机械液压控制技术现状与发展趋势

引言

随着科技的发展，电子、计算机等技术在液压系统中的广泛应用，液压系统继续朝着高压、高速、大流量、大功率、静动态特性好的闭式环路发展.在电子技术和智能算法飞速发展的同时，工程机械对节能环保的要求也越来越高，传统的液压控制技术无法满足新时期、新形势下的需求，液压控制技术向电子化、智能化和节能化发展。

1.电子控制技术

传统的机械控制由于机械系统反应时间长、系统不稳定等自身固有缺陷，无法满足现代液压系统快速、精确控制的要求，随着液压技术和电子技术的发展，电子控制将逐渐取代机械控制。电子控制技术有助于提高系统的操作性、安全性、可靠性、承受能力和能源利用率等。

1.1多路阀电液比例先导技术

机械液压负载敏感技术是目前多执行器并联运动系统为降低节流损失普遍采用的技术。但机械液压负载敏感系统中管道液压时间常数对系统动特性有负影响的相移，导致系统动态响应振荡，甚至不稳定，而电液比例先导技术通过与负载敏感技术相结合成为解决该问题的有效措施。多路阀电液比例先导系统的压力用传感器检测和电信号传递，控制比例溢流阀或电液比例泵输出压力。由于电信号处理和传递的快速性，系统的动态特性提高，从而拓宽了负载敏感系统的应用领域。微处理器集成到每一联阀体，可以根据实际负载通过编程的方式改变控制策略达到优良的控制性能和效率，而且通过编程方式实现压力流量可选择控制，实现丰富的控制功能。

采用电液比例技术结合负载补偿、负载敏感技术、抗饱和技术、负流量技术以及负载口独立控制技术是多路阀控制技术发展的重要方向。能够最大限度地节省系统能量，并实现系统的稳定性和快速性。电液负载敏感的负载口独立控制、电液比例多路阀的系统结构设计、分流控制方法以及各执行器之间相互干涉的解耦控制方法成为了多路阀控制的研究热点。

1.2液压泵电子控制技术

由于机械控制反应时间长和控制精度差的问题，通过机械控制液压泵的流量和压力使液压系统达到负载敏感的控制方式已经不能满足液压系统的节能要求，需要采用电子控制液压泵。液压泵电子控制系统将变量泵的压力、流量参数通过电子系统控制，通过电控器处理相关传感器检测到的流量与压力信号，进行诸如恒压、恒流、恒功率以及各种复合控制，在提高变量泵性能、节能、简化系统和提高可靠性等方面，显现出惊人的效果。

2、节能控制技术

随着能源危机的日渐严峻和节能环保法规的不断严格，开展工程机械液压系统的节能研究势在必行。液压系统的节能研究主要体现在液压系统节能、发动机和液压系统匹配控制节能两个方面。

2.1液压系统节能

液压系统节能主要有多路阀和液压泵节能和储能器节能。

（1）多路阀和液压泵节能主要采用变排量技术、电液比例技术、负载敏感技术、抗饱和技术、负流量技术以及上述几种技术的任意组合实现与负载所需能量相匹配的多方式组合控制，从而满足充分利用发动机能量的要求，实现节能。

随着电子控制的不断发展，电液比例控制的智能化，以及液压泵电子控制技术的运用，电子智能控制节能的效果将更加明显。

（2）储能器节能主要通过液压系统中的蓄能器储存多余的液压油，并在需要的时候释放出来供给系统，并起到吸收压力脉动，缓和压力冲击的作用。按回收能量的储存方式的不同可以分为电能储存式和压力储存式。在储存能量释放时，来自蓄能器和发动机的两种不同形式的能量同时传递给液压泵，因此这种节能系统也叫混合动力系统。

以电为储能方式的混合动力系统利用发电机或电机将液压系统中多余的能量、制动时的能量以及卸载时产生的能量转化为电能储存在蓄电池中。

以压力作为储能方式的混合动力系统将回收的能量转换为高压气体储存起来。目前常用的是气体（一般为氮气）膨胀和压缩进行工作的充气式储能器，有活塞式、气囊式和隔膜式三种。

2.2发动机和液压系统匹配控制节能

由于液压系统的液压泵采用直接或间接与发动机相连的方式获取驱动能量，因此如何实现发动机和液压泵之间的最佳匹配以达到和外界负载相适应的目的成为工程机械设计领域的关键问题。根据控制对象的不同，发动机和液压系统匹配控制可分为局部负载时的模式切换控制和基于发动机转速传感的全局功率适应控制。

局部负载时的模式切换控制是在环境改变时主动改变发动机的转速和功率按照多种模式工作，微机根据操纵手柄的指令和工作模式的要求控制调节器和泵的排量，同时控制发动机和泵。这种系统扩充了传统电调节器的概念。

全局功率适应控制是把包括发动机、液压泵、控制阀及并行作业的液压执行元件作为一个整体来考虑。运行时，计算机测控系统实时检测系统工作压力、泵和马达的排量、发动机的转速和节流阀开度等参数，然后按照一定的运行模式管理规则选择运行模式并计算最佳调节参数，对发动机、液压泵和变量马达等进行调节，使其按照最佳的运行模式和调节参数运行。通过工程机械全局功率适应，实现从发动机到液压功率的高效率转化。

3、智能控制技术

该技术集合了通信技术、图像处理技术、计算机技术、先进的液压控制技术等多学科技术，能够对工程机械的工作环境和性能实时监控和控制，提高系统效率和自动化程度，随着计算机技术、网络技术和电液比例控制技术的发展，已经通过计算机控制实现了液压系统的高级控制，改善了控制质量，初步实现了智能控制。

4、结束语

综述了以电子控制技术、节能控制技术和智能控制技术为核心的液压系统的控制技术的研究现状和发展趋势，得出了液压控制技术向电子化、智能化、节能化发展的结论。为更好的研究液压控制技术，使其在工程机械液压控制系统中与时俱进的发挥核心作用指明了方向。