液压系统节能理念的应用与分析.pdf

H y d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N o ．． ．4 2 0 1 0 液压系统节能理念的应用与分析 黄德莹 大连重工 起重集团有限公司液压装备厂， 辽宁大连1 1 6 0 3 5 摘要本文通过对液压系统节能理念的解读和分析，列举了节能在液压系统设计中应用的具体实例，为今后同类产品的液压系 统节能化设计提供了设计思路。 关键词功率损耗；恒压变量；卸荷；节能；性价比 中图分类号T H 1 3 7 ． 9 文献标识码A 文章编号1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 0 0 4 0 0 3 9 0 3 Ap p l i c a t i o n a n d An a l y s i s o f E n e r g y s a v i n g P h i l o s o p h y f o r Hy d r a u l i c S y s t e m HU AN G D e - y i n g D H I D C W G r o u p C o ． ，L t d ．H y d r a u l i c E q u i p m e n t Wo r k s ，D a l i a n L i a o n i n g 1 1 6 0 3 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h o u g h t h e e x p l a i n a t i o n a n d a n a l y s i s o f e n e r g ys a v i n g p h i l o s o p h y f o r h y d r a u l i c s y s t e m，g i v e a n e x a mp l e for t h e a p p l i c a t i o n ， p r o v i d e t h e t h r e a d f o r t h e e n e r g ys a v i n g d e s i g n i n t h e f u t u r e ． Ke y W o r d s w a s t a g e o f t h e p o w e r ；b a l a n c e p r e s s u r e v a r i a b l e a p a c i t y ；r e l i e f ；e n e r gy s a v i n g ；p e r f o r ma n c e p r i c e r a t i o 0 引言 节能是液压技术面临的新课题之一 ，产品在如何 满足具有适宜的性能价格比、不提高综合运行成本的 前提下达到最大的节能效果，是一个值得探讨的领 域。我们将节能理念应用于液压系统设计中，采用了 一 些有效的节能方案 ，取得了较为满蒽的效果。 1 问题描述 造成液压系统效率低的根本原因是功率不匹配， 即系统的输出压力 P 、输出流量 Q 。 与执行元件所需 的压力P 、流量 Q 不匹配。当流量不匹配， Q Q 时，则产生溢流损失；当压力不匹配，P P 时，则 产生压力损失。因此提高液压系统效率的基本途径， 是使系统的输入功率与执行元件的输出功率相匹配， 功率匹配程度愈高，系统效率愈高。 2 节能的基本实现途径 2 ． 1 合理泄荷 2 ． 1 ． 1 应用卸荷阀的控制回路 如图 1 ，夹轮器液压系统原理图。 根据翻车机卸车线对夹轮器执行机构 的控制要 求，当整条卸车线正常工作时，夹轮器装置一直维持 在高压夹紧状态，此时，系统需不断补充高压油以补 充泄漏， 若采用常规控制方法势必引起大量的功率损 耗 ， 造成系统发热及能量浪费。 收稿 日期 2 0 1 0 -0 1 ． 2 5 作者简介 黄德莹 1 9 8 1一 ， 女， 辽宁大连人 ， 学士， 主要从事液压系统设 计和管理方面的技术实践工作。 图 1 夹轮器液压站原理图 根据这样的工作特点，我们可在双联泵的压力 油出口处设置卸荷阀和蓄能器。由卸荷阀的自身性 能我们知道，当出口压力达到其设定值时，就会使 由P 到 T的油路导通，低压卸荷。夹轮器夹紧时， 电液换向阀带 电，双联泵与蓄能器一起向液压缸供 油，当液压缸带动执行 机构夹紧车轮时 ，A口压力 升高使大泵出口处卸荷阀的单向阀锁闭，此时大泵 低压卸荷，只有小泵单独供油 小泵出口处卸荷阀 的设定值要高于大泵 ，至压力继电器设定压力时， 继电器发讯，电磁球阀和电液换向阀同时断电，实 3 9 液压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 0年 第 4期 现夹轮保压功能。 这样不仅降低了功率损耗 ，减少了系统的发热， 还将有效延长泵和电机的使用寿命。 2 ． 1 ． 2 应用换向阀的卸荷回路 如图 2 ，场桥液压系统微移液压缸原理图。 该液压控制回路选用的是 H型机能的三位换 向 阀，当该液压缸执行微移动作时，电磁换向阀带电， 压力油进入液压缸有杆腔或无杆腔，动作到位后，检 测信号将控制电磁换向阀断电，液控单向阀保压，同 时泵就可以通过换向阀的中位卸荷。 采用具有中位卸荷机能的三位换向阀使液压泵卸 荷的这种方法简单 、可靠，除 H型机能外，M、K型 机能也可以达到中位卸荷功能，这种方法适用于低 压、小流量的液压系统；应用于高压、大流量系统 时，为使泵在卸荷时仍能提供一定的控制油压 2 3 b a r ， 可在泵的出口处 或回油路上增设一单向 阀 或背压阀 ， 但这将同时使泵的卸荷压力增加。 另外，还可以采用二位二通阀的卸荷回路 ，这种 卸荷回路，二位二通阀的规格必须与泵的额定流量相 适应，因此这种卸荷方式不适用于大流量的场合，且 换向时会产生液压冲击，通常用于泵的额定流量小于 6 3 L ／ m i n的液压系统。 