Sistema de control de transmisión hidráulica
El control de transmisión hidráulica es un método de control utilizado a menudo en la industria, que utiliza presión hidráulica para completar el proceso de transferencia de energía. Debido a la flexibilidad y conveniencia de los métodos de control de la transmisión hidráulica, el control hidráulico ha recibido amplia atención en la industria. La transmisión hidráulica es una disciplina que estudia el uso de fluido presurizado como medio energético para lograr diversos controles mecánicos y automáticos. La transmisión hidráulica utiliza este componente para formar varios bucles de control y luego combina orgánicamente varios bucles en un sistema de transmisión para completar ciertas funciones de control para completar la transmisión, conversión y control de energía.
En principio, el principio más básico en el que se basa la transmisión hidráulica es el principio de Pascal, es decir, la presión del líquido es la misma en todas partes, de modo que en un sistema equilibrado, la presión que actúa sobre La presión sobre el pistón más pequeño es relativamente pequeña, mientras que la presión sobre el pistón más grande es relativamente grande, lo que mantiene el líquido quieto. Por lo tanto, mediante la transferencia de líquido, se pueden obtener diferentes presiones en diferentes extremos, logrando así el propósito de la conversión. Los gatos hidráulicos que vemos a menudo utilizan este principio para lograr la transmisión de fuerza.
Principios básicos de la transmisión hidráulica
Los componentes necesarios en la transmisión hidráulica incluyen principalmente componentes de potencia, componentes de accionamiento, componentes de control y componentes auxiliares. Entre ellos, los componentes de potencia hidráulica son componentes que generan energía para el sistema hidráulico, incluyendo principalmente varias bombas hidráulicas. El principio de funcionamiento de una bomba hidráulica es el cambio de volumen, por lo que también se la conoce comúnmente como bomba hidráulica volumétrica. Las bombas de engranajes son el tipo más común de bombas hidráulicas, que mueven fluido mediante la rotación de dos engranajes engranados. Otras bombas hidráulicas incluyen bombas de paletas y bombas de pistón. Los aspectos clave a considerar al seleccionar una bomba hidráulica incluyen el consumo de energía, la eficiencia y la reducción de ruido.
El actuador hidráulico es un dispositivo que convierte la energía hidráulica proporcionada por una bomba hidráulica en energía mecánica, e incluye principalmente un cilindro hidráulico y un motor hidráulico. El motor hidráulico es un dispositivo que realiza trabajo opuesto a la bomba hidráulica, es decir, la conversión de energía de la presión hidráulica se llama energía mecánica, realizando así trabajo al mundo exterior.
Los elementos de control hidráulico se utilizan para controlar la dirección del flujo de fluido, los niveles de presión y el control de flujo deseado para cumplir con los requisitos específicos del trabajo. Es precisamente debido a la flexibilidad de los componentes de control hidráulico que los sistemas de control hidráulico pueden completar diferentes actividades. Los componentes de control hidráulico se pueden dividir en válvulas de control de presión, válvulas de control de flujo y válvulas de control direccional según sus usos. Según el modo de operación, se puede dividir en válvula de control manual, modo de control mecánico y válvula de control eléctrica.
Además de los componentes anteriores, el sistema de control hidráulico también requiere componentes auxiliares hidráulicos. Estos componentes incluyen tuberías y accesorios, tanques, filtros, acumuladores y sellos. A través del dispositivo anterior podemos establecer un circuito hidráulico. El llamado circuito hidráulico se refiere al correspondiente circuito de control compuesto por varios dispositivos hidráulicos. Según los diferentes objetivos de control, se pueden diseñar diferentes bucles, como el bucle de control de presión, el bucle de control de velocidad y el bucle de control de trabajo de varios cilindros.
De acuerdo con la estructura y características de la transmisión hidráulica, en el diseño del sistema hidráulico, primero se debe analizar el sistema y luego se debe dibujar el diagrama esquemático del sistema. El diagrama esquemático está representado por la mecánica hidráulica. símbolos. Luego, los componentes hidráulicos se seleccionan mediante cálculo para completar el diseño y depuración del sistema. En este proceso, el dibujo del diagrama esquemático es el más crítico. Determina la calidad del sistema de diseño.
La transmisión hidráulica tiene una gran aplicación, como el sistema hidráulico de apiladores de carga y descarga, como maquinaria de almacenamiento, puede realizar la carga y descarga mecanizada de bolsas textiles, barriles de petróleo y barriles de madera en almacenes modernos. También se puede utilizar en la práctica de producción del sistema hidráulico de trituradora cilíndrica universal. Estos sistemas se caracterizan por su alta potencia, alta eficiencia de producción y buena estabilidad.
