大型油压机液压系统节能分析.pdf

2 0 1 0年 6月 第 3 8卷 第 1 2期 机床与液压 MACHI NE T O0L ＆ HYDRAUL I CS J u n ． 2 0 1 0 V0 1 ． 3 8 No ． 1 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 2 ． 0 2 7 大型油压机液压 系统节能分析 李南 一 ，张静超 1 ．兰州理工大学数 字制造技 术与应用省部共建教育部重点 实验 室，甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ； 2 ．兰州理 工大学机电工程学院，甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 摘要主要从节能方面分析和比较闭式泵控回路与泵 一 充液阀回路的工作原理及特点，结果表明闭式泵控回路在节能 方面具有更大优势，对于大型和超大型油压机来说具有重要的意义。 关键词闭式泵控回路；泵 一充液阀回路；节能 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 1 2 0 7 52 Ana l y s i s o f Ene r g y S a v i ng f o r Hy dr a u l i c S y s t e m o f La r g e Hy dr a ul i c Pr e s s L I N a n 一，Z HANG J i n g c h a o 1 ． K e y L a b o f MO E o f D i g i t a l Ma n u f a c t u r e T e c h n o l o g y a n d A p p l i c a t i o n ，L a n z h o u Un i v e r s i t y o f T e c hn o l o gy ， La n z ho u Ga n s u 73 0 0 5 0， Ch i n a；2 ．Co l l e g e o f Me c h a ni c a l E l e c t r o n i c al E n g i n e e r i n g ，L a n z h o u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy，L a n z h o u G a n s u 7 3 0 0 5 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e w o r k i n g p ri n c i p l e s a n d c h a r a c t e ri s t i c s o f t h e c l o s e d p u mp c o n t r o l l o o p a n d t h e l o o p o f p u mp c o mb i n e d w i t h fl u i d - fi l l e d v a l v e we r e a n a l y z e d a n d c o mp are d f r o m t h e p o i n t o f e n e r g y s a v i n g ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c l o s e d p u mp c o n t r o l l o o p h a s a d v a n t a g e s i n e n e r gy s a v i n g． I t i s s i g ni fic a nt f o r l a r g e a nd s u pe r l a r g e hy d r a u l i c pr e s s ． Ke y wo r d s C l o s e d p u mp c o n t r o l l o o p ； L o o p o f p u mp c o mb i n e d wi t h fl u i d fi l l e d v a l v e ； E n e r g y s a v i n g 随着 国防工业 和重工业 的发展 ，加工大 型甚 至超 大型 自由锻件 的重 型压机的市场需求量 日益增大 。