胡中望，宋 豫

(上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 200125)

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機械液壓系統(tǒng)的可靠性設(shè)計探究

胡中望，宋 豫

(上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 200125)

在工程機械巨型化、智能化、模塊化發(fā)展的今天，機械液壓系統(tǒng)已成為工程機械的核心系統(tǒng)，其可靠性和穩(wěn)定性成為制造企業(yè)和設(shè)計單位的關(guān)注焦點，關(guān)系著產(chǎn)品整體的功能性和耐久性。分析了機械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計中應(yīng)注意的控制要點，以可靠性為方向，提出了設(shè)計工作的要點，對提升機械液壓系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性進行研討。

機械液壓系統(tǒng)；可靠性；設(shè)計；港口機械

近年來，港口機械、工程機械中廣泛應(yīng)用機械液壓系統(tǒng)，機械液壓系統(tǒng)采用模塊體系、中控技術(shù)、新材料科技，實現(xiàn)了飛速發(fā)展，不但大大提升了機械液壓系統(tǒng)的功能性，還擴大了機械液壓系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。設(shè)計工作要將注意力集中在如何提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，只有不斷提升機械液壓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，才能發(fā)揮機械液壓系統(tǒng)的價值與作用。要立足提升可靠性，從機械液壓系統(tǒng)的安全和功能方面入手，強化機械液壓系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計工作，做好特殊系統(tǒng)、節(jié)點和功能部件的設(shè)計，以提高機械液壓系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性。

1 機械液壓系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意的控制要點

機械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計要立足于系統(tǒng)的基本架構(gòu)和功能定位，避免設(shè)計產(chǎn)生局限性、片面性，使機械液壓系統(tǒng)具有更為穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)基礎(chǔ)和功能，使整個機械液壓系統(tǒng)更好地適應(yīng)自動化、智能化發(fā)展趨勢。常規(guī)設(shè)計工作中，要做好系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制、動力特性設(shè)計、工作特性覆蓋、波動負荷等相關(guān)工作，這是評價系統(tǒng)設(shè)計水平和質(zhì)量的重要指標。

1.1 做好機械液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制

機械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，設(shè)計中要考慮多泵運行、多回路供油、外部影響等多重因素，強化對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性控制。設(shè)計中要根據(jù)設(shè)定的輸出功率、動力源最大輸出、功率結(jié)構(gòu)性損耗、回路功率利用率等重要參數(shù)，確定機械液壓系統(tǒng)的基本參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)上的控制，有效提升機械液壓系統(tǒng)的實際輸出和轉(zhuǎn)換效率，有效解決機械液壓系統(tǒng)的恒功率缺陷，構(gòu)建機械液壓系統(tǒng)的開放性體系，將通信技術(shù)、計算機技術(shù)融合在系統(tǒng)中，全面優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯控制，提升機械液壓系統(tǒng)的總體穩(wěn)定性與可靠性。

1.2 做好機械液壓系統(tǒng)動力特性設(shè)計

機械液壓系統(tǒng)的動力一般由電動設(shè)備或燃油(氣)設(shè)備提供，必須重點做好系統(tǒng)的動力設(shè)計，特別是原動力的特效控制和設(shè)計工作。設(shè)計人員必須掌握系統(tǒng)的設(shè)計思路與意圖，理解機械液壓系統(tǒng)的動力原理和工作原理，科學(xué)配設(shè)機械液壓系統(tǒng)、動力源裝置、回路等各子系統(tǒng)，全面提升機械液壓系統(tǒng)的動力利用率和安全性，盡量使用成熟結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)提供原動力。動力特性設(shè)計工作還要考慮特殊運行和惡劣運行環(huán)境，有效提升動力設(shè)備對特殊環(huán)境的適應(yīng)力，實現(xiàn)機械液壓系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定和可靠運行。

1.3 做好機械液壓系統(tǒng)工作特性覆蓋設(shè)計

工作特性覆蓋是機械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計的基本部分，要立足于機械液壓系統(tǒng)的最大功率設(shè)計和系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，有效平衡動力源與負載的相關(guān)函數(shù)和參數(shù)，保障機械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，使其適應(yīng)各類工作環(huán)境和條件。機械液壓系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計要充分考慮系統(tǒng)與整個工程產(chǎn)品的生產(chǎn)實際，要研究系統(tǒng)的最大功率和最佳輸出方式，確定機械液壓系統(tǒng)的最佳工作模式，提高工作特性的覆蓋范圍。在具體的常規(guī)設(shè)計中，應(yīng)做好油路、電路、控制回路的設(shè)計，重點強化機械液壓系統(tǒng)工作特性，突出液壓執(zhí)行元件、液壓動力元件、液壓控制元件、傳感器、控制器等主要部件的功能化設(shè)計，有效擴大機械液壓系統(tǒng)的工作覆蓋范圍，實現(xiàn)機械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.4 做好機械液壓系統(tǒng)波動負荷設(shè)計

機械液壓系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計要結(jié)合工程機械工作的實際特點，控制好機械液壓系統(tǒng)超負荷運行、高動能沖擊等帶來的運行壓力，設(shè)計中除了要加強機械液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、動力、功能等關(guān)鍵子系統(tǒng)的工作外，還應(yīng)從機械液壓系統(tǒng)的體系、結(jié)構(gòu)方面入手，內(nèi)外結(jié)合避免波動負荷對機械液壓系統(tǒng)的影響。一方面，要在機械液壓系統(tǒng)的流量、壓力和功率上留有設(shè)計空間，提升系統(tǒng)應(yīng)對特殊情況的能力，有效確保在最大輸出、最大壓力、最大功率條件下，保持機械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面，要在機械液壓系統(tǒng)的動力裝置、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計中，保持一定的冗余量，有效提升機械液壓系統(tǒng)對波動負荷的適應(yīng)性，避免巨大沖擊和超量負荷導(dǎo)致的機械液壓系統(tǒng)損傷、故障。