Como tecnología ampliamente utilizada, la presión hidráulica tiene amplias perspectivas de desarrollo. Con el mayor desarrollo de las computadoras, los sistemas de control hidráulico se pueden combinar con tecnología de control inteligente, tecnología de control por computadora y otras tecnologías, lo que les permite funcionar en más situaciones y completar las tareas de control esperadas de manera más hábil y flexible.
1. Descripción general
El sistema de accionamiento de desplazamiento es una parte importante de la maquinaria de construcción. En comparación con el sistema de trabajo, el sistema de accionamiento móvil no sólo necesita transmitir más potencia, sino que también requiere que el equipo tenga una mayor eficiencia y una vida útil más larga. También se espera que tenga buenas habilidades en el ajuste de velocidad, velocidad diferencial, cambio de dirección de rotación del eje de salida y transmisión de potencia en la dirección opuesta. Por lo tanto, qué tipo de método de transmisión adoptar y cómo satisfacer mejor las necesidades de diversas transmisiones de maquinaria de construcción siempre han sido problemas que la industria de maquinaria de construcción debe enfrentar.
Especialmente en los últimos años, con el rápido desarrollo de los procesos de construcción de transporte, energía y otras infraestructuras de mi país, la escala de la construcción de edificios y el desarrollo de recursos ha seguido expandiéndose. Si bien la demanda del mercado de maquinaria de construcción ha aumentado significativamente, también enfrenta desafíos planteados por entornos de trabajo más duros y condiciones de trabajo más complejas, lo que ha promovido aún más la investigación en profundidad sobre su sistema de accionamiento móvil.
Este artículo intenta explorar el desarrollo y la regularidad de la tecnología de transmisión hidráulica en el sistema de accionamiento de desplazamiento de maquinaria de ingeniería desde la perspectiva de la composición técnica y las características de rendimiento.
2. Modo de transmisión basado en una única tecnología
Al principio, el sistema de desplazamiento de la maquinaria de construcción utilizaba principalmente transmisión mecánica y transmisión mecánica hidráulica (a excepción de las excavadoras totalmente hidráulicas). Hoy en día, los métodos de transmisión de accionamiento hidráulico y eléctrico también han aparecido en los dispositivos de accionamiento de la maquinaria de construcción, lo que ilustra plenamente el enorme papel que ha desempeñado el desarrollo tecnológico en este campo.
2.1 Transmisión mecánica
El coeficiente de carga promedio de los motores de transmisión mecánica pura es bajo, solo se puede cambiar gradualmente y el método de diseño es limitado. Sin embargo, debido a sus ventajas en cuanto a eficiencia de transmisión en estado estacionario y bajo costo de fabricación, todavía ocupa una posición dominante en vehículos generales de pasajeros y de carga con un rango de velocidad relativamente pequeño y en tractores agrícolas con estrictos requisitos económicos y velocidad de trabajo constante.
2.2 Transmisión hidráulica
El embrague en la transmisión mecánica es reemplazado por el convertidor de par en la transmisión hidráulica, que tiene la capacidad de regular la velocidad de forma continua en secciones. Su ventaja destacada es que tiene una característica de par-velocidad de salida casi hiperbólica y puede hacer coincidir automáticamente la carga con la servotransmisión mecánica trasera para evitar la sobrecarga de la transmisión de potencia. Las características del convertidor de par hidráulico, como alta densidad de potencia, baja tensión de carga y bajo costo de producción en masa, lo hacen ampliamente utilizado en maquinaria de movimiento de tierras de tamaño grande y mediano, maquinaria de elevación y transporte y vehículos de alta velocidad como automóviles y tanques. Sin embargo, su combinación y diseño característicos son limitados, su rango de variación de par es pequeño y su capacidad de frenado dinámico es pobre, lo que lo hace inadecuado para ocasiones que requieren una velocidad estable.
2.3 Transmisión hidráulica
Comparada con la transmisión mecánica. La transmisión hidráulica es más fácil de controlar sus parámetros de movimiento (flujo) y parámetros de potencia (presión), y la transmisión hidráulica tiene mejores características de carga a baja velocidad que la transmisión hidráulica. La transmisión hidráulica ha ganado popularidad en la maquinaria de ingeniería debido a sus destacadas ventajas, como alta eficiencia de transmisión, control constante de la potencia de salida, utilización total de la potencia, estructura simple del sistema, regulación continua de la velocidad de salida, funcionamiento hacia adelante y hacia atrás, rigidez a alta velocidad y facilidad. de movimiento. Se pueden ver rastros de tecnología hidráulica en casi toda la maquinaria y equipo de construcción, y muchos se han convertido en los principales métodos de transmisión y control. El desarrollo del sistema de ajuste variable combinado de regulación de carga límite de circuito cerrado, regulación de velocidad del motor, voltaje constante y potencia constante proporciona amplias perspectivas de desarrollo para la aplicación de la transmisión hidráulica en el sistema de desplazamiento de maquinaria de ingeniería.
