梁钻元

（阳江技师学院，广东 阳江 529500）

1 液压机械传动控制系统的工作原理

液压机械传动控制系统主要由四种元件构成：动力元件、执行元件、控制元件以及辅助元件，各种元件具体展开，主要包含了液压泵、液压缸或者液压马达，各种类型的液压阀、油箱、油管、管接头、压力表、过滤器和蓄能器等部分。其中，压力阀可以细分为压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀。压力控制阀主要包括溢流阀、减压阀、顺序阀；方向控制阀包括单向阀和换向阀；流量控制阀则囊括节流阀和调速阀。此外，液压机械传动控制系统的工作介质指各种类型的液压油，因此，在实际运行的过程中，由液压泵来主导操作机器，可以为其提供原始动力[1]，从而发挥原动机的功能，最大程度地将机械能向液体压力能的方向转变。在实际的液压传动中，操作人员可以利用固定形状的液体开展力传递运动，以此实现对能量的高效利用。在两个不同直径的液压缸中放置与内壁紧密贴合的活塞，并且在系统内部管道和控制阀门的作用下，油液可以再次被传送至液压马达的元件上，随后，借助液压马达把液体的压力能转化为可以快速驱动液压机械传动控制系统进行部分运动的机械能[2]。

2 液压机械传动控制系统的优缺点

2.1 液压机械传动控制系统的优点

液压机械传动控制系统和其他传统方式相较而言，虽然传动功率相同，但是液压机械传动控制系统装置的重量较轻且结构紧凑，同时，还可以实现无级变速的控制目标，调速范围大。液压机械传动控制系统中的运动件惯性小，能够频繁且迅速地换向操作，使得传动工作更加平稳，也就意味着液压机械传动控制系统可以更容易地实现缓冲吸振，自动避免过载的情况出现。细节方面，液压传动可以与电气传动有效配合，快速实现动作和操作的自动化，也可以与微电子技术和计算机有机结合，完善各种自动化控制工作流程。而且其内部的原件已经全面实现系统化、通用化和标准化的操作目标，不仅对CAD技术的应用有极大帮助，还可以提高操作人员的工作效率，降低成本[3]。

2.2 液压机械传动控制系统的缺点

第一，液压传动系统采用液体作为传递动力的介质，很难避免泄漏，从而引起效率损失。另外，由于油液不是绝对不可压缩的，油管也会产生弹性变形，所以它不适用于传动比要求很严格的环境。第二，在运行过程中，油液的黏度会随着温度的变化而变化，容易引起工作环境的不稳定，因此在低温和高温情况下都不适合采用液压传动控制系统。第三，控制系统中原材料油液中的污浊物会影响液压元件的正常工作，并加速其磨损，降低液压系统的可靠性，因此需要相关的工作人员定期更换矿物油。第四，由于采用油管传递压力油耗损较大，不适于远距离输送动力，机械传动也不能像电气传动那样对信号进行放大、记忆和逻辑判断等数字运算，所以它同样也不适用于小功率和复杂的控制系统[4]。

3 液压机械传动控制系统在机械设计及制造中的具体应用

3.1 在机床中应用液压机械传动控制系统

目前，机床传动控制系统中有85%都采用了液压传动与控制，如组合机床、剪床、压力机、拉床、刨床以及磨床等。如今设计人员需要考虑的因素是：如何在有限的安装空间内，在机床中安装更多的液压机械传动控制系统的元件。其中创新式的应用手段是在变频液压站内将所有的液压和电气元件集成在最小的空间之中，将油箱容量减少至20 L，在缩小设备尺寸的基础上确保液压油的正常排气，从而延长油液的使用寿命。在Sytronix的基础上对机床机械进行设计与制造，采用一体式的变频机器，使其能够根据当前的需求自动控制电机转速[5]。与恒定动力的输出装置相比，它可以依据机床不同的周期特性，在输出功率保持不变的情况下，将能源需求降低到30%～80%，满足机床行业日益严格的要求。同时，液压机械传动控制系统可以按照机床的需求速度灵活地控制并相应地减少油液的热量输入，从而对油液进行冷却处理。机床设计与制造对我国的零件加工以及机械行业的发展都起到了非常重要的推进作用，但是在应用过程中会出现一些故障问题。因此，要切实提高液压机械传动控制系统在机床中的工作效率就需要做好相关的维护监管工作，一旦发现液压系统或者是整个机床体系存在安全隐患，要及时检修。

例如，在机床液压传动系统的设计过程中，首先要明确液压机械传动控制系统进行能量转换的传动方式。因为液压传动组合机床以油液为主要介质进行能量传递，如液力耦合器和液力变矩器，所以在实际运行过程中，机床液压传动系统需要依靠中心设施，也就是液压泵的作用来推动工作流程顺利运转，同时借助原动机的功能，使得机械能可以顺利地向液体压力能的方向转变，进而实现能量的高效传递。此外，考虑到系统内部管道控制阀门的作用，操作人员可以借助操作台，利用马达液压缸等元件再次完成油液压力能向机械能的转变，由此带动整个系统的回转直线运动或者往复直线运动。但在实际操作过程中应该最大程度地简化机器的结构和质量，这样才能在减少对油液的消耗的同时，提高液压机械控制系统的工作效率以及安全度。

