馬兵

（中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731）

我國(guó)對(duì)重工業(yè)的發(fā)展異常重視，在液壓系統(tǒng)的運(yùn)行中，最關(guān)鍵的步驟是利用液壓系統(tǒng)來保持正常運(yùn)行所需的工作壓力。這正如大卡車在上坡過程中，引擎引力與摩擦力促使其向前移動(dòng)，但維持這種動(dòng)力保持卡車不會(huì)向下滑坡，就要平穩(wěn)地控制剎車及油路壓力。保障工程機(jī)械保持穩(wěn)定運(yùn)行的正是液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)工作壓力。如液壓硫化機(jī)的壓力要在硫化周期的全過程保持穩(wěn)定，才能有效對(duì)子午線輪胎硫化保證質(zhì)量，避免輪胎產(chǎn)生氣泡、缺膠或邊緣厚度大等問題。通常液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是指應(yīng)用液壓泵卸載回路及多相液壓泵等系統(tǒng)來保持正常穩(wěn)定的工程機(jī)械運(yùn)行壓力。但是，在實(shí)際液壓系統(tǒng)的運(yùn)行中，液壓系統(tǒng)回路的保壓效果好壞與篩選保壓器件有著必然的聯(lián)系。所以，在實(shí)際的液壓系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)合理挑選保壓器件，并總結(jié)其維持壓力的實(shí)際效果，來合理促進(jìn)液壓系統(tǒng)回路的保壓成效。

1 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)概述

液壓系統(tǒng)在實(shí)際的工程機(jī)械裝置運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，在某些液壓系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)節(jié)中，要維持相應(yīng)的工作壓力才可保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，子午線液壓輪胎硫化機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件的主要?jiǎng)恿碜砸簤合到y(tǒng)，液壓系統(tǒng)也是組成液壓輪胎硫化機(jī)的關(guān)鍵部分，液壓系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、控制精確度、施壓保壓能力等可全面影響硫化機(jī)的整體性能。在設(shè)計(jì)工程機(jī)械設(shè)備中液壓裝置的保壓性能時(shí)，常用的設(shè)計(jì)方案是采用泵卸荷回路及多缸系統(tǒng)組成的缸保壓回路，以完成對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的保壓運(yùn)行。利用分析工程機(jī)械設(shè)備可以看出，液壓系統(tǒng)中回路的保壓效果是由保壓元件的質(zhì)量直接決定的，若保壓元件具有良好的質(zhì)量，回路保壓性能也隨之提升效果。所以，通過對(duì)液壓系統(tǒng)的維護(hù)及設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，可以得出，單向閥、液控單向閥及蓄能器這幾種保壓器件具有良好的保壓效果，工程機(jī)械中液壓系統(tǒng)中可起到促進(jìn)運(yùn)行的作用。液壓系統(tǒng)的功率包括流量及壓力值，液壓閥可分配液壓站的輸出能量并進(jìn)行合理的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)液壓站電機(jī)的輸出能量由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，可為液壓系統(tǒng)提供能量來源，液壓油缸促進(jìn)液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，利用液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整，來合理控制工程機(jī)械的動(dòng)力、節(jié)能及效率等性能。

液壓系統(tǒng)在工作過程中，壓力值通過負(fù)載來決定，系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)外負(fù)荷的能力也會(huì)在一定程度上干擾液壓系統(tǒng)的流量。例如，液壓輪胎硫化機(jī)在進(jìn)行輪胎硫化時(shí)，在硫化技術(shù)最優(yōu)的前提下，需要開合模及加壓缸的運(yùn)動(dòng)及加壓，中心機(jī)構(gòu)上/下回路運(yùn)行、裝/卸胎機(jī)械手起落運(yùn)動(dòng)、活絡(luò)模系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)等的共同協(xié)作。其中開合模等在運(yùn)動(dòng)時(shí)，有著變化的速度和加速度，要在壓力及流量的控制范圍內(nèi)快速、有效地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這也造成了大功率的工程機(jī)械，在持續(xù)運(yùn)行過程中，作業(yè)負(fù)荷逐步提升，這時(shí)液壓控制系統(tǒng)會(huì)按照液壓輪胎硫化機(jī)的所有動(dòng)作順序，提供可滿足相應(yīng)需求的壓力及能量，確保每個(gè)動(dòng)作都可達(dá)成在傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)速，用以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

