电液控制技术作业.docx

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电液控制技术作业

电液技术应用

摘要电液控制技术是一门涉及航空、航天和军事工程领域和民用工业部门，是连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁。

随着工程技术的发展，采用电液控制系统的装载机越来越多，它具有良好的换挡品质，有效的了保护变速器内的元件，使变速箱寿命得以极大提高，同时整车振动减轻，实现了诸如操纵舒适性、高效、节能安全等多种功能，替代传统变速系统已成为一种趋势。

电液控制变速系统有全自动和半自动之分。

出于实用性及用户等方面考虑，国内各主要装载机厂家则纷纷选用了半自动变速系统，如徐工、柳工、常林等，其中多数选用了德国ＺＦ公司提供的４ＷＧ－２００电液控制半自动变速系统（以下简称电液控制变速系统）。

本文即以德国ＺＦ公司提供的４ＷＧ－２００电液控制变速系统为例，着重分析该系统的构成、工作原理及其性能特点。

关键词装载机电液控制液压系统变速

前言

从上世纪六七十年代以来，电液控制技术已广泛应用于现代工业中,是工业发展水平的重要标志。

现今，电液控制技术已经成为工业机械、工程建设机械及国防极端产品不可或缺的重要手段。

以挖掘机、推土机、振动压路机等为代表的工程机械对国家基础设施建设起到了至关重要的作用，而火炮控制系统、导弹运输车中的电液控制技术则推动了我国国防实力的提升。

电液控制技术在机床加工、交通运输、汽车工业等部门也有非常广阔的应用。

它对我国国民经济的推动作用不可估量。

就所学机械电子工程专业来讲，电液控制技术与其密不可分。

电液控制技术的调控精密度对于机械控制有着重要的意义。

在电子计算机大行其道的今天，将电控、液压与机械紧密结合在一起，才是机械电子工程的发展新方向。

装载机电液控制变速系统

1．装载机液压系统与电液控制技术

1.1装载机的用途介绍

装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。

换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。

在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。

此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。

由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。

1.2装载机所用液压系统在电液控制工程中的类别

电液比例控制技术是近年来发展起来的介于普通开关控制和电液伺服控制之间的电液控制技术，具有可靠、廉价、控制精度高等特点。

本机械变速系统系统正是应用了电液比例技术，电液比例控制技术的优点充分的体现在了变速系统的设计之中。

装载机所用液压系统在电液控制工程中的结构

４ＷＧ－２００电液控制变速系统由动力换挡变速箱（含液力变矩器）以及电液控制系统两大部分构成（见图１）。

液力变矩器采用单极、单相、三元件向心涡轮结构形式，主要由泵轮（Ｂ）、涡轮（Ｔ）、和导轮（Ｄ）组成，变矩器芯为整体式结构，即泵轮与罩轮焊接在一起无法拆卸。

变矩器的输入端与发动机飞轮相连接。

变速箱为定轴式四挡结构——前进四挡、后退三挡。

图２为其内部结构示意图。

变速箱内有六个分布于三根平行轴上的多片湿式摩擦离合器，能在带负荷状态（不切断动力）下接合与脱开。

换挡时相应的离合器摩擦片被受轴向作用的油压所推动的活塞压紧。

离合器摩擦片的脱开是靠复位弹簧的作用力将活塞推回。

电液控制系统可分为液压控制系统和电气控制系统。

液压控制系统主要由吸油滤清器、变速泵、压力油滤清器、电控操纵阀、安全阀及油散热器等组式。