3.2 在机械行动驱动中应用液压机械传动控制系统

在机械行动驱动中采用闭环式的液压机械传动控制系统装置可以充分发挥其无级调速的优点，使得机械行动驱动装置在起步、变速和无冲击的行驶方向中能够自由切换。但是与开放式的回路相比，闭环式的液压驱动方式主要运用于输出力较大的环境，实现在低压驱动条件下比气压驱动速度低的操作目标。考虑到液压机械传动控制系统在机械行动驱动中具体应用的时候，输出率和功率都比较大，能构成完善的伺服机构。所以用电磁阀控制机械行动驱动装置的往复直线运动液压缸是最简单也是最经济的液压驱动装置，也就是上述提及的开放式的回路设计。这种方式可以操作直线液压缸通过受控节流口元件调节油液流量，在装备到达终点的时候实现减速，可以有效控制停止过程。但是大直径液压缸由于体积和原材料等原因，需要投入较多的资金，还需要配备昂贵的液油伺服阀，才能充分发挥它的主要功能。此外，液压机械行动驱动主要由液压缸和液压阀组成，液压缸是中心执行元件，可以将液压能转变为机械能，然后做直线往复运动或者摆动运动。同时，使用液压缸实现液压行动驱动往复运动时可以免去减速装置，并且中间没有传动间隙[6]。

例如，大多数的实际应用中，液压机械行动驱动可以分两种驱动形式：一种是泵直接驱动，另一种是泵—蓄能器驱动。泵直接驱动是由中心泵向内部的液压缸提供高压工作油液，然后配合油液来改变既定的流向，同时配流阀用来调节驱动系统中的最大限定压强指数，从而保障溢流的安全。这种液压机械行动驱动系统的主要特点是：利用简单的结构和较低的压强就能够获取既定的工作力，不仅可以实现灵活增减的操作目标，还可以有效减少电力的消耗。但是液压机械行动驱动机器中的电机容量主要是由液压机的最大工作能力和最高运转速度来决定的，因此，这种驱动形式多用于中小型液压机械行动驱动机器中。泵—蓄能器驱动则需要利用一组蓄能器，当泵将油液提供给中心元件时，可以借助蓄能器将其进行储存，同样，当供给无法满足实际需求的时候，蓄能器也可以将内部储存的高压工作液及时补充到中心元件内部。这种系统可以最大程度地平均油液用量，以此扩充电动机的容量。但是在实际操作过程中，这种驱动形式的电能消耗量较大，同时系统环节较多，操作结构比较复杂，因此，主要用于大型的液压机械中[7]。

在机械行动驱动中应用液压机械传动控制系统的方式主要有两种：一是串联方式，二是并联方式。串联方式是当前发展阶段中较为简单和常见的一种传动方式，主要是在输出端和输入驱动端之间融入液压马达和液压变速器，构建完善的机械式变速装置，在原有速度的基础上进一步扩充机械行动驱动的速度阈值，以此在无级变速应用装置中增加其使用范围，如装载机、联合收获机或者一些特种车辆等。而并联方式可以理解为将液压机和机械行动驱动装置进行并联，使得两股功率进行汇合，直接调节液压机械行动驱动装置的输出转速。

3.3 在数控车床中应用液压机械传动控制系统

在数控车床中应用液压机械传动控制系统主要表现在加工各种轴类、盘类零件，以及车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体等方面[8]。采用液压传动控制系统涉及的原理包括主轴箱液压系统和尾台液压系统两种形式，主轴箱液压系统同时充当了变速箱的换挡及润滑的角色，以便在不通电时保持尾座液压缸处于夹紧状态，使尾台在工作时更加安全可靠。根据数控车床的特点，分设为主轴箱和尾台两个独立的液压系统来选用不同的液压泵及换向阀等元件，使其可以充分满足数控车床不同部件的动作要求，提高其合理性、经济性和实用性。

例如，在数控车床的自动换刀装置中，液压刀塔需要包括壳体，壳体内要有圆柱形腔体，并且壳体前端的腔体口要有轴线与腔体轴线在同一直线上的圆环形固定端齿盘，固定端尺盘与腔体之间要有圆环形液压缸，腔体内要有轴线与腔体轴线在同一直线上的刀盘轴。所以在换刀的时候，先用立式液压刀塔的环形液压缸推动刀盘轴上的环形活塞，使其沿轴向向前运动，带动刀盘轴和刀盘沿轴向向前运动，使刀盘上的活动端齿盘脱离与固定端齿盘的啮合；然后用刀盘轴的旋转驱动装置驱动刀盘轴旋转，让下一加工步骤所用的新刀较为准确地转到工作位置；再用环形液压缸推动刀盘轴上的环形活塞沿轴向向后运动，让刀盘上的活动端齿盘与固定端齿盘恢复啮合，压迫端齿盘，使刀盘精准地定位从而实现换刀[9]。但通过活动端齿盘与固定端齿盘啮合使刀盘定位时容易产生移动的现象。针对这种情况，可以采用一体化结构形式来有效延长液压刀塔的使用寿命。

3.4 在其他方面应用液压机械传动控制系统

近年来，随着信息技术的发展，液压机械传动控制系统与高新技术相结合，在机械设计与制造过程中占据着重要的比例，最为典型的是在高端工程机械中采用较多的高品质液压元件、先进液压系统。所谓的“高端工程机械”，是根据机器和工具的发展特点，在延长电子传感器和控制硬件功能的前提下，契合电子技术的液压控制和液压传动控制系统[10]。由此可见，液压机械传动控制系统已成为现代工程机械设计与制造中的重要核心技术，同时，工程机械的发展趋势也逐渐趋于自动化和智能化，并且在液压机械传动系统的支持下，可以有效提高机械设备的运转效率。

4 结论

在多元化的大背景下，液压机械传动控制系统在机械设计与制造中的广泛运用得益于多种技术的相互契合。他山之石可以攻玉，通过这些技术融合，液压机械传动技术在机床、机械行动驱动以及数控车床等方面都取得了特别明显的进步。尤其是电子信息技术与液压机械传动控制系统的结合，为机械设计与制造业的发展注入了全新的生产理念。