En comparación con la transmisión puramente mecánica e hidráulica, las principales ventajas de la transmisión hidráulica son el ajuste conveniente y el diseño flexible. El motor, las ruedas motrices, el mecanismo de trabajo y otros componentes se pueden disponer en posiciones razonables según las necesidades de la maquinaria de construcción. Cuando el motor funciona a cualquier velocidad programada, el sistema de transmisión puede ejercer una mayor tracción. El sistema de transmisión aún puede mantener una alta eficiencia dentro de un amplio rango de velocidades de salida y puede obtener fácilmente varias características de transmisión de potencia optimizadas para adaptarse a diversas condiciones de trabajo. El dispositivo de accionamiento hidráulico de desplazamiento de circuito cerrado de aceite utilizado en maquinaria móvil de alta velocidad puede ajustar la velocidad de forma continua, haciendo que el vehículo arranque suavemente, cambie de velocidad rápidamente y cambie la dirección de marcha sin impacto. Este rendimiento es muy valioso para vehículos que requieren arranques y cambios frecuentes y cambios frecuentes durante la operación. Sin embargo, en comparación con los circuitos abiertos, el diseño, instalación, depuración y mantenimiento de los circuitos cerrados son más difíciles y técnicamente más exigentes.
La combinación de tecnología electrónica y tecnología hidráulica puede realizar fácilmente varios ajustes y controles del sistema hidráulico. La introducción del control por computadora y la aplicación de varios elementos sensores han ampliado enormemente el rango de trabajo de los componentes hidráulicos. Varios parámetros de estado de los vehículos de ingeniería se monitorean a través de sensores, y las instrucciones de control objetivo se emiten a través de cálculos por computadora para realizar el control automático del vehículo dentro de todo el rango de trabajo, de modo que la economía de combustible, la potencia y la productividad del trabajo de la máquina puedan alcanzar valores óptimos. . Por lo tanto, la transmisión hidráulica puede hacer que la maquinaria de ingeniería sea fácilmente inteligente, ahorre energía y sea respetuosa con el medio ambiente, y se ha convertido en la tendencia de desarrollo de la maquinaria de ingeniería actual y futura.
2.4 Propulsión eléctrica
La propulsión eléctrica es un motor de combustión interna que acciona un generador. El generador genera energía eléctrica para impulsar el motor y mover la parte motriz del vehículo. del eje del motor se ajustan mediante un sistema de ajuste electrónico. Tiene la ventaja de un amplio rango de relación de reducción, y el componente de entrada (generador), el componente de salida (motor) y el dispositivo de control se pueden instalar por separado.
La transmisión eléctrica se utilizó por primera vez en los campos de barcos diésel-eléctricos y locomotoras diésel, y luego se expandió a camiones mineros de gran tonelaje y algunas maquinarias de ingeniería de gran tamaño. En los últimos años han aparecido vehículos de elevación y transporte de pequeño y mediano tamaño, como carretillas elevadoras y tractores propulsados por motores diésel. Sin embargo, debido a algunas razones técnicas y económicas, los componentes eléctricos adecuados para maquinaria móvil son mucho menos populares que los componentes para equipos fijos, y el accionamiento eléctrico es sólo una "tecnología del futuro" para la mayoría de las máquinas móviles.
3. Desarrollar tecnología de transmisión compuesta.
Del análisis anterior, se puede ver que el método de transmisión basado en una única tecnología utilizada en el sistema de accionamiento móvil de maquinaria de ingeniería tiene una estructura simple y una transmisión confiable, y es adecuado para algunas ocasiones y ocasiones específicas. campos. En la mayoría de las aplicaciones prácticas, estas tecnologías de transmisión a menudo no existen de forma aislada, sino que se interpenetran y combinan entre sí. Por ejemplo, todos los dispositivos de transmisión hidráulica, hidráulica y eléctrica contienen enlaces de transmisión más o menos mecánicos, y los nuevos dispositivos de transmisión mecánica e hidráulica también están equipados con sistemas de control eléctricos e hidráulicos. En otras palabras, la integración compuesta dirigida puede aprovechar al máximo las ventajas respectivas de varios métodos de transmisión, maximizar sus fortalezas y evitar debilidades, obteniendo así los mejores beneficios integrales. Vale la pena señalar que en esto juegan un papel importante las transmisiones hidráulicas con flexibilidad en el ajuste y alta densidad de potencia.