电气控制系统由ＥＳＴ－１７挡位控制器、ＤＷ－３换挡选择器、传感器及连接电缆等组成。

1.3装载机液压系统的工作过程

液压、电气控制系统是电液控制变速中重要的组成部分，其电液控制流程如图３所示。

1.3.1液压控制系统工作原理

用于向变矩器和操纵阀供油的变速泵，经取力轴由发动机直接驱动，由吸油滤清器吸油，泵出的压力油经配有旁通安全阀的压力油滤清器进入电控操纵阀。

压力油经电控操纵阀中的控制压力阀限制其工作压力后分二路，一路经减压阀进入电磁阀作为先导油控制换挡阀；另一路通过调压阀进入挡位离合器。

各挡位离合器由换挡阀控制换挡。

调压阀的作用是在换挡瞬间调节离合器油缸的升压特性，即换挡时油压会瞬时降低，换挡结束后（离合器接合完毕）

油压再恢复到控制压力阀限制的压力，以减小冲击，实现平稳换挡。

控制压力阀在限制系统最高工作油压的同时，将溢出的油送入变矩器及其后的润滑油路，最终回到油底壳，进入下一循环。

为防止变矩器内部油压过高和气蚀，在变矩器的入口处及出口处分别设有安全阀和背压阀。

液压控制系统原理如图４所示。

1.3.2电控系统工作原理

电控系统工作原理如图５所示。

控制器ＥＳＴ－１７由中央处理器ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＥＰＥＲＯＭ、电源单元、Ｉ／Ｏ接口等组成。

根据各传感器（如变速箱输出轴转速传感器）传来的信息，同时对检测到的挡位选择器位置（如Ｒ：

倒挡位置，Ｎ：

空挡位置，Ｄ：

前进挡位置）、强制换低挡开关位置等信息进行运算、判断、处理，控制器会发出控制指令给电磁阀，电磁阀则通过换挡阀控制着相应挡位离合器的接合、脱开，实现换挡，电磁阀的不同组合，产生不同的挡位。

电控系统可实现挂挡启动自动保护功能。

当换挡选择器ＤＷ—３选择“Ｎ”位时，变速箱置空挡，启动保护继电器Ｋ１通电，控制器发出指令，解除启动互锁，允许发动机启动；在变速箱挂挡（非空档）时，Ｋ断电不允许发动机启动，空挡启动能有效保证车辆的启动安全。

同样，当换挡选择器选择“Ｒ”位时，变速箱置倒挡，倒车继电器Ｋ２通电，后退灯亮，倒车蜂鸣器响，实现倒车报警功能。

强制换低挡（ＫＤ挡）功能是此电控变速系统应用于装载机上的一特有功能。

当以Ⅱ挡前进接近料堆时，按下ＫＤ挡按钮，控制器会执行特有的换挡程序——指令速器自动换成Ⅰ挡，增加插入力；装料结束后换挡选择器Ａ２置后退挡位时，装载机将自动从一挡变为二挡后退。

（ＫＤ功能在拨动挡位选择器Ａ２后会被自动解除）。

电控系统亦可通过一外接正极信号（如通过手制动器）实现动力切断功能。

该信号一旦出现（由动力切断开关Ｓ２发出），控制器ＥＳＴ－１７便会发出指令，使变速器置于空挡位置，来自发动机的动力便不再通过变速器输出。

利用此功能可在轮式装载机的铲掘作业时将发动机所有的动力传送至工作液压系统，以提高工作性能，或用于紧急制动。

1.4电液控制变速系统的性能特点

装载机为循环作业机械，装载机换挡操作频繁，采用传统的换挡方式，司机的劳动强度会很大。

而采用电控换挡，操纵力可由３０Ｎ降到６Ｎ，操纵行程从７０ｍｍ左右降到４０ｍｍ左右。

故电控变速系统可改善操纵性，减轻司机操作强度，从而提高了生产率。

（1）该变速系统具有挂挡启动自动保护和倒车报警功能提高了车辆的安全性，减少了因操作失误而带来的损坏和事故。

（2）强制换低挡（ＫＤ挡）功能，使操作程序减化，降低工作强度，从而提高了工作效率。

（3）换挡操纵杆安装在方向盘主柱上或方向盘上。

操纵轻巧方便。

电控换挡省去了空间操纵连杆机构，及其磨损、变形等。

故不需调整、润滑等，保养、维修、安装也很方便。

2．装载机液压系统与机械电子工程的紧密结合

机电一体化是指在机械结构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及其软件结合起来所构成的系统的总称。

