工程机械中运用先进液压控制技术的研究分析

陈锋楠

摘要： 本文主要对先进液压控制的内容进行简单的介绍，然后对先进液压控制技术的特点以及其在工程机械中的具体使用，例如先导技术、负载传感技术以及计算机控制技术进行深入介绍，希望能够促进先进液压控制技术在工程机械中的具体应用，以此保障工程建设的质量。

Abstract： This paper mainly introduces the content of advanced hydraulic control， and then deeply introduces the characteristics of advanced hydraulic control technology and its specific use in construction machinery， such as pilot technology， load sensing technology and computer control technology， hoping to promote the specific application of advanced hydraulic control technology in construction machinery， So as to ensure the quality of project construction.

关键词： 工程机械;先进液压;控制技术

Key words： construction machinery;advanced hydraulic;control technology

中图分类号：TP27                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）05-0070-03

1  液壓控制技术的发展概述

液压控制技术在第一次世界大战以后得到具体应用，刚开始是手工液压控制技术，效率较低，从1920年以后进入快速发展的关键时期。19世纪末20世纪初，液压元件正式进入工业生产的关键时期。1925年威克斯发明了压力平衡式叶片泵，这是近代液压元件工业及液压传动发展的重要基础，并发展到电能液压控制技术。第二次世界大战期间，美国机床逐渐应用液压传动，应用率高达30%。80年代以来，随计算机控制技术及传感技术的不断发展，使得液压技术也获得相应的进步和提升，液压控制技术也逐渐自动化。计算机控制在液压控制系统中应用，使得系统的精准度及可靠性不断提升，逐渐形成智能系统[1]。近年来电机技术的不断发展，液压控制技术在工程机械模拟加载、转速控制以及发动机燃料控制等系统中的应用也更加广泛。随科学不断进步，采取微电子技术等可对液压系统实施自动诊断及调整，促使液压元件朝向集成化及标准化发展，促进液压控制技术水平的不断提升。

2  工程机械液压控制系统分析

解放前，我国只有在压机压机机床中能够应用有限数量的液压元件，我国并无其他液压工业[2]。建国后，受到前苏联的帮助，我国逐步提升液压技术杂姐设备中的应用，经过不懈努力我国液压工业终于发展成为适应机械行业发展的重要产业，从2009年的统计来看，我国液压工业主要企业已经超过600个，液压技术科研院所也达到20个以上，从业人员超过30万人，生产液压元件高达1000万以上，液压工业总值为269亿元，与早期的液压工业相比取得明显进步。

2.1 工程机械液压控制系统特点

首先是速度特性，其速度特性如图1所示。图中：ω-电机转速（弧度/秒）;Q-流量（毫升/秒）;p1-负载（大气压）。

如图1所示，负载变化的同时，该系统速度显示的速度特性为一组平行斜线，并且斜线较陡，这在一定程度上表明系统具有比较良好的硬度特性。从图像上来看，系统速度特性曲线和变量泵-定量马达系统具有一定的相似性，但是变量泵-定量马达系统的速度特性是随着负载变化而变动的，在此假设基础上不会对电动机的转速造成影响，实际应用的过程中，负载变化的同时异步电机转速也发生着相应的改变，而矢量控制变频调速在速度较低时，能够提供力矩补偿以及滑差补偿，待速度传感器时，速度精度需要保持在大于或者0.02%的范围内。因此，本系统的速度特性曲线需要比变量泵-电力马达系统的速度曲线特性更好。

其次是负载特性，按照定量泵的流量方程Q=DW-C1P1，其中D-泵的排量（毫升/弧度）、C2-泵的总的泄露系数（立方米/秒）。

2.2 工程机械液压控制系统关键技术

首先是比例技术以及伺服技术分析，伴随着比例技术以及伺服技术等多样化技术的发展，工程机械操作工作逐渐由复杂变得简单，并且能够在一定程度上促进控制的精准度[3]。尤其是在沥青混凝土摊铺机的使用过程中，想要更加科学的利用此技术进行自动找平，并且借助电液伺服控制技术以及电液笔记控制技术，提升施工的质量。根据推耙机的切深角度以及控制原理，主要是借助对伺服技术的应用，进一步提升对切身精准度的保障。与此同时还需要借助比例阀的开环控制系统展开对推耙角度的科学合理管控，进一步提升工程机械的准确度，增进工程建设的质量。该系统可以在铲刀之上展开对压力传感器的安装，并且充分借助压力传感器的作用，进行负载大小的检测工作。除此之外，还需要充分借助发动机的相关功率，展开对负载大小的合理控制，以此保障铲刀的自由升降，保障其对切身的自主控制。机器人具备的控制能力主要是借助电液控制的手段展开相关的作用，以此完成相应的任务。电液伺服阀控制技术的精准度较高，并且可以实现操作结束后的迅速响应，这样可以科学的进行施工。这种技术的控制效果比较优异，但是缺乏相关的耐污染力度，很容易被影响从而导致损伤。