如今我國(guó)提出節(jié)能減排的政策要求，工業(yè)液壓也隨之朝著節(jié)能減排的方向升級(jí)。而變頻油泵及電液伺服等系統(tǒng)可提供節(jié)能效果，已更多地被銅擠壓、鋁擠壓、塑膠、紡織、化工等各類機(jī)械行業(yè)所應(yīng)用。變頻器一般在開環(huán)控制環(huán)境中工作，而伺服則是閉環(huán)的控制系統(tǒng)。變頻其實(shí)是伺服的一部分，伺服是基于變頻開展的閉環(huán)精確控制來實(shí)現(xiàn)更加完美的運(yùn)行效果。我國(guó)多數(shù)將變頻用在空調(diào)的控制上，有效地節(jié)約了成本，而要實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)能效果及響應(yīng)效果，則會(huì)更多地選擇伺服控制。

2.1 液壓泵流量控制的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

液壓系統(tǒng)具備三大組成元件，即執(zhí)行、控制及動(dòng)力元件，其作用是控制整機(jī)。液壓泵是利用控制液壓泵流量，來達(dá)到控制排量的目的。二次調(diào)節(jié)能量后，液壓泵完成并聯(lián)不同的液壓回路，計(jì)算出絕對(duì)值并顯示數(shù)值，通過這些可以發(fā)現(xiàn)，因液壓產(chǎn)生了波動(dòng)范圍較大的壓力變化，通過控制流量來更改液壓泵排量，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓泵速度的調(diào)節(jié)控制?？刂屏髁靠煞譃楸每丶伴y控兩種控制方法。泵控是對(duì)液壓泵開展斜盤及傾角的調(diào)整，促進(jìn)系統(tǒng)元件的運(yùn)行。閥控是利用并聯(lián)回路的變化，達(dá)到控制系統(tǒng)流量的目標(biāo)，流量余量會(huì)經(jīng)控制閥返回油箱，合理降低無功流量，使液壓閥有效地改變開度，閥芯利用電磁鐵的推行開始移動(dòng)，能夠?qū)⒁簤洪y中電磁鐵的響應(yīng)頻率提升至大約20Hz。這時(shí)，通過調(diào)速形式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)得到良好的流量控制方法。通過操作信號(hào)來控制執(zhí)行裝置的速度，運(yùn)用液壓系統(tǒng)的成本控制及響應(yīng)效率共同維護(hù)的形式，在流量負(fù)載的敏感控制方面達(dá)到最佳效果。

關(guān)于正流量的控制方面，液壓泵及液壓閥在開度方面的操作性控制，可提升液壓系統(tǒng)響應(yīng)的效率。而主閥壓力則與操作信號(hào)以及外負(fù)載等均有聯(lián)系。在沒有良好的快速響應(yīng)性時(shí)，工程機(jī)械會(huì)利用泵控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性能的提升。而對(duì)響應(yīng)速度沒有過高要求的工程機(jī)械，如小型的挖掘機(jī)等，可通過單純的閥控裝置贏得更高的響應(yīng)速度。伺服油泵能于低速狀態(tài)啟動(dòng)，也可以在電液伺服系統(tǒng)中適應(yīng)速度高低、壓力大小、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、快速切換等不同的工況，電液伺服泵更改了我國(guó)長(zhǎng)久以來伺服液壓系統(tǒng)產(chǎn)品依賴日本、德國(guó)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，全面改善了我國(guó)液壓行業(yè)的環(huán)保節(jié)能性能。HES 電液伺服節(jié)能系統(tǒng)具有電液伺服驅(qū)動(dòng)器、高性能專用伺服泵、三相交流永磁同步電機(jī)、壓力傳感器等組成部分。運(yùn)用矢量+弱磁+專用PID 等控制算法，可在工作全過程中準(zhǔn)確控制所需的壓力和流量，避免高壓節(jié)流產(chǎn)生的能源損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的效果，并降低系統(tǒng)內(nèi)的油溫，最高可實(shí)現(xiàn)65%的節(jié)能率，平均可達(dá)30%以上的節(jié)能率。優(yōu)化的機(jī)械液壓系統(tǒng)，通過控制流量的方式，利用液壓閥開度和流量的合理控制，改善液壓系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，泵控提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，而閥控解決系統(tǒng)的效率問題。在精準(zhǔn)性方面，可提升工業(yè)電子泵設(shè)備在運(yùn)行過程中通過電子閉環(huán)控制，來實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械液壓泵控制流量的更精準(zhǔn)的要求。