随着微电子技术、自动控制技术等逐渐被引入到传统的机械技术中，当今由机电一体化集成系统构成的新型机械正在兴起，其可以在一定程度上提高传统的机械电器产品的性能、功能等，为企业带来巨大经济效益。

2.1装载机液压系统与机电一体化技术

装载机作为此类工程机械类机械的代表，在许多方面都运用了机电一体化技术。

其电控系统就是机电一体化的产物。

具体到伸缩系统中，系统电液比例控制的关键比例控制放大器和比例换向阀都与机电一体化紧密相关。

比例控制放大器可与微机和可编程控制器联接，或受微机和可编程控制器控制，用其遥控比例放大器。

比例控制放大器还可以和传感器、测量放大电路及液压元器件一体化，高度集成以提高性价比，这更体现了其与机电一体化的密切联系。

电液比例换向阀中包含比例电磁铁，而比例电磁铁是电子技术与液压技术的连结环节，因此，比例换向阀更是将机-电-液三者有机联系在一起的重要元器件。

2.2装载机涉及的机电一体化技术

机械技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术。

其中伸缩回路系统及变速系统基本涉及了所有装载机应用的机电一体化技术。

2.3机电一体化涉及技术

机电一体化是一门新兴的综合性跨学科边缘科学，它由机械技术、系统技术、计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术微电子技术、电力电子技术、机械工程等学科相互渗透而成。

3.机械电子工程基本描述

机械电子工程专业俗称机电一体化，是机械工程与自动化的一种，也是最有前途的一种方向。

机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法，计算机软硬件应用能力，能承担各类机电产品和系统的设计、制造、试验和开发工作。

3.1机械电子工程基本属性

通过学习现代机械科学技术、现代测控技术、机电一体化应用技术、计算机应用技术，掌握机械、电子信息和计算机等方面的基础知识及相关理论和方法。

学生毕业后可从事现代机电产品与系统设计、开发、应用及技术管理等工作。

本专业以培养能适应社会需求的计算机测控与仪器领域的高级工程技术人才为目标。

毕业生具备仪器设计制造以及测量与控制方面的基础知识与应用能力，能在测控技术、电子信息技术、自动化仪表、智能设备、计算机应用等方面从事设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。

亦可担任高等院校、研究机构的教学和研究工作。

3.2机械电子工程的地位、研究对象及要解决的问题

机电一体化技术是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，从系统理论出发根据系统功能目标和优化组织结构目标，实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术。

3.3与机械电子工程密切相关的课程

电工与电子技术、机械制图、工程力学、机械设计基础、机械制造基础、液压与气动技术、机械制造技术基础、电气控制与PLC、单片机原理与接口技术、数控原理与维修、机电一体化系统设计、先进制造技术导论、C语言程序设计。

3.4机械电子工程就业方向

机械电子的工程师可在机械和设备制造、电子工程和电子工业等重要领域担任职务，就职于需要使用汽车和航空制造技术、自动化技术、机器人技术、微型和精密仪器技术、印刷和媒体技术、音频视频技术、医疗技术的企业。

机械电子广泛应用于例如感应机器人，自控机床设备，医疗微型器械以及现代化轿车的传动机构。

机械电子的工程师可承担创新、设计、装配、制造、生产和调试的工作，以及系统规划、方案设计、前期工作、质量控制、销售、客户服务、使用培训、咨询和售后服务的职责。

毕业生可到各类机械设计与制造企业、电子及电器企业及其它生产部门、公司、科研与教学部门从事机电品的设计、制造、管理、教学、开发、销售及技术服务等工作。

4.电液控制技术及应用重要性的基本看法

4.1电液控制技术发展历程

液压技术早在公元前240年的古埃及就已经出现。

在第一次工业革命时期，液压技术的到快速发展，在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。

18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。

19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。

第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。

出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。

20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。

这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。

电液伺服作动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。

电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。

在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统（通常是液压伺服马达）来代替人工操作,其次是工程机械。