2 提高系統(tǒng)可靠性的設(shè)計要點

2.1 做好機械液壓系統(tǒng)電液比例閥設(shè)計

機械液壓系統(tǒng)廣泛采用電液比例閥作為控制體系和重要功能的節(jié)點，是機械液壓系統(tǒng)實現(xiàn)精度控制、高速控制、模糊控制的關(guān)鍵。在電液比例閥的系統(tǒng)應(yīng)用和設(shè)計中，要突出電液比例閥的功能穩(wěn)定性和運行可靠性，避免電液比例閥出現(xiàn)信號衰減的問題。在電液比例閥附近，要配置電子信號增大裝置(例如：電子放大器)，以便有效提升電液比例閥輸出信號的強度和穩(wěn)定性。在機械液壓系統(tǒng)電液比例閥設(shè)計中，還要提升閥門電磁開關(guān)的穩(wěn)定性，在長時間運行和特殊電磁環(huán)境中，要穩(wěn)定電流值、電磁通量、電磁力，提升電液比例閥的敏感度，優(yōu)化開關(guān)的斬波頻率，穩(wěn)定閥門的反應(yīng)速度，以提升機械液壓系統(tǒng)整體的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 做好機械液壓系統(tǒng)主油泵設(shè)計

主油泵是機械液壓系統(tǒng)實現(xiàn)功能的基本裝置，設(shè)計主油泵時，要確定控制方式、泵體結(jié)構(gòu)方式、油泵工作方式等相關(guān)參數(shù)，以便有效控制出口狀態(tài)、鏈接方式，進而有效確保主油泵的可靠性，實現(xiàn)機械液壓系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定與安全運行。主油泵設(shè)計要確定輔助結(jié)構(gòu)、側(cè)支線路的連接方式和吸油線路，進而穩(wěn)定主油泵的運行狀況，保障主油泵功能的穩(wěn)定性和可靠性，保障機械液壓系統(tǒng)整體運行安全。主油泵設(shè)計要考慮溫度控制，要通過PLC、中控設(shè)備、功能繼電器等保障主油泵的溫度穩(wěn)定，以導(dǎo)油、通電、冷卻等方式實現(xiàn)對主油泵、油液溫度的全面調(diào)節(jié)和控制。主油泵設(shè)計還要考慮空腔吸油產(chǎn)生的油泵運行連續(xù)性和安全性問題，要在主油泵體系中設(shè)置蓄能器、溢流閥、齒輪泵等關(guān)鍵設(shè)備和裝置，全面控制油泵的壓力和流量，防止出現(xiàn)主油泵空腔吸油問題，進而穩(wěn)定主油泵的壓力、排量和溫度，提升機械液壓系統(tǒng)的可靠性。

2.3 做好機械液壓系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制器是機械液壓系統(tǒng)的主要硬件，是實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。在機械液壓系統(tǒng)硬件設(shè)計工作中，應(yīng)結(jié)合控制器的運行狀態(tài)，對信號進行統(tǒng)計處理。控制器是整個機械液壓系統(tǒng)電控部分的關(guān)鍵元件，它直接決定了硬件系統(tǒng)的使用性能。對于內(nèi)部CPU模塊，最好設(shè)置微處理器，降低機械液壓系統(tǒng)的運行功耗，確保其安全性和實用性。同時，控制器必須滿足抗電磁干擾、防震、防水、耐高溫等要求，設(shè)計1個CAN-BUS總線接口、1個模擬量輸出點、3個開關(guān)量輸出點、2個轉(zhuǎn)速輸入點、6個開關(guān)量輸入點和4個模擬輸入點，控制存儲量容量、開關(guān)量最大電流、電位計電源電壓、輸入端頻率范圍和模擬量輸入電壓范圍等。

3 結(jié)語

可靠性是機械液壓系統(tǒng)設(shè)計工作的基本要求，是決定設(shè)計、生產(chǎn)、機械液壓系統(tǒng)使用穩(wěn)定與否的前提。在機械液壓系統(tǒng)設(shè)計中，既要從系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性、功能性出發(fā)，也要從系統(tǒng)外部的可靠性、安全性和連續(xù)性出發(fā)，重點平衡機械液壓系統(tǒng)輸入和輸出、系統(tǒng)和節(jié)點等方面的關(guān)系，做到對系統(tǒng)制造、運行、維護的全面覆蓋，在提升設(shè)計水平的同時，強化機械液壓系統(tǒng)的適應(yīng)能力和工作效率。

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Research on reliability design of mechanical hydraulic system

HU Zhong-wang,SONG Yu

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

During the large-scale,intelligent and modular development of engineering machinery,mechanical hydraulic system has become the core system of engineering machinery. Its reliability and stability have become the focus of manufacturing enterprises and design units,which is related to the function and durability of the product. This paper analyzes the control points that should be paid attention to in conventional design of mechanical hydraulic system,and puts forward the main points to improve reliability and stability of mechanical hydraulic system.

Mechanical hydraulic system; Reliability; Design; Port machinery

2017-01-09

胡中望(1975-)，男，高級工程師，本科。

TH137

A

1674-8646(2017)06-0122-02