而 对于这类设备来说 ，液压 系统的能量损失是一个很 重 要的问题 ，而泵控液压 系统 由于其 优 良的节能效果被 大型和超大型 的油压机采用 。 目前油压机 的传动方式 主要 分为闭式泵控 、泵 一 蓄能器和泵 一充液 阀控制 3种 。其 中泵控 方式是通过 改变 回路 中变量泵的方 向和排量来 调节执行元件 的运 动方 向和速 度 ，通 常这 种 回路采 用 闭式 容 积 调速 回 路。泵 一 蓄势器传动方式一般是指在液压系统中设置 蓄势器 ，定 量 或恒 压 变量 液压 泵输 出的压 力 液 体通过液压阀驱动液压机动作。泵 一充液阀传动方式 是在油缸上 腔安 装充液阀并连接到上 油 箱中 ，根据 油路 的循环 方式 ，容积调速 回路_u 』 以分为 开式 回路和 闭式 路 。在开式 回路 中，液压泵从油箱 吸油 ，执行 元件 的回油腔直接 与油箱 相连 。闭式 回路 中 ，执行元 件的 回油腔直接与泵 的吸油腔相连 ，结构 紧凑 ，只需 要很小的补油箱，空气和赃物不易进入回路。 1 泵 一充液阀回路的工作原理 对 于传 动方式为泵 一 充液 阀控制的油压机 ，如 图 1 所示 ，采用的是单 向定量 泵 。当电磁换 向阀 4在右 位时，活动横梁处于快速下降的过程中，此时，在电 动机的驱动 下 ，泵开始 向 油缸上 腔输油 ，在上腔 油 液压力以及横梁 自重的情 况下 ，油缸 下腔 的油液通 过平 衡 阀直 接 流 回油 箱 ， 则横梁 自重所产 生的那部 分势能转化 为油 液的能量 而全部损 失 了。若 泵所提 供 的流量满 足不 了油缸上 腔所 需 的 全 流 量 ，此 时 ， 充液阀打开 和泵 同时 向油 缸上腔供油 ，以达到工 作 l 一 电动机 3 一 充液 阀 2 一定 量 泵 4 一换 向 阀 条件需要 。 5 一平衡 阀 6 一充液 阀 在 回程过 程 中 ，换 向 7 一油缸8 一背压阀 阀处于左位 ，此 时泵 通过 图 1 泵 一 充液阀液 平衡 阀 5 向 油 缸 下 腔 供 压回路示意图 油 ，推 动 活 塞 向上 运 动 ， 此时 ，由于背压 阀 8的背压 作用 ，油缸上腔的油液一 部分通过充液阀流回上位油箱，当上位油箱油液充满 后 ，剩下 的油液全部 流回油 箱。这 样 ，油缸上腔的油 液能量也全部损 失。 收稿 日期 2 0 0 9 0 61 5 作者简介李南 1 9 5 2 一 ， 男 ，教授。通信作者 张景超 ，电话1 3 6 5 9 4 6 9 7 7 1 ，Em a i l z h a n g j i n g c h a o 一1 9 8 4 1 2 6 ． c o m。 7 6 机床与液压 第3 8卷 2闭式泵控回路的工作原理 如图2示，相比传统的泵 一 充液阀回路来说， 式泵控 回路 的工作原理如下 横梁且频繁运动 的油压机来说是很有意义的。 闭 3结语 采用变量泵控制的闭式液压控制回路，可使油压 机运动部分 活动横梁 的势能得到回收。如 图 1 所示，在横梁快速下降过程中，由于采用双向变量泵 控制闭式液压回路。当工作时，一方面，变量泵向上 腔输油，另一方面，由于活动横梁 自身质量很大，其 自重对油缸 下腔 的油液必然会产 生一定 的压力 ，作 用 到变量泵的吸油 口，活动横梁在 自身重力和油缸上 腔 压力 的共 同作用下 向下移动 当油缸上腔压力 不为 0 时 ，油缸下腔的压 力油作用 到变量泵 的吸油 口，泵 处 于马达的工况 ，可以使驱动变量泵的电机输 出功率 少于设备实际对外做功 ，通过调节变量泵 的排量 ，来 控制活塞的下降速度，实现 活动横 梁势 能作 用 的 回收。 从而达到节 能 、减少发热 的 目的。若泵 的输 出不能满 足 活塞下 降速度 的要求 ，则此 时油缸上腔压力为负压 ，充 液阀打开 ，上位 油箱 的油通 过充液阀和泵的输出流量同 1 一电动机2一 变量泵 时加到液 压缸 上腔。设输 人 3 ～油缸4 一充液阀 油缸上腔 的压力为 p 。 ，流量 图2 泵控液压回 为 q ，此时 ，向油缸上腔输 路示意图 入 油液泵所消耗 的功率为 P l p 1 q l 设 由于活动横梁 自重对油缸下腔油液产生 的压力 为 P ，从下腔输 出 的流量 为 q ，此 时 ，回收 到变量 泵的功率 可表示为 P 2 p 2 q 2 因为活动横梁的 自重是一定 的，所以其做 的功是 恒定不变 的。 