3.1 Combinación de transmisión hidráulica, mecánica e hidráulica
(1) Modo serie
El modo serie es el modo compuesto más simple y común, es decir, en hidráulica Se establece una transmisión mecánica entre el extremo de salida del motor o dispositivo de transmisión hidráulica y el eje motriz para ampliar el área eficiente de regulación de velocidad y lograr un cambio de velocidad continuo y segmentado. Ha sido muy utilizado en cargadoras, cosechadoras y algunos vehículos especiales. Su desarrollo consiste en instalar la servotransmisión planetaria que puede cambiar la relación de transmisión mientras se conduce directamente hacia las ruedas motrices para lograr una transmisión hidráulica en el lado de las ruedas con una gran relación de transmisión, eliminando así el eje motriz y facilitando el diseño.
(2) Modo paralelo
Es la denominada “transmisión dividida de potencia hidráulico-mecánica”, que puede entenderse como un sistema de transmisión en el que se conectan dispositivos hidráulicos y mecánicos. en paralelo para transmitir el flujo de potencia por separado, es decir, utilizando múltiples diferenciales planetarios de grado de libertad divide la potencia de salida del motor en dos "flujos de potencia", hidráulico y mecánico. Dependiendo de la controlabilidad del flujo de potencia hidráulica, la velocidad de salida total puede. ajustarse infinitamente cuando los dos flujos de energía se vuelvan a unir. Este método combina las ventajas de un buen rendimiento de regulación continua de velocidad de la transmisión hidráulica y una alta eficiencia en estado estable de la transmisión mecánica, y obtiene un dispositivo de transmisión con buen rendimiento de regulación continua de velocidad, alta eficiencia y amplia área de alta eficiencia.
Este tipo de dispositivo de transmisión compuesta se puede dividir en dos tipos según su estructura: el primero es el tipo dividido externo que utiliza un diferencial de engranaje planetario. Los mecanismos de transmisión divididos comunes se pueden dividir en tipo dividido de entrada y dividido de salida. Hay dos formas básicas; la segunda es el tipo de división interna, que utiliza el diferencial entre el rotor y la carcasa de la bomba hidráulica o motor para dividir el flujo.
Este dispositivo de transmisión hidráulica compuesto desarrollado por la empresa japonesa Komatsu se ha utilizado en cargadoras, topadoras y otra maquinaria de construcción. En 2003, las ventas totales de tractores agrícolas equipados con Vario CVT producidos por la empresa alemana Fendt Tractor superaron las 30.000 unidades.
Se puede observar que este nuevo dispositivo de transmisión se está convirtiendo cada vez más en un fuerte competidor para la transmisión hidráulica y la servotransmisión de potencia media y alta.
(3) Modo de tiempo compartido
Para vehículos especiales con diferentes velocidades de trabajo y velocidades de ralentí en condiciones de no trabajo, se utiliza transmisión mecánica tradicional para conducción a alta velocidad y transmisión hidráulica. Se agrega transmisión para conducción a baja velocidad. Bien puede cumplir con los requisitos contradictorios de estas dos condiciones de trabajo. Las transmisiones de tiempo compartido mecánico-hidráulicos se han utilizado ampliamente en dichos vehículos, y esta tecnología también se ha aplicado a vehículos y máquinas que requieren "velocidad lenta", como camiones descongeladores de aviones y trasplantadores de campo.
(4) Modo de posicionamiento
El "dispositivo de accionamiento hidráulico de la rueda" en el que el motor hidráulico se instala directamente en la rueda es un dispositivo de accionamiento hidráulico auxiliar que puede resolver la necesidad de ingeniería. maquinaria para mejorar el rendimiento de tracción, pero no puede adoptar tracción total y es difícil disponer de dispositivos de transmisión mecánica tradicionales. El rendimiento de regulación continua de la velocidad de la transmisión hidráulica permite coordinar y sincronizar las ruedas motrices de diferentes modos de transmisión. En cierto sentido, también puede considerarse como una transmisión dividida de potencia: la potencia de la máquina motriz se distribuye a varios grupos de. ruedas motrices, y después del acoplamiento al suelo, a La fuerza de tracción que impulsa un vehículo a moverse. Actualmente, muchos fabricantes de maquinaria de construcción aplican esta tecnología a maquinaria de construcción con capacidades de conducción autopropulsadas parciales, como niveladoras y raspadores autopropulsados.