2.2 液壓系統(tǒng)回路的完善設(shè)計(jì)

（1）優(yōu)化裝煤器具回路。液壓系統(tǒng)自身的裝煤器具回路的主要組成部分為電磁波I 型控制元件的搓蓋運(yùn)轉(zhuǎn)。搓蓋油缸的兩腔在此回路中運(yùn)用電磁換向來控制閥門的I 型控制元件來實(shí)現(xiàn)封閉。但是，液壓系統(tǒng)會(huì)因調(diào)整變向控制的閥門結(jié)構(gòu)而在運(yùn)行中產(chǎn)生較大的誤差，控制閥門間存在較大縫隙，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)達(dá)不到良好的運(yùn)行效果。因此，這種相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)回路的方式并不科學(xué)，只可用于短時(shí)間封閉或者對(duì)封閉沒有嚴(yán)格要求的情形。這時(shí)，雙向液控單向閥在鎖緊回路添加三相機(jī)能電磁的換向閥回路可以作為更好的以錐面為結(jié)構(gòu)的雙向液控單向閥閥芯的密封面，其密封性能及鎖閉效果均較好。所以，在工程、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械中對(duì)鎖緊有更高要求的使用情景中，此類鎖緊回路具有更普遍的應(yīng)用。

（2）改善推焦車的提門回路。從液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)在結(jié)束一次運(yùn)行時(shí)，要通過電磁鐵來充電。但是，接通電磁鐵電源以后，通過單向壓力調(diào)節(jié)閥、三相電磁波變向控制閥門流通至機(jī)油回路系統(tǒng)，來有效提升液壓系統(tǒng)回路的運(yùn)行效率，防止提門液壓泵的壓力超標(biāo)。為避免高壓油的錯(cuò)漏，在電磁鐵進(jìn)行通電時(shí)，要提升電磁鐵的電子運(yùn)動(dòng)，來減少液壓系統(tǒng)的運(yùn)行損耗，達(dá)到（2+3）次提門，促進(jìn)提門油缸運(yùn)行將由三相機(jī)能電磁換向閥1、2 共同供油。為了有效控制提門動(dòng)作，在（2+3）次提門運(yùn)行中，在一次提門減壓閥3 后添加單向液壓鎖8。這樣當(dāng)（2+3）次提門動(dòng)作時(shí)，Y4b 電磁鐵進(jìn)行通電后，液壓系統(tǒng)被單向液壓控制閥門制約，極易產(chǎn)生機(jī)械故障，造成回路利用電磁波變向閥門2、液壓控制閥門、單向回路閥門等使電流進(jìn)入液壓泵。

3 液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)試驗(yàn)

現(xiàn)階段，液壓設(shè)備系統(tǒng)在實(shí)踐操作的整個(gè)過程內(nèi)，不可避免地會(huì)造成各種安全隱患或事故。因此，以液壓系統(tǒng)開展回路試驗(yàn)，確保其安全運(yùn)行，保證蓄能器正常使用，明確其相關(guān)事項(xiàng)及關(guān)鍵點(diǎn)，以確保系統(tǒng)故障得到正確診斷，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行的多重安全保護(hù)設(shè)計(jì)，提升試驗(yàn)水平。

3.1 液壓系統(tǒng)蓄能器使用的相關(guān)事項(xiàng)

蓄能器包括重錘、彈簧及氣體加載等三種類型。重錘式蓄能器通過變化重錘位置來實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)及釋放。重錘是利用柱塞在液壓油上作用而產(chǎn)生壓力。重錘式蓄能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但其容量小、壓力低、體積大、笨重、慣性強(qiáng)、反應(yīng)遲緩，所以常被用在大規(guī)模固定裝置的液壓系統(tǒng)中。彈簧式蓄能器利用彈簧來實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)及釋放。彈簧憑借活塞將壓力施加在液壓系統(tǒng)的元件上，油液系統(tǒng)壓力是由彈簧反彈力及活塞受力面積來決定。此種蓄能器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)靈敏、儲(chǔ)存量小等特點(diǎn)，不建議用于高壓或高循環(huán)頻率的工作場(chǎng)景。氣體加載式蓄能器通過密封氣體的壓縮和膨脹實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)及釋放。氣體通常選擇惰性氣體及氮?dú)?，常見的有活塞、氣囊兩種類型。而氣囊式蓄能器的選擇要按相應(yīng)的規(guī)格制定，也可按照其相應(yīng)的計(jì)算公式，在此不過多贅述，在應(yīng)用中可按實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算獲得結(jié)果。

