液壓控制系統是以電機提供動力基礎,使用液壓泵將機械能轉化為壓力,推動液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向,從而推動液壓缸做出不同行程、不同方向的動作,完成各種設備不同的動作需要。
1)先導型控制系統 換向控制閥的控制形式有直動型(用手柄直接操縱換向閥主閥芯,目前少用)和先導型兩種。後者是用先導閥控制先導油液,再用先導油液控制換向閥的主閥芯,它又分為機液先導型和電液先導型兩類。
2)負荷傳感控制系統 閥控系統實質上是節流式系統。在液壓挖掘機上,目前常用的是一般的三位六通多路閥,其滑閥的微調性能和複合操作性能差。20世紀90年代以來,在液壓挖掘機上開始採用負荷傳感控制系統,其控制閃不論是中位開式方式還是中位閉式方式,都附帶有壓力補償閥。
採用電子控制壓力補償的液壓挖掘機液壓系統與傳統的液壓系統比較,負荷傳感控制系統的主要優點是:
(1)節省能源消耗。普通三位六通換向閥無論採用定量泵還是變量泵,總要有一部分油液經溢流閥溢掉,浪費了能量。而使用負荷傳感變量系統,泵的流量全部用於負載上,泵的壓力僅比負荷壓力大1-3MPa。
(2)流量控制精度高,不受負荷壓力變化的影響。
2016-2021年液壓控制系統行業深度分析及「十三五」發展規劃指導報告顯示,我國液壓測試裝置行業與國外同類企業的差距在硬體方面即產品方面差距並不大,只是國內主機行業在思維上的慣性:中國液壓元件質量不如國外元件質量的思維左右決策。
這是因為目前國產的液壓測試裝置從液壓元件、傳感器、控制主機與器件,數據採集系統與顯示軟體等手全部可以採用進口件,因此國產液壓測試裝置與進口液壓測試裝置的差別實際不大。但是國內主機商往往更青睞進口的液壓測試裝置,重要原因除去上述的思維慣性外,我們國產裝置與進口裝置的差別更明顯在「軟實力」方面:
1、進口裝置的外形造型高國產裝置一籌,試驗裝置往往是企業的「面子」,因此對企業高層而言決策上除去價格因素外,這一點的影響很大。
2、國外液壓裝置的顯示的「界面」更受到主機用戶的歡迎。國外在這一方面的進步較快,更新更符合操作人員的方便和喜愛。
3、國外液壓元件測試裝置供應商的售後服務與改進更負責任,更靠近客戶,有版本的升級。而國內供應商這方面的意識較差,驗收後即萬事大吉很難想到升級改進。這一點公平地說,並不是我國供應商做不到,除去意識之外,對國產裝置的價格「歧視」迫使國內供應商缺後續支承的資金來源。
(3)幾個執行元件可以同步運動或以某種速比運動,且互不干擾。普通三位六通閥系統用的是並聯油路,當幾個執行元件同時動作時,泵輸出的油液首先流向壓力低的執行元件,不能同步。
負荷傳感控制系統包括負荷傳感控制閥和負荷傳感控制泵(或定量泵)。
3)完全負荷傳感控制系統 完全負荷傳感控制系統由負荷傳感控制閥和負荷傳感控制變量泵組成。
上述的負荷傳感控制閥只解決了滑閥的微調性能和複合操作性能,而沒有解決節省能源問題。定量泵和負荷傳感控制閥的系統也沒有節省能源消耗,因為泵所輸出的流量超過執行元件(液壓缸和液壓馬達)所需要的流量時,多餘的油液經壓力補償閥流回油箱(為保持壓差恆定)變為熱能。只有完全負荷傳感控制系統才能解決節省能源問題。
4)帶次級壓力補償閥的負荷傳感系統德國力士樂公司等(包括Atlas公司、Eder公司)在其生產的液壓挖掘機上設置了負荷傳感分流器 LUOV系統,其主要作用是:當多個執行元件同時工作、所需的流量大於液壓泵的流量時,產生供油不足的現象,這不能使正在工作檯的執行元件與負載壓力無關的控制得到保證。LUDV系統能保證在供油不足時所有執行元件的工作速度按正比例下降,以獲得與負載壓力無關的控制。
隨著液壓挖掘機「智能化」程度的提高,各種傳感器、控制器將遍布挖掘機各處,這將導致挖掘機內部充斥各種導線、接頭,使控制系統變得複雜、可靠性降低。
人們在談論工業4.0時,都將其當做一個未來的願景。從純粹自動化技術的角度來看,工業4.0並不是一個迫在眉睫的革命,而是一個演變式的發展過程,現在這個發展過程已經為聯網做好了準備。在當前的液壓運動控制與運動邏輯系統內,博世力士樂已經通過軟體集成了眾多功能,而在以前,這些功能全部是通過液壓機械化的方式進行控制的。流體動力技術的特性自動得到了補償。分散控制系統自主執行各種任務,並通過開放式通訊接口與更高層級的控制系統和主系統進行通訊。
