王恩贵 郝长龙
临沂金利液压科技有限公司
【摘要】在挖掘机工作用液压油管工作当中，在日常工作中承受着高温和高压，如果油管发生破裂，将会直接影响到生产工作，引发严重的经济损失。因此在使用油管之前，需要自动控制设计油管静水压装置，平衡密封头两端压力。本文论述了油管静水压装置的自动控制设计，保障挖掘机工作用液压油管的稳定性。
关键词：油管；静水压装置；自动化控制设计
工程机械涉及到各种油管，因此油管质量关系到最终工作质量。油管长期处于高温高压的工作状态，如果发生了破裂等问题需要理解维修，但是整体维修工作比较复杂，需要停机更换油管。在投入使用油管之前，需要进行试压工作，落实油管静水压装置的自动控制设计工作，满足油管检测效果，促进我国工程机械可持续发展。
一、液压控制系统数学建模
（一）电液换向阀
在液压系统当中，需要利用换向阀执行定向泵换油，换向阀的阀芯和阀体之间进行相对运动，控制变换阀的油流方向和截断油路方向。根据阀芯位置改变工作的操作方式，划分换向阀为手动和机动以及液动等类型。【1】
电液换向阀主要包括电磁阀和液动阀，电液阀决定具体位数，结合工程工作要求，利用电液阀控制工作非常方便，可以实现远程控制工作，可以实现大容量负载运行，为了精确的定位液控单向阀，减少活塞在主油缸的运动距离，油管静水压装置利用Y型电液换向阀，换向阀处于中位，联通油缸两端和油箱，立刻关闭液控单向阀，同时立即停止活塞运动，可以达到嵌位目标。工作人员可以结合工程压力关系，建立电液换向阀的模型。在建立时域动态模型的过程中需要综合考虑加压工作的系统惯性。
（二）增压缸
增压缸结构同一个活塞杆中具有不同直径的两个活塞，根据活塞杆受力平衡工作目标，在静态情况中，P1A1=P2A2，因此获取P2=A1/A2·P1。如果低压油P1进入到缸左端，活塞开始向右运动，将高压油P2输出。面积A1和A2具有较大的差距，如果P1相同，将会输出较大值的P2，但是整体输出流量比较小。在反向通油阶段，活塞杆向左移动，实现空回程，无法输出高压油。如果工作要求连续输出高压油，工作人员需要改进活塞和活塞杆的结构，也可以改进二者连接方式，通过控制油路，可以将高压油连续输出。【2】
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增压缸
如果一般泵无法满足高压系统的要求，例如系统压力达到32MPa，就需要利用增压缸。系统局部压力比较大，或者系统需要间歇性的高压，也需要利用增压缸。此外利用增压缸可以转化不同介质的压力。
因为增压缸主要负载是水，在加高压的阶段，可以将液体压缩视为弹簧机构，因此需要考虑负载质量，因为油管中的水没有发生位移，因此也可以忽视负载阻尼系数，当负载质量和负载阻尼系数为0，可以简化原传递函数。
如果液体介质中含有空气，液压系统中管道具备弹性，可以不断降低油液体积模量值，因此液体体积模量就是所谓的当量体积模量，利用液压系统的实测法可以获取当量体积模量，如果实测条件不明确，可以用经验值计算数据。
（三）电液比例溢流阀
电液比例溢流阀根据输入电流信号，有效控制液压系统的压力。以常规溢流阀为基础，利用直流比例电磁铁代替手动调节的螺丝。构建电液比例控制系统，可以根据比例连续性控制执行机构的实际速度和方向，避免出现液压冲击问题。工作人员需要结合使用器件的响应曲线，实现非线性回归建模，也可以利用MATLAB多项式拟合方法，构建器件数学模型。
（四）主油缸
驱动液压传动和控制系统的各种机械，主要是利用油缸和油马达。油缸负责驱动行程较短的机构，可以实现往复直线运动和复偏摆运动，因此输入特定推力和速度。油缸具有简单的机构，实际工作具有可靠性。在控制系统和各类工程机械等运动过程中利用油缸。工作人员需要结合油管静水压装置油缸工作过程，实现油缸建模。【3】
如果活塞在主油缸中是静止不动的，在整个工作过程中，活塞后退距离为3mm左右，如果主油缸行程为1.2m，控制量为压力，因为并不是控制量，因此可以忽略不计。再加上水体积具有较小的压缩系数，因此可以确定为不可压缩，因此可以看作主油缸增益为1。
二、控制器设计
（一）工程控制要求
如果试压压力为100MPa，水压属于滞后环节，在实际试压阶段，如果同时在增加油管两端的压力，因为属于滞后环节，在动密封头两端会形成压力差，压力差达到特定值，密封头和主油缸活塞可能会发生损坏，影响到试压效果，降低了整体系统的可靠性，增加机械损害，会因此增加维修费用。因此工作人员需要平衡试压油管两端的压力，保障试压效果。
平衡工程中的压力，指的是互相平衡动密封头左右两端主油缸的压力，保障二者压力差始终在横向压力值以内。
在整个自动控制系统中利用PLC和A/D以及D/A模块，执行数据转化和模数转化等工作需要一定的时间，因此系统运行过程中存在滞后环节，这是因为压力差的影响。因此需要结合控制要求，保障压力控制精度。
（二）选择控制算法
工程控制中常用的控制器算法为PID算法，利用内膜控制器算法等，但是这类算法缺乏鲁棒性，不适用于非线性系统，在今后工作中需要进一步改进。PID算法具有很强的适用性，对于控制对象也没有提出较高的要求，具有良好的鲁棒性，因此可以选择PID算法。【4】
在工业过程控制过程中，普遍利用PID算法，近些年在工程控制工作中推广利用计算机，结合PID算法和计算机，简化整体计算过程，不断推广应用。常见的控制方式调节模拟的PID，设置PID调节，不需要控制系统的数学模型，同时利用PID控制方法可以获得显著的效果，此外PID调节器结构简单，根据被控对象实际情况，实现PID变种，具有显著的适用性和灵活性。在可编程控制器中，数字式PID发挥着重要的作用。
针对整个系统，位置式和增量式控制算法的区别比较小，增量式控制只是适当的改进具体算法，利用计算机输出增量值，降低了误差动作的影响，工作人员可以结合逻辑判断适当的删除。切换手动和自动的过程中产生的冲击比较小，可以实现无扰动的切换，整体计算过程非常方便。但是增量式PID控制算法也存在不足之处，因此在控制精度较高的系统过程中，可以利用位置式PID控制算法，如果系统执行器为电动阀门，可以利用增量式PID控制算法。
结束语：
本文深入分析了油管静水压装置的自动控制设计工作，设计液压平衡自动控制系统，在试压过程中需要平衡液压，利用电液比例溢流阀控制压力，实现机电一体化工作效果。利用建模方式，根据工作参数和工作要求合理优化模型，将系统动态情况准确的反映出来，进一步简化计算工作。
参考文献：
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