李明，陳新，龔國慶

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443000）

1 引言

液壓系統(tǒng)的運行普遍存在著壓力沖擊大、系統(tǒng)振動大、溢流熱能大等一系列問題，經(jīng)過對液壓系統(tǒng)特征、運行參數(shù)數(shù)據(jù)和控制運行方式的分析研究，液壓系統(tǒng)的運行壓力曲線的壓力值P 和瞬時變化率，是影響系統(tǒng)壓力沖擊和振動的非常重要的源頭之一，可以作為衡量液壓系統(tǒng)振動沖擊大小的一種數(shù)學模型。目前的液壓系統(tǒng)運行控制主要關(guān)注于動作功能的實現(xiàn)、執(zhí)行機構(gòu)的速度控制和機構(gòu)動作時間的控制等，但如何使液壓系統(tǒng)的運行參數(shù)在溢流壓力內(nèi)，并保持平滑變化，是液壓系統(tǒng)減小壓力沖擊、減小振動，減少溢流發(fā)熱達到節(jié)能目的的一種可行的運行控制方法。

2 液壓系統(tǒng)啟動時的平穩(wěn)控制分析

動力源采用比例變量泵，可以實時進行系統(tǒng)流量控制；控制閥組沿用已有的一系列控制閥件，用于系統(tǒng)的方向、壓力、流量等特征參數(shù)的控制；缸旁閥組沿用已有的保護閥件，用于系統(tǒng)運行的平穩(wěn)和保護壓力等特征參數(shù)的控制；油缸/執(zhí)行機構(gòu)沿用已有的機構(gòu)動作原理，用于液壓系統(tǒng)液壓能向機械能的轉(zhuǎn)換，同時將執(zhí)行機構(gòu)的負載實時反饋于液壓系統(tǒng)。

2.1 目前的液壓系統(tǒng) 大多采用如下控制方式

油泵輸出啟動后，系統(tǒng)電磁溢流閥得電建壓，同時換向閥得電機構(gòu)動作，如圖1。

圖1 現(xiàn)有啟動運行方式

對于動力源為普通的常規(guī)變量泵或者比例泵輸出系數(shù)不合理的液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)油泵輸出流量始終為機構(gòu)最大運行速度Vmax時的流量Qmax，以一段具有彎曲角度質(zhì)量為m 的不銹鋼管中流體為研究對象，在Δt 時間內(nèi)，截面積為A 的流體段液壓沖擊波由截面1 傳至截面2，截面1 由P0升壓至壓力P1，流速為V1，如圖2。

圖2 彎曲管路流體

當系統(tǒng)啟動Δt 時間內(nèi)，P2=0，V2=0，L 段流體的動量增量達到最大值，對管路的沖擊最大。由受力分析，系統(tǒng)啟動時，P2=0，外部沖量為：

同時，Q=Qmax,壓力則沖量增量I 會達到最大值。

這樣的啟動控制方式會造成，系統(tǒng)啟動時，系統(tǒng)啟動時機構(gòu)負載較小，而系統(tǒng)建壓壓力較高，此時系統(tǒng)液壓能較高，換向閥動作時系統(tǒng)壓力根據(jù)負載反饋瞬間降至負載壓力，壓力P 的快速上升和下降導致啟動時有一部分液壓能轉(zhuǎn)化為了液壓系統(tǒng)的沖擊振動機械能，產(chǎn)生的液壓沖擊能量較大，造成系統(tǒng)運行的壓力沖擊等惡劣工況。

2.2 優(yōu)化后的啟動控制方式

考慮到系統(tǒng)有可能出現(xiàn)非正常狀態(tài)，系統(tǒng)的正常運行邏輯要分下列兩種情況。在油缸處增加負載壓力傳感器P，以執(zhí)行機構(gòu)/油缸的實時負載值P負載作為目標值，同時將油缸缸旁平衡閥開啟壓力P平衡閥作為系統(tǒng)正常啟動的最小閾值，如圖3。

圖3 優(yōu)化啟動運行方式

當P負載≥P平衡閥時，系統(tǒng)啟動建壓壓力P ≥P負載后，換向閥得電，機構(gòu)動作；

當P負載＜P平衡閥時，系統(tǒng)啟動建壓壓力P≥P平衡閥后，換向閥得電，機構(gòu)動作；

同時為達到此種動作模式的高響應(yīng)要求，應(yīng)該設(shè)計低流量加速區(qū)域Q加速，保證程序和電磁閥的動作響應(yīng)與各系統(tǒng)的啟動加速流量Q加速相匹配，Q加速的具體數(shù)值應(yīng)以各系統(tǒng)的管路尺寸參數(shù)等為基礎(chǔ)進行試驗調(diào)定。