隨著科技的不斷進步,很多企業都在機械設備的革新方面做出了較大的努力,從客觀的角度來說,液壓控制是一個非常重要的環節,很多的技術人員都在這個方面投入了大量的時間和精力,目前最重要的工作就是液壓控制當中的調速問題。部分技術人員提出了以變頻調速替代比例調速,也有一部分的技術人員仍然堅持比例調速,調速問題已經成為了目前的主要問題。嚴格來說,比例調速的應用時間較長,而且在現今的工作中,已經表現出了一定的不足,因此探索液壓控制中變頻調速替代比例調速的可行性,是非常重要的。
2016-2021年液壓控制系統行業深度分析及「十三五」發展規劃指導報告顯示,以我國目前的發展情況來說,機械方面的技術和設備對企業的發展來說,具有決定性的影響。比例調速在長期的應用當中,雖然產生了較大的積極影響,但是在社會需求越來越強烈的今天,比例調速的各方面指標明顯展現出了不足,比方說成本有所上升,效率下降,總體的效果沒有提升等等。相比之下,變頻調速已經在理論上獲得了一定的成功,並且在眾多的試驗當中,展現出了較高的優越性,如果能夠在液壓控制中,將比例調速換成變頻調速,也許會有一個更好的結果。本文就液壓控制中變頻調速替代比例調速的可行性進行一定的分析。
變頻調速在實際的應用並非無跡可尋,在前幾年的工作當中,由於我國的經濟出現了大幅度的增長,因此很多地區的企業開始考慮機械設備的革新,比例調速雖然在很大程度上對液壓控制產生了較大的積極影響,但以目前的社會需求和液壓控制工作量來看,出現了明顯的不足。現對2016年我國液壓控制系統行業技術特點分析。
在液壓控制當中應用變頻調速避免了節流損耗和溢流、泄荷損耗。另一方面,交流變頻調速液壓系統還提高了原動機――異步電機的效率和改善功率因素,這是其他液壓調速方式無法解決的。比例調速在原來的工作當中,並沒有針對性的解決這一問題,隨著時間的流逝,總體的隱患越來越嚴重,部分工作人員甚至在液壓控制當中發現了一些威脅人身安全的隱患。變頻調速的針對性,為液壓控制的安全係數提供了很強的保障。對於節能來說,目前的大部分工作都在提倡節能,能源危機已經對世界的發展構成了很大的威脅,可持續利用與節能成為兩大重點問題。變頻調速從節能的角度出發,完全符合現階段液壓控制工作的要求。
對於液壓控制系統來說,在實際的運行當中,由於調速問題沒有得到較好的解決,因此其壽命和可靠性大大降低,直接影響到了能源的應用。從客觀的角度來說,由變頻調速替代比例調速,能夠在一定程度上提高系統的壽命和可靠性。目前主要是在液壓控制系統當中,採用變頻調速來運作,同時應用可靠性對系統要求較低的定量泵來代替對系統要求高的變量泵,這樣做的好處是,能夠最大限度的避免使用對介質要求高的伺服閥,有效提高了可靠性,並且在長時間的工作當中,浮動較小。除此之外,油泵的轉速與流量成正比,當流量減少的時候,油泵的轉速也變低,通過這種方式,讓能源的利用效率提高,間接實現了節能效果。另一方面,由於節能效果提高,在很大程度上減少了油泵磨損,延長了使用壽命。從以上的表述來看,在液壓控制系統當中,應用變頻調速替代比例調速,具有較高的可行性,並且在節能方面,能夠達到一個較高的水準。
對於液壓控制系統來說,應用變頻調速不僅能夠節能,同時在降耗方面,也獲得了較為突出的成就。首先,在大量的試驗和實踐工作當中,技術人員發現應用變頻調速以後,調速範圍能夠達到1:20,如果在流量較小的時候與節流調速儀器使用,則可達到更寬的調速範圍。由此可見,變頻調速的降耗效果還是比較理想的。由於液壓控制系統在機械設備當中,占有非常重要的地位,因此要想在實際的工作當中,進一步提高降耗效果,還需要進一步努力,目前,變頻調速完全告別了溢流損耗,系統的發熱率大大降低。同時,在沒有較高要求的伺服元件的基礎上,對傳動介質及過濾要求可適當降低。節能與降耗是現階段生產、加工的兩大要求,以上三點充分說明了在液壓控制系統中應用變頻調速具有很高的可行性。