其次是液压泵的控制技术，此技术在工程机械过程中应用的范围较广，一般使用变量泵对容积的速度进行调控。等到油门的开度保持不变时，系统发动机会根据负载的变化进行转速的改变，但是扭矩的输出并不发生变化[4]。基于此，单泵系统中泵排量和压力的关系呈现反比。双泵系统中的控制形式存在多样性变化的特征。一般来说，挖掘机液压系统主要由功率以及流量进行控制。其中功率控制的形式又被分成功率控制、压力切断控制、功率较差控制和变工控制等多样化的控制形式。这是基于双泵系统中，两个泵的发动机功率保持在50%，并且自主进行工作。但是在正常的使用过程中，会导致二者的功率存在一定的差异，一个功率过大、一个功率过小，影响设备运行。压力切断控制技术能够实现对输出压力数值的控制，一旦发现输出压力大于设置数值时，就会减小泵的流量，并且实现科学管控，反之亦然。功率较差控制主要是将一个泵中的压力有引入到另一个泵的引入过程中，进一步的对功率进行控制，并且解决流量问题。变工控制可以实现和流量控制的高度结合，实现更好的控制作用。

除此之外，先进液压控制技术具备较强的适应能力，可以在许多地理环境中对其技术进行运用。该技术还存在较大的优点，能够进行科学的环保控制，机械操作的过程中不会对周围的环境造成破坏，实现科学的机械作业，有助于和谐发展路线的构建。机械工程具有多样化、多种类的系统泵，不同系统内液壓泵的数量也存在一定的区别，实际应用过程中也具有多样化的特征。双泵系统中存在多样化的控制形成，较为广泛的控制措施为功率控制和流量控制两种。功率控制主要包括功率交叉、分功率、压力切断、变功率和总功率的内容。功率交叉控制能够让双泵输出较大的功率，这样可以实现对产生功率的群面应用，能够在一定程度上改善两泵中出现的流量问题。分功率控制的手段主要是两泵各自占据发动机功率的一半，两者相互独立不会产生什么危害，但是上述问题很可能导致两泵之间的功率失衡。压力切断控制能够在输出压力超过额定数值的情况下，对流量进行自动化的调整，并且可以和其他方式结合使用。总工率控制的主要办法时间排量调节作为双泵压力调节的重要手段，但是在量泵排量相似的情况下，单个泵高压流量小的要求无法实现。流量控制系统是在泵轴转速不调整的情况下，科学的控制泵排量的系统。

最后，相关部门在对先进液压控制技术应用以及工程机械制作的过程之中，也需要提升对工程机械工作人员专业技能的认知，在一定程度上对工作人员掌握相关控制技术理论以及实践能力进行指导，并且建设具体的先进液压控制技术应用管理机制。面对先进液压控制技术在具体的应用过程中产生的局限性，有针对性的寻求相关解决措施，利用奖惩机制提升工作人员的工作意识，这样才能够保障工程机械设备的控制人员提升工作积极性，深入投入到工作之中，有助于先进液压控制技术的有效进行，对工程机械控制技术发展有重要的促进作用。

3  工程机械先进液压控制技术的应用研究

3.1 计算机控制技术

在工程机械中计算机主要发挥如下两点作用：控制以及管理，但是值得注意的是这种控制管理仅限于对整机的控制和管理[5]。计算机应用技术的快速发展，推动着计算机控制技术在工程机械中的逐步应用，而对于计算机控制技术而言，影响较大的是其中的硬件环境，计算机控制以及管理受到先进硬件环境的保护。工程机械的电液系统控制面临着比较严峻的非线性问题，在一定程度上影响着描述系统数学模型的建立，使该项工作产生诸多困难，除此之外，控制方法的选择也受到局限性的影响，仿真智能控制方法的发展与应用，能够科学的应对并解决上述过程中存在的问题。计算机控制技术快速发展的过程之中，有许多新型的智能化控制方法被提出，其中控制效果最为优异的是模糊控制以及神经网络的控制，这两项控制技术的发展较为成熟，一旦面对不准确信息的存在，上述两种智能控制方法的优势也就得以展现。现代化背景下，工程机械控制的研究内容趋于多样化，并且小有成就。总而言之，科学、先进、合理的控制方法能够充分发挥对工程机械控制的作用，并且有助于机械控制系统的构建。