在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。

电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。

70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。

4.2电液控制技术的两大技术内容概述

电液比例技术内容：

习惯上，人们把使用比例控制组件（含比例阀、比例控制泵及比例放大器）的液压系统称为电液比例控制系统。

严格地说，比例控制是实现组件或系统的被控制量（输出）与控制量（输入或指令）之间线性关系的技术手段，依靠这一手段要保证输出量的大小按确定的比例随着输入量的变化而变化。

电液伺服技术内容：

电液伺服技术是在电液控制技术基础上发展起来的，吸收了一般比例技术与伺服技术的优势，以伺服比例阀为主要部件的控制技术。

电液伺服阀无零位死区，控制精度和响应特性高，输出功率大，但其对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高，结构相对复杂，在军事工业中应用较多。

液压伺服控制系统是以液压动力元件作驱动装置所组成的反馈控制系统。

在这种系统中，输出量（位移、速度、力等）能够自动地、快速而准确地复现输入量的变化规律，与此同时，还对输入信号进行功率放大，因此也是一个功率放大装置。

4.3电液控制技术的类别　

电液控制技术按被控制参数分类分为

（1）位置控制

（2）速度控制（3）加速度控制（4）压力控制（5）力控制（6）其他参数控制。

4.4电液控制技术的应用范围

电液控制技术在工业生产中有着极其广泛的应用，其在工程机械中的应用有：

挖掘机、装载机、推土机、振动压路机等。

在交通运输中的应用有：

汽车吊车、叉车、港口龙门吊、船舶液压舵机等。

在冶金机械中的应用有：

轧机压下控制系统、连铸机、修磨机、钢带跑偏控制系统等。

在兵器工业中的应用有：

火炮控制系统、导弹运输车、导弹发射车等。

在轻工机械中的应用有：

注塑机、打包机、校直机等。

在汽车工业中的应用有：

汽车动力系统、ABS（防抱死控制系统）、油气悬架系统等。

在智能机械中的应用有：

模拟驾驶舱、机器人、折臂式小汽车装卸器等。

在机床工业中的应用有：

加工中心、加工生产线、自动化机床等。

在电力部门的应用有水轮机调速系统等。

4.5电液控制技术的发展趋势

随着机械控制精度、自动化程度、响应速度和传动效率的提高，对液压控制技术提出了越来越高的要求。

虽然液压传动在响应速度、安全性和功率密度方面具有其他传动无可比拟的优点，但在远距离控制、可控性等方面远不如电气传动。

金庸液压控制技术已不能满足机械装备所提出的要求。

因此采用电子技术与液压控制技术相结合的方法，用电子技术强化液压控制技术已成为必然趋势。

总的来说，机电一体化是电液控制技术的发展趋势。

5.学习心得与体会

通过短短几周对《电液控制技术》的认识学习，我接触到了一门新的学科，更深层次的认识了随着新材料、机电一体化、电力电子、计算机、控制理论等各种相关新技术的快速发展，电液控制已经开拓了很广泛的应用领域，能够实现高速、高精度、高稳定度、快速响应、高效节能的运动控制以及电液比例技术和电液伺服控制技术的工作原理和在现实生产中的应用。

在学习的过程中，包括写本论文过程中，遇到不少问题，但通过上网查询和与同学交流，了解了它对现代社会发展的影响及推动作用，虽然课本上的知识很枯燥乏味，但老师的讲课方法很独特，班里大部分同学都是男生，老师列举了很多电液控制技术在现代社会上的应用实例，其中包括其在军事上及现代工业上的应用，让我们了解到我国在此方面与发达国家，如：

美国、日本、德国，还有很大的差距，激发了同学们的兴趣。

《电液控制技术》与《流体传动与控制》密切相关，为我们学习《流体传动与控制》奠定了一定的知识基础，我们也能更好的连通学科与学科之间的桥梁。

此外，本课程的学习也让我加深了对所学专业及就业方向的认识，并且认识到现代人才必须具有创新精神才能得到更大的提高与发展。

参考文献：

[1]刘更新.装载机电液控制变速系统[期刊论文]-徐工研究院，2005

[2]陈波.装载机电液换挡控制系统动力切断功能分析[期刊论文]-柳工机械股份有限公司中央研究院，2010

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