3.2 Combinación de accionamientos hidráulicos y eléctricos
Debido al desarrollo de la tecnología moderna, la tecnología electrónica tiene grandes ventajas en la capacidad y velocidad de procesamiento de señales, mientras que los accionamientos hidráulicos y eléctricos tienen sus respectivas ventajas. Cada componente de potencia tiene sus propias ventajas en términos de características. Por lo tanto, además del omnipresente modelo de "nervio electrónico + músculo hidráulico", también hay muchos ejemplos exitosos de los dos en términos de transmisión compuesta de flujo de potencia, como: motores de frecuencia variable o CC con regulación de velocidad y motores de alta eficiencia. Bombas hidráulicas cuantitativas de baja pulsación Fuente de aceite hidráulico de flujo variable, unidad de ejecución electrohidráulica compuesta por bomba eléctrica-cilindro hidráulico integrado o motor hidráulico de alto par y baja velocidad, sistema de accionamiento de vehículos industriales híbridos, etc.
3.3 Sistema de transmisión hidrostática de ajuste secundario
La tecnología de transmisión hidrostática de ajuste secundario realiza la conversión mutua de energía hidráulica y energía mecánica ajustando los componentes hidráulicos. Generalmente su implementación se basa en un sistema de acoplamiento por presión. El componente primario (bomba) y el componente secundario (motor) adoptan un método de acoplamiento de voltaje constante para equilibrar el par de carga ajustando el desplazamiento del motor en tiempo real. En la actualidad, el punto de partida para estudiar la tecnología de transmisión hidrostática de ajuste secundario es recuperar y reutilizar la energía en el proceso de transmisión, configurar racionalmente la estructura general de la transmisión hidrostática desde una perspectiva macro y mejorar las características de control de su sistema de transmisión hidrostática.
Para permitir que los motores hidráulicos y los cilindros hidráulicos alternativos que no tienen capacidades de transmisión continua bidireccional funcionen en la red de presión constante del sistema de regulación secundaria, ha surgido un "transformador hidráulico" que utiliza tecnología de regulación secundaria. ", es similar a un transformador de potencia para satisfacer las diferentes necesidades del usuario en cuanto a presión y flujo del sistema, logrando así igualar la potencia del sistema hidráulico.
En comparación con el sistema de transmisión hidrostática tradicional, el sistema de transmisión hidrostática de ajuste secundario tiene las características de un control más conveniente, puede funcionar en cuatro cuadrantes, puede recuperar y almacenar energía sin cambiar la forma de energía y utiliza un acumulador hidráulico. Para acelerar. Puede mejorar en gran medida la potencia de aceleración y el sistema no tiene pico de presión y otras ventajas. Dado que los componentes primario y secundario se instalan por separado, la fuente de aceite se puede proporcionar a múltiples componentes de energía hidráulica a través de una estación de bombeo, lo que reduce los costos de enfriamiento, los costos de fabricación de equipos y la eficiencia del sistema.
En comparación con la transmisión eléctrica, la transmisión hidrostática de ajuste secundario tiene las ventajas de una respuesta dinámica rápida, alta densidad de potencia, peso ligero y pequeño espacio de instalación.
El sistema de transmisión hidrostática de ajuste secundario tiene muchas ventajas y ha sido ampliamente utilizado en muchos campos. Se ha utilizado con éxito en la industria de la construcción naval, la industria del acero, grandes bancos de pruebas, transmisiones de vehículos y otros campos en el extranjero. Mercedes-Benz ya ha aplicado tecnología de ajuste secundario a la conducción de sistemas de tráfico sin conductor.
4. Conclusión
Desde la década de 1990, la maquinaria de construcción ha entrado en un nuevo período de desarrollo. Con la aplicación generalizada de nuevas tecnologías, constantemente surgen nuevas estructuras y nuevos productos. Con la penetración de la tecnología microelectrónica en la maquinaria de ingeniería, la maquinaria de ingeniería se está desarrollando cada vez más hacia la inteligencia y la mecatrónica, y los requisitos para los dispositivos de accionamiento móvil de la maquinaria de ingeniería también son cada vez mayores. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología hidráulica y la mejora de los componentes hidráulicos, la aplicación de la transmisión hidráulica en los sistemas de transmisión de maquinaria de ingeniería ha avanzado a pasos agigantados, y las ventajas de la transmisión hidráulica se han vuelto cada vez más prominentes. Se cree que con la estrecha integración de la tecnología hidráulica, la tecnología microelectrónica, la tecnología de control por computadora y la tecnología de detección, la tecnología de transmisión hidráulica desempeñará un papel cada vez más importante en el desarrollo de sistemas de accionamiento móvil para maquinaria de construcción.