以计算机网络控制系统为例进行分析，其在无限模式下可控制5km，在有限模式下可控制10km，能够对200个油缸实施控制，进而满足常规工程机械要求。此外，其同步控制精准度是±5mm，能够满足工程<10mm的需求，比如，于苏通大桥南主塔墩5600t港吊箱下放工程施工中，提升吊点共12个，采取计算机网络控制系统对各个吊点实施同步控制精准度小于±1mm，达到较高精准度。

3.2 先导控制技术

先导控制技术的本质是通过比较细微的手动操作所产生的控制信号，实现对较大功率的主阀芯的控制，这种操作方式相对来说比较简单和便捷。从现实生活中的应用情况出发，先导控制技术在工程机械中主要根据以下形式展开应用。第一点，方向控制，方向控制的具体实施主要是借助控制油对多路阀的主阀展开控制，这种控制形式的应用范围较广，其中先导阀通常使用的是先导减压阀、双节流阀以及高速开关阀。第二点是排量控制，排量控制主要是利用先导阀产生的控制油对液压泵的变量机构进行科学合理的控制，排量控制的主要目的是使元件速度能够获得简单的调节。除此之外，随动式的先导阀能够对位置进行反馈，与此同时，还可以最大限度的对功率进行扩大，从而减少操作人员的工作压力。上述先导控制形式一般使用手动操作进行控制，同电动控制相比存在一定的弊端，通常来说，手动控制杆的一个手柄只能控制1～2个元件。现代化建设背景下，电子控制技术的使用范围逐渐扩大，工程机械中电子控制技术的应用也更加广泛。市场环境中，电动控制杆的产品也逐步走入群众视野，相关技术也获得提升和发展。使用多样化的方式实现对电动控制杆进行操作，在一定程度上可能会出现与之相关的电气信号驱动电磁阀，对比手动控制杆而言，电动控制杆能够实现对多路阀的操作，提升了操作人员的工作效率，使操作过程变得更加简单。

近年来，先导控制技术的应用更加广泛，以结合磁流变技术实施压力阀先导控制装置相关结构设计为例，可依据先导式压力阀相关原理，其中，阀芯承受的阻尼力=4TπR1l+Δpπ（R12-R2），在公式中，T是磁流变液剪切应力，半径是R1、R2间的环形缝线，Δp是阀芯两端的压力差，进而通过对电磁圈的电流信号给予控制，完成对压力阀的有效压力调节。

3.3 负载传感技术

通常来讲，工程机械的作业对象具有一定的复杂性，其中负载变化也较为明显，这在一定程度上对工程机械手动控制以及电动控制的微动调节产生重要影响，还在一定程度上对多联多路阀的复合操作产生重要影响]。在此背景下，传感技术的应用能够有效解决上述问题，除此之外，还能够在一定程度上实现对溢流阀中溢流量的科学控制，有利于节能工作的具体实现。负载传感技术利用自身的重要优势，已经在工程机械的液压控制中占据了较为重要的地位，并且实现广泛应用。负载传感技术在工程机械中的应用，可以让流量大小免除阀前后的压差控制，进一步促进微动调节稳定性的提升，并且有助于各个执行元件的相互合作。不仅如此，利用压力补偿阀开展对压力变化的科学监控，能够确保在第一时间对变量泵以及变量机构进行调节，进一步实现节能的作用。从具体的应用情况来说，现代化背景下已经有越来越多的液压阀控制系统中应用负载传感控制技术，在一定程上增加着控制的精准度，具有十分重要的现实意义。

某基于特定负载的負载传感控制技术图见图2。

目前，负荷传感技术在液压控制系统中的应用并不少见，以负荷传感技术于某重型平板车液压控制系统中的运用情况为例进行分析，构建转向及悬挂液压控制系统，根据转向公式能够对不同轮胎的具体转角关系进行计算，转向公式具体为，tan α=L1/R，tan γ=L3/（R+H），tan β=L2/R，该系统能够节能，存在高效性，其可控性能也比较高，促使重型平板车液压得到良好控制。

4  结束语

总而言之，先进液压控制技术在工程机械控制中的应用发挥着十分重要的作用，既能够帮助工程机械在施工工作中实现对复杂工作的科学解决，还可以按照不同作业情况的需要进行有针对性的管控，以此满足差异化控制操作的需要，在一定程度上实现准确化的工程机械操作，对操作效率的提升有重要帮助。而在先进液压控制技术应用过程中，需要进行相关的管理工作，才能够切实保障技术水平的提升，从而促进工程机械的稳定发展。

参考文献：

[1] 龚明华，毛华金.先进液压控制技术在工程机械的应用分析[J].河北农机，2021（14）：48-49.

[2]张超，蔡蔚，龙泽链.先进液压控制技术在工程机械中的应用分析[J].广西城镇建设，2021（9）：93-94.

[3]陈其剑.工程机械应用先进液压控制技术[J].中国高新科技，2021（4）：25-26.