合工程机械工作的实际特点，控制好机械液压系统超负荷运行、高动能冲击等带来的运行压力，设计中除了要加强机械液压系统结构、动力、功能等关键子系统的工作外，还应从机械液压系统的体系、结构方面入手，内外结合避免波动负荷对机械液压系统的影响。一方面，要在机械液压系统的流量、压力和功率上留有设计空间，提升系统应对特殊情况的能力，有效确保在最大输出、最大压力、最大功率条件下，保持机械液压系统的稳定性。另一方面，要在机械液压系统的动力装置、液压系统、控制系统的设计中，保持一定的冗余量，有效提升机械液压系统对波动负荷的适应性，避免巨大冲击和超量负荷导致的机械液压系统损伤、故障。

2 提高系统可靠性的设计要点

2.1 做好机械液压系统电液比例阀设计

机械液压系统广泛采用电液比例阀作为控制体系和重要功能的节点，是机械液压系统实现精度控制、高速控制、模糊控制的关键。在电液比例阀的系统应用和设计中，要突出电液比例阀的功能稳定性和运行可靠性，避免电液比例阀出现信号衰减的问题。在电液比例阀附近，要配置电子信号增大装置(例如：电子放大器)，以便有效提升电液比例阀输出信号的强度和稳定性。在机械液压系统电液比例阀设计中，还要提升阀门电磁开关的稳定性，在长时间运行和特殊电磁环境中，要稳定电流值、电磁通量、电磁力，提升电液比例阀的敏感度，优化开关的斩波频率，稳定阀门的反应速度，以提升机械液压系统整体的可靠性和稳定性。

2.2 做好机械液压系统主油泵设计

主油泵是机械液压系统实现功能的基本装置，设计主油泵时，要确定控制方式、泵体结构方式、油泵工作方式等相关参数，以便有效控制出口状态、链接方式，进而有效确保主油泵的可靠性，实现机械液压系统的连续、稳定与安全运行。主油泵设计要确定辅助结构、侧支线路的连接方式和吸油线路，进而稳定主油泵的运行状况，保障主油泵功能的稳定性和可靠性，保障机械液压系统整体运行安全。主油泵设计要考虑温度控制，要通过PLC、中控设备、功能继电器等保障主油泵的温度稳定，以导油、通电、冷却等方式实现对主油泵、油液温度的全面调节和控制。主油泵设计还要考虑空腔吸油产生的油泵运行连续性和安全性问题，要在主油泵体系中设置蓄能器、溢流阀、齿轮泵等关键设备和装置，全面控制油泵的压力和流量，防止出现主油泵空腔吸油问题，进而稳定主油泵的压力、排量和温度，提升机械液压系统的可靠性。

2.3 做好机械液压系统硬件设计

控制器是机械液压系统的主要硬件，是实现系统可靠性的关键。在机械液压系统硬件设计工作中，应结合控制器的运行状态，对信号进行统计处理。控制器是整个机械液压系统电控部分的关键元件，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、耐高温等要求，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，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 结语

可靠性是机械液压系统设计工作的基本要求，是决定设计、生产、机械液压系统使用稳定与否的前提。在机械液压系统设计中，既要从系统内部的稳定性、功能性出发，也要从系统外部的可靠性、安全性和连续性出发，重点平衡机械液压系统输入和输出、系统和节点等方面的关系，做到对系统制造、运行、维护的全面覆盖，在提升设计水平的同时，强化机械液压系统的适应能力和工作效率。

[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.

Research on reliability design of mechanical hydraulic system

HU Zhong-wang,SONG Yu

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

During the large-scale,intelligent and modular development of engineering machinery,mechanical hydraulic system has become the core system of engineering machinery. Its reliability and stability have become the focus of manufacturing enterprises and design units,which is related to the function and durability of the product. This paper analyzes the control points that should be paid attention to in conventional design of mechanical hydraulic system,and puts forward the main points to improve reliability and stability of mechanical hydraulic system.

Mechanical hydraulic system; Reliability; Design; Port machinery

2017-01-09

胡中望(1975-)，男，高级工程师，本科。

TH137

A

1674-8646(2017)06-0122-02