图2 场桥液压系统微移液压缸原理图 2 ． 2 合理选择动力源类型 2 ． 2 ． 1 应用多级泵的供油回路 如图3 ， 焦炉设备中推焦机液压系统动力源部分。 通过分析系统的各种实际功能要求，从节能的角 度我们选用了两个双联泵 流量一大一小 。两个双 联泵通过压力油出口处的溢流阀可以调定出相同或者 不同的工作压力，选用不同的组合方式就可以得到三 种不同的系统流量值。当使用大流量 小流量的泵 时，小流量 大流量的泵就可以通过溢流阀低压卸 荷。因此，合理选择动力源类型，能找到更多的节能 途径。这种回路功率利用合理，效率较高。 图 3 推焦机液压系统动力站原理图 2 ． 2 ． 2 应用容积调速回路和联合调速回路 利用改变变量泵或变量液压马达的排量来调节执 行元件运动速度的回路，称为容积调速回路。这种调 速回路无溢流损失和节流损失，故效率高、发热少， 适用于高压大流量、大功率设备的液压系统。 联合调速回路无溢流损失 ，其效率比节流调速回 路高。在采用联合调速方式中， 应区别不同情况而选 用不同方案 对于进给速度要求随负载的增加而减少 的工况，宜采用限压式变量泵节流调速回路；对于在 负载变化的情况下进给速度要求恒定的工况， 宜采用 稳流式变量泵节流调速回路；对于在负载变化的情况 下，供油压力要求恒定的工况，宜采用恒压变量泵节 流调速回路。 2 ． 3 蓄能器的合理应用 2 ． 3 ． 1 应用蓄能器作辅助动力源 如图4为我公司为秦皇岛设计的夹轮器液压系统 原理图。 工作开始时， 恒压变量泵启动，当压力达到顺序 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 4 ． 2 0 1 0 阀的设定值，顺序阀打开给蓄能器充油 ，当充油压力 达到泵的调定值时，泵处于恒压卸荷状态，蓄能器充 油完成。 夹紧动作执行时，蓄能器通过单向阀2与泵一起 向液压缸供油，满足液压缸快速夹紧的动作要求 ，夹 紧到位， 单向阀1 封住保压，压力继电器发出联锁信 号，可以执行本工作周期的下一步动作。 这种控制思路可应用于总的工作时间较短的间 歇工作系统或在一个工作循环内速度差别很大的系 统。使用蓄能器作辅助动力源可降低泵的功率 ，提 高效率，降低温升，节省能源，故系统设计时，只 需按平均流量选用泵，从而使泵的选用和功率利用 更合理。 图 4 夹轮器液压系统原理图 2 ． 3 ． 2利用蓄能器回收能量 简单的说就是利用液压泵与蓄能器共同组成具有 压力 一 能量转换的装置，蓄能器将运动部件的动能和 下落质量的位能以压力能的形式回收和利用， 从而减 小系统能量损失和由此引起的发热。 例如，在电梯液压控制系统中，电梯下行时，轿 厢的势能和动能通过压力 一能量转换装置将压力能存 储到蓄能器中，这样电梯上行时，蓄能器就可以利用 存储的能量为主回 路电机轴提供附加动力。 又如， 为了防止行走车辆在频繁制动中将动能全 部经制动器转化为热能，可在车辆行走系的机械传动 链中加入蓄能器，将动能以压力能的形式回收利用。 这样不仅降低了液压系统的装机功率，在减少能量损 失上也具有现实意义。 2 ． 4 元件选型的影响 在液压元件的选型上，应尽量选用那些效率高、 能耗低的。选用效率高的变量泵，根据负载的需要改 变压力，可节约能源的损耗；选用集成阀可以减小管 路的压力损失；还可以通过选用压降小 、可连续控制 的比例阀等达到降低能耗的目的。 另外，各类控制元件应根据其在系统中相应位置 可能出现的最大压力和流量来确定其规格，不宜过大 或过小。对 于系统管路 ，应尽量缩短管长，减小弯 曲，弯曲处的角度不宜过小 通常应≥9 0 。 ；应根据 管道类型合理选择管中流速，管路系统应尽量采用集 成化方式进行连接。设计方案中还应注意优化管路系 统，在满足功能要求的前提下，力求系统简单可靠， 避免冗余的元件和油路，以达到节能效果。 3 结论 传统液压系统的设计主要考虑系统的工作能力、 可靠性及成本 ，不太注意系统的效率，致使系统的效 率大多维持在 5 0 ％左右，造成能量损耗过大，因此就 存在极大的节能空问。 节能主要是通过降低能量损耗来实现的，液压系 统的能量损耗主要包括各种不作用于执行器的压力损 耗 、流量损耗和原动机损耗等。因此，设计液压系统 时必须多途径地考虑降低系统的功率损失。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉主编． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学 出版社 ， 1 9 9 8 3 5 0 3 8 3 ． [ 2 ] 路甬祥主编． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版 社， 2 0 0 2 3 7 9 3 8 2 ． [ 3 ] 成大先主编． 机械设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 8 7 4 87 7 2 ． [ 4 ] 张友根． 大型注塑机液压动力驱动系统节能技术的分析研 究及展望[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 9 2 4 1 1 ． [ 5 ] 高伟， 姚进． 基于 A M E S i m的节能型液压抽油机设计仿真 [ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 9 3 3 4 3 7 ． [ 6 ] 张业明， 蔡茂林． 面向压缩机群控制的新型节能智能控制 器的研究[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 8 5 1 41 7 ．