3.2 液壓系統(tǒng)蓄能器安裝的關(guān)鍵點(diǎn)

蓄能器是儲(chǔ)蓄能量的裝置，在液壓系統(tǒng)中起到不可替代的重要作用，為保障液壓系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，要科學(xué)選取蓄能器的型號(hào)并合理安裝。（1）在安裝蓄能器的時(shí)要正確擺放油口的方向（應(yīng)為向下），安裝方式是垂直安裝。（2）安裝蓄能器的過程中應(yīng)重視位置的擺放，以接近振動(dòng)源頭為佳，用來吸收并緩和脈動(dòng)沖擊，降低振動(dòng)帶來的損失。（3）安裝蓄能器時(shí)，要遠(yuǎn)離系統(tǒng)中的散熱位置。

3.3 液壓系統(tǒng)故障診斷及優(yōu)化

液壓系統(tǒng)通常具有較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，一般是指機(jī)械電子設(shè)備運(yùn)用的集成化運(yùn)行設(shè)施。因此，液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中具備多種煩瑣的故障因素。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的維修和檢測(cè)不同于電氣電子系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的回路管道中機(jī)油及潤(rùn)滑油無法正常流動(dòng)、液壓系統(tǒng)元件密封不嚴(yán)等情況，導(dǎo)致的機(jī)械故障通常無法通過人體感觀來判斷，這造成了液壓系統(tǒng)在維修、保養(yǎng)及改善等方面的工作難度，然而，在液壓系統(tǒng)發(fā)生一般性的問題時(shí)，應(yīng)先確定此液壓系統(tǒng)的全面工作運(yùn)行機(jī)理、元件及內(nèi)部※結(jié)構(gòu)等，再通過故障的外在表現(xiàn)開展合理的分析和深入的研究，來明確系統(tǒng)故障的起因，即常見的“液壓系統(tǒng)故障分析方法”。此方法在應(yīng)用時(shí)對(duì)維修人員的專業(yè)水平要求很高，特別對(duì)于表面沒有體現(xiàn)出問題因素的故障，需要維修工作人員利用自身的豐富經(jīng)驗(yàn)來解決。通?？梢姷囊簤合到y(tǒng)故障分為3 種：（1）液壓系統(tǒng)的溢流控制閥門故障，由于機(jī)械齒輪的磨損造成液壓系統(tǒng)發(fā)生機(jī)油返流，致使液壓系統(tǒng)失壓；（2）液壓系統(tǒng)的壓力控制閥門故障，如果這種故障問題發(fā)生，可能會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失去保壓性能，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)中的電磁壓力控制閥門發(fā)生卡頓情況；（3）液壓系統(tǒng)中回路系統(tǒng)產(chǎn)生油滲漏，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)維持壓力的性能急速下滑，通常采用截堵法來分析具體的故障位置。

4 結(jié)語

在液壓裝置的日常運(yùn)轉(zhuǎn)中，液壓系統(tǒng)中回路保壓的效果好壞及保壓器件的篩選有著相應(yīng)的聯(lián)系。液壓系統(tǒng)具備三大組成元件，即執(zhí)行、控制及動(dòng)力元件，其作用是控制整機(jī)。液壓系統(tǒng)目前已演變?yōu)楣こ虣C(jī)械的支柱系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)具備很多優(yōu)點(diǎn)，包括體積小、易安裝、可控制、響應(yīng)快等。然而，液壓系統(tǒng)也存在明顯的不足之處，主要是性能不穩(wěn)定、耗能多等。我國(guó)現(xiàn)階段的工程機(jī)械發(fā)展處于被動(dòng)局面，應(yīng)從市場(chǎng)、生產(chǎn)、開發(fā)及科技等多方面入手加以改善。利用工程機(jī)械液壓系統(tǒng)開展不間斷的探究及論證，持續(xù)完善設(shè)計(jì)思路，來優(yōu)化改進(jìn)策略，用以提升工程機(jī)械的安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)階段，液壓技術(shù)的迅速發(fā)展及在工程機(jī)械等領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，也隨之為機(jī)械行業(yè)提升了廣闊的發(fā)展空間。所以，液壓系統(tǒng)控制工程機(jī)械具有無數(shù)的原理，需要研究者堅(jiān)持不懈地進(jìn)行研究討論，通過探索和改進(jìn)，以得到最適合的控制原理及方式。