从横梁下降到接触工件过程中，变量泵基本处于 变量马达工况 ，大大节约了变量泵的工作 时间，从而 达到节约部分 能源 、减少系统发热 的 目的 。则泵的实 际输出功率可表示为 P P2一P1 若是在只有重力做功 的状态 下 ，P ． 0 ，此 时变 量泵 的实际输 出功率 为 P P 。 在 回程过程中 ，双 向变量泵改变方 向 ，因为 回程 瞬间，下腔的压力很低，而此时上腔的压力很大，当 变量泵刚开始 向下腔 输入油 液时 ，其所需 流量很 大 ， 但是随着上腔油液回收入变量泵后 ，对变量泵的油液 起到补偿的作用，其所输出的流量也在逐渐减小。整 个工作过程中，由于闭式回路功率的回收大大减少了 变量泵 电机的输出功率 ，这对于驱动数百吨重 的活动 综上所述 ，采用 的双 向变量 泵控 闭式液压 回路 ， 液压泵输出的油液直接进入执行元件，没有溢流损失 和节流损失 ，而且工作 压力随负载变化而变化 ，因此 效率高，发热少 ，可以节约大量的能源，对超大型油 压机来说是非常有意义 的。 参考文献 【 I 】张大祥 ， 韩炳涛． 1 6 5 M N自由锻造油压机的液压控制系 统[ J ] ． 重型机械， 2 0 0 6 3 1 1 一l 6 ． 【 2 】 莫波 ， 曹泛． 变量泵源阀控系统 的理论与实验研究[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 2 5 1 3 ． 【 3 】 邢彤， 杨华勇， 龚国芳． 多变量泵驱动液压系统比例与恒 功率控制研究[ J ] ． 工程机械， 2 0 0 8 ， 3 9 6 4 5 - 4 7 ． 上接 第9 4页 发生体形状开展优化设计研究。涡街发生体是涡街流 量计 的关键部件 ，通过优化设计 ，得到阻力特性和流 量特性俱佳 的涡街发生体具有重大现实意义 。 2 对基于 涡街特 性 的流量计 测量 下限进 行研 究。涡街流量计目前在低雷诺数 、低流速、小流量测 量方面的问题还没有解决 ，应用受到限制，因此 ，还 需从传感器结构上及涡街信号处理上作进一步研究， 增强旋涡强度 ，提高信号的信哚比，以改善涡街流量 计的流量测量下 限。 3 高温、高压、多相流、脉动流等非常态流 体的流量测量问题也是涡街流量计今后研究方 向之 一 。基于涡街特性的流量计量研究在这些领域已有相 关报道，在这些特殊领域的研究若能取得突破 ，则必 将具有重要 意义。 参考文献 【 1 】张宏建 ， 蒙建波． 自动检测技术与装置[ M] ． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】纪纲． 流量测量仪表应用技巧[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 3 ． 【 3 】姜仲霞， 姜川涛， 刘桂芳． 涡街流量计[ M] ． 北京 中国石 化出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 4 】朱德祥． 流量仪表原理和应用[ M] ． 上海 华东化工学院 出版社 ， 1 9 9 2 ． 【 5 】H a n s V H． N e w a s p e c t s o f t h e a r r a n g e m e n t a n d g e o m e t r y o f b l u ff b o d i e s i n u l t r a s o n i c v o r t e x fl o w m e t e r s [ C ] ／ ／ P r o c e e d - i n g s o f t h e 1 9 t b I EE E I n s t r u me n t a t i o n a n d Me a s u r e me n t T e c h n o l o g y Co n f e r e n c e ， An c h o r a g e， US A， 2 0 0 2 ． 5 1 6 61 1 66 4． 【 6 】黄咏梅． 基于差压原理的涡街质量流量测量方法研究 [ D] ． 杭州 浙江大学 ， 2 0 0 5 ． 【 7 】孙志强． 基于涡街特性的流动分析与参数检测[ D] ． 杭 州 浙江大学 ， 2 0 0 7 ．