3 液壓系統(tǒng)運行中的節(jié)能和故障預(yù)警控制分析

油缸或者執(zhí)行機構(gòu)的運行負載是復雜變化的，有可能出現(xiàn)負載突然變大，甚至卡阻等情況，較長時間地處于高溢流壓力運行，不僅對油缸和執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生惡劣的受力工況，還是造成高壓溢流發(fā)熱。通常系統(tǒng)中主要采用壓力繼電器來進行壓力預(yù)警控制，但壓力繼電器的報警數(shù)值的富裕系數(shù)較大，且報警停機造成的系統(tǒng)振動沖擊較大。

如圖4，新的優(yōu)化后運行控制方式采用油缸的負載速度反饋V油缸與系統(tǒng)動力源比例泵的流量供給Q 泵相比較匹配的方法，油缸速度對應(yīng)的動作流量：

圖4 優(yōu)化中間段運行方式

考慮到系統(tǒng)流量Q 檢測與壓力P 檢測具有振蕩和跳動性，數(shù)值的比較邏輯還需引入放大或縮小系數(shù)λ，以保證系統(tǒng)運行控制的穩(wěn)定性。

當Q泵≥，P ≥時，控制動力源比例泵輸出Q泵減小，當出現(xiàn)極限工況卡阻時，控制比例泵Q泵一直減小，直至為0，系統(tǒng)停止運行，λ1、λ2和比例泵減小的幅度由試驗調(diào)定；

當Q泵≥時，控制動力源比例泵輸出Q泵減小，當出現(xiàn)極限工況較大漏油時，控制比例泵Q泵一直減小，直至為0，系統(tǒng)停止運行，λ3、λ4和比例泵減小的幅度由試驗調(diào)定。

此種優(yōu)化運行控制方式能在機構(gòu)卡阻、壓力異常、液壓滲漏等運行故障中起到預(yù)警作用，而且預(yù)警停機時不會造成較大的液壓沖擊振動，有利于系統(tǒng)運行工況的改善。

4 液壓系統(tǒng)停機時的減振控制分析

液壓系統(tǒng)目前的停機運行控制方式為，停機時控制閥組換向閥與系統(tǒng)溢流閥組同時失電，這種動作方式會造成控制閥組和油缸間管路中的高壓、高流速液壓油瞬間停止，實際中在控制閥組和油缸間的高壓困油會產(chǎn)生壓力振蕩，此處油液的液壓能通過溢流產(chǎn)生的熱能和振動沖擊產(chǎn)生的機械能等兩種方式釋放，并且主要轉(zhuǎn)化為振動沖擊產(chǎn)生的機械能，會造成系統(tǒng)管路及閥件的嚴重振動。

通過液壓系統(tǒng)的管路振動的檢測與分析，運行壓力值P 越大，越大，則振動越嚴重。對于大流量、大管徑的液壓系統(tǒng)，此種振動機理越嚴重，此種工況不適用于高壓、頻繁運行的液壓系統(tǒng)。

新的控制方式為系統(tǒng)到位信號停機時，將控制動力源油泵輸出Q泵=0，同時，系統(tǒng)溢流閥組失電泄壓，延時1s～2s 后，然后再控制閥組換向閥失電停機，如圖5。

圖5 優(yōu)化停機運行方式

這樣的控制方式能使系統(tǒng)停機時管路中流體的液壓能通過系統(tǒng)壓力閥處零壓溢流，基本轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)溢流時的熱能，溢流結(jié)束后，管路中的油液壓力P ≈0，油液的液壓能，系統(tǒng)流體沒有產(chǎn)生沖擊振動的液壓能，此種控制方式能極大地減小系統(tǒng)停機時的沖擊振動。

5 結(jié)論

（1）針對三峽升船機液壓系統(tǒng)沖擊振動的特點，找到了系統(tǒng)運行控制方式中造成沖擊振動工況的因素，以及對系統(tǒng)沖擊振動進行控制優(yōu)化的介入點；

（2）針對三峽升船機液壓系統(tǒng)現(xiàn)有器件組成和運行控制方式中不合理的地方，通過理論分析、系統(tǒng)組成重構(gòu)和運行控制方式優(yōu)化策略分析，提出了在系統(tǒng)整個運行過程中的優(yōu)化控制方式，以及其在減振、弱化液壓沖擊等方面能起到的預(yù)期作用，有利于液壓系統(tǒng)運行工況的改善。