机械设计制造中液压机械控制系统设计

引言

机械液压系统作为一种重要的动力传动装置，在现代工程中得到了广泛的应用。随着系统的长时间运行和复杂的工作环境，机械液压系统往往会出现各种故障，严重影响系统的正常工作。及时发现和解决机械液压系统的故障，对于保障系统的安全运行和延长设备的使用寿命具有重要意义。文章分析了机械液压系统故障的诊断处理技术，帮助工程技术人员有效地解决系统故障问题，提高系统的可靠性和稳定性。

1 机械液压系统概述

广泛应用于工程机械、汽车、航空航天等领域的机械液压系统，是一种重要的动力传递设备，该技术的核心机制在于借助液压系统实现能量的传递与转换。液压泵将设备的机械力量转换成高压液压油，然后借助液压马达或液压缸将高压液压油中的液压能量再次转换为机械力量，进而完成各种机械运动和执行工作任务。系统以高功率密度著称，运行平顺且调控自如，在众多现代工程项目中获得了广泛运用。机械液压系统是由众多关键部件构成，涵盖了变矩器、液压泵、变速器、控制阀以及动力换挡变速阀等，这些部件通力合作，实现了液压传动系统中动力的传输与操作控制。

2 系统总体设计

2.1 油泵与电动机选型

在机械设计制造中，液压机械控制系统油泵与电动机的选型尤为关键。油泵作为液压系统的“心脏”，其排量、压力参数直接影响系统的流量与性能。选型时需根据系统所需的工作压力和流量来确定油泵的类型与规格，考虑到系统对精度和稳定性的高要求，决定选用柱塞泵作为主油泵。柱塞泵因其高压、大流量、变量调节方便等特点，非常适合于此类精密控制系统。在确定柱塞泵规格时，根据工作压力和流量需求，选定一款额定压力为 25MPa、最大流量可达 120L/min 的变量柱塞泵。该泵具备变量调节功能，可根据实际工况灵活调整输出流量和压力。电动机作为油泵的动力源，其选型需与油泵相匹配，确保提供足够的扭矩和转速以驱动油泵工作。选型过程中，需选用一款交流异步电动机，该电动机额定功率为 18.5kW，转速范围覆盖油泵所需转速。该电动机具备良好的过载能力和稳定性，满足长时间连续工作的需求。

2.2 电气系统设计

电气系统设计方面，相关人员采用了先进的 PLC 控制系统。PLC 作为核心控制器，负责接收传感器的信号，并根据预设的逻辑程序对液压泵、液压阀等执行元件进行控制。相关人员还设计了人机交互界面，方便操作人员对系统进行监控和调整。同时，考虑到系统的安全性和可靠性，相关人员在电气系统中设置了多重保护措施，如过载保护、短路保护等，以确保系统在异常情况下能及时切断电源，防止事故发生。

2.3 系统性能评估

系统性能评估从诊断准确率、响应时间和抗干扰能力三个方面展开。诊断准确率测试采用交叉验证方法，重复测试 50 次。平均诊断准确率达 95.8% ，最高单次准确率 98.2% ，标准差 1.2% 。系统响应时间包含数据采集延时 45ms，特征提取耗时 28ms，模型推理时间 36ms，总体响应延时控制在 150ms以内[5]。抗干扰测试在工业现场进行，电磁干扰强度 35dB，机械振动强度 2g 。系统在高温（45℃）、高湿（ RH85% ）、强电磁干扰（50dB）等极端环境下保持稳定运行，故障诊断准确率降幅不超过 2‰ 长期可靠性测试持续运行 3000h，系统正常运行率达到 99.8%₉

3 液压控制系统在机械设计制造中的具体应用

3.1 在机床中的应用

在机床中，液压系统主要负责驱动各种执行机构，如工作台的进给、刀具的夹紧与松开、主轴的变速等动作，实现了机械加工的精确控制和自动化操作。在工作台进给系统中，液压传动通过精确控制油液的流量和压力，确保工作台能够平稳、准确地沿各轴移动，无论是直线运动还是旋转运动，都能达到微米级的定位精度。这不仅提高了加工件的尺寸精度和表面质量，还极大地缩短了加工周期，提升了生产效率。刀具的夹紧与松开机构采用液压系统后，实现了快速响应和高可靠性。通过电磁阀的快速切换，刀具可以在极短的时间内完成更换，减少了换刀时间，同时保证了刀具夹紧力的稳定性和一致性，避免了因夹紧力不足导致的加工误差或刀具脱落事故，增强了加工过程的安全性。在主轴变速控制中，液压系统通过仪表的精确设定与反馈机制，能够灵活调节油液的供给量与压力，从而实现主轴转速的无级变速。这种变速方式不仅平滑稳定，而且能够根据加工材料的不同特性和工艺要求，实时调整至最适宜的转速，有效避免了传统机械变速中的换挡冲击和速度波动，进一步提升了加工质量和刀具的使用寿命。此外，液压系统的应用还简化了主轴变速结构，降低了维护难度和成本，使得机床的整体性能得到了显著提升。

3.2 泄漏检查

针对液压系统的密封面进行全面细致的检查，覆盖范围包括管道、连接点、调控元件以及活塞等关键构件，细致观察，确保无任何油污、液体泄漏或气体释放异常情况，常见的漏泄源头涵盖密封材料老化、管道连接松动、阀门密封面磨损等情况，需迅速识别并对症下药进行补救。在检查环节，我们可以运用一些高科技设备，比如压力测定器、红外荧光染料等，向系统内施加压力，并利用荧光剂进行喷射，能够更清楚地看到漏点的位置，利用压力传感器对管网中的压力波动进行监测，以便精准判定漏洞的位置及泄漏的严重性与扩散范围。在进行泄露检测时，还必须关注液压系统的油箱及密封部件的仔细检查。液压系统中的油箱扮演着储藏液压油和进行净化的关键角色，它的密封效果直接决定了系统运行的可靠性，按时对油箱的封闭状况进行检查，并对油箱周边的脏物及杂质进行清除，能够切实避免泄露现象的出现。

3.3 在磨床中的应用

液压传动控制系统在磨床中的应用不仅提高了磨削加工的精度、稳定性和效率，还实现了加工的自动化和智能化，为现代制造业的高质量发展提供了有力支撑。具体而言，磨床液压传动控制系统主要包括 PLC 控制单元、液压控制器、液压执行器、功能运动机构、仪器仪表等组件构成，各组件协同工作，共同确保磨削过程的精准与高效。在磨床的磨削过程中，液压系统负责驱动砂轮的进给、工件的夹紧与定位以及磨削过程中的微小动作，确保了磨削加工的高精度和稳定性。砂轮的进给系统通过液压传动实现了精确的位置控制。

结束语

机械液压系统故障的诊断处理技术是保障系统正常运行的重要手段。通过观察诊断法、仪器诊断法、元件对换法和定期检查法等方法，可以及时发现和解决系统故障，保障系统的安全运行。然而，对于不同类型的故障，需要综合运用各种技术手段，根据实际情况进行灵活处理。希望本文介绍的机械液压系统故障诊断处理技术能够对工程技术人员的工作有所帮助，提高系统的可靠性和稳定性。

参考文献

[1]熊家亮.液压机械传动控制系统在机械设计及制造中的应用[J].现代制造技术与装备，2024，60（2）：118-120.

[2]董文魁，冀改萍.机械设计制造中液压机械控制系统的应用[J].中国金属通报，2024（4）：113-115.

[3]丁永强，崔广夫.液压传动控制系统在机械设计及制造中的应用分析[J].中国设备工程，2021（19）：110-111.