史繼江

（徐州徐工挖掘機械事業(yè)部，江蘇 徐州 221000）

機械液壓節(jié)能技術的現(xiàn)狀與發(fā)展研究

史繼江

（徐州徐工挖掘機械事業(yè)部，江蘇 徐州 221000）

隨著節(jié)能環(huán)保意識增強，機械液壓節(jié)能技術取得了較大的發(fā)展。液壓系統(tǒng)在正常工作中，總效率只有70%左右，說明當今液壓節(jié)能技術仍存在著較大的缺陷。本文針對工程液壓節(jié)能技術的現(xiàn)狀與發(fā)展研究進行系統(tǒng)分析，客觀評價其發(fā)展趨勢。

機械液壓系統(tǒng)；節(jié)能技術；功能原理；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

在液壓系統(tǒng)工作過程中，各種消耗抵消后，其使用效率只有70%左右，也為液壓節(jié)能技術的發(fā)展提供了極大的動力。液壓節(jié)能技術的主要作用體現(xiàn)在一方面可以通過減少液壓系統(tǒng)元件的能量消耗來提高機械的使用效率，另一方面可以通過減少液壓元件損耗產生的熱能使液壓油的溫度升高，液壓元件和液壓油老化來提高液壓機械的總體使用穩(wěn)定性，最終達到節(jié)能環(huán)保、綠色低碳的能源目標。

1 機械液壓系統(tǒng)的能量消耗原理

液壓系統(tǒng)的能耗主要是液壓元件內部的摩擦損耗和某些部件的故障泄漏、運行過程中回路紊流現(xiàn)象、節(jié)流閥本身對液壓元件和液壓油的阻礙等方面，另外基于這些系統(tǒng)內部消耗的現(xiàn)象還會對液壓油產生熱量壓力，加速其老化損壞。在目前的機械液壓節(jié)能系統(tǒng)的原理主要是針對以上問題而提出的。

2 機械液壓系統(tǒng)的具體節(jié)能措施

目前在節(jié)能環(huán)保目標指引下，機械液壓節(jié)能技術全方位展開。國內外對于相關的機械液壓節(jié)能技術有多種闡述，根據(jù)本身工程具體實踐過程可以選擇適當?shù)奶幚矸绞?。主要技術手段包括依靠變量泵控制措施、基于改進液壓回路系統(tǒng)的節(jié)能措施、采用先進的計算機技術改善系統(tǒng)的措施等。系統(tǒng)特點主要是綜合性、科學性、環(huán)保性。

2.1 基于液壓系統(tǒng)元件的節(jié)能措施

（1）使用節(jié)能泵進行系統(tǒng)節(jié)能。液壓系統(tǒng)元件的能量損耗主要體現(xiàn)在動力元件、執(zhí)行元件、及控制元件的能耗損失。對于動力元件的能量損耗，改善措施主要是采用節(jié)能泵改善系統(tǒng)運行。在液壓系統(tǒng)運行過程中，動力元件的損耗主要是液壓泵在高壓下的溢流，泵在液壓系統(tǒng)中主要作用是提供大量的液壓能，同時它也是系統(tǒng)中能量消耗與浪費最多的部分。在日常生活中，我們常見的液壓泵主要是齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、柱塞泵。泵的效率最能反映液壓系統(tǒng)的總體效率。在選擇液壓泵時更要綜合考慮多種因素。如表1為對各種不同泵種類的效率研究，從中我們可以看出，最不節(jié)能的泵種類是齒輪泵，但是根據(jù)相關市場研究表明，近幾年齒輪泵的市場占用率變化不大，但是葉片泵的市場占有率持續(xù)偏低。因此泵的選擇不但要考慮效率高低，更要注重成本、功效與具體使用環(huán)境等情況。各種液壓泵的效率統(tǒng)計表如表1。

表1 各種液壓泵的效率統(tǒng)計表

隨著節(jié)能泵的出現(xiàn)，使許多人改變了以往的購買意向，紛紛傾向更加節(jié)能環(huán)保的泵種。近年來興起的節(jié)能泵主要有：日本川崎重工的K3v140變頻液壓泵、美國派克Pv028RlKl比例柱塞泵、德國力上樂A10V0負載敏感式柱塞泵等。這些節(jié)能泵在充分采用節(jié)能技術的基礎上優(yōu)化功能，解決了液壓泵溢流損失和節(jié)流損失這兩個主要的能耗問題。

（2）改進液壓缸。液壓缸的節(jié)能屬于液壓系統(tǒng)中執(zhí)行元件的優(yōu)化，液壓缸的主要功能是將液壓能轉化為機械能。液壓缸的發(fā)展還是相當成熟的，因此近年來只在相當小的層面上發(fā)生過優(yōu)化處理。新近出現(xiàn)的液壓缸有變截面液壓缸、復合增速缸等。由于液壓缸本身技術的成熟，在液壓缸本身的改進方面并未顯示出大成效，但是新型液壓缸的出現(xiàn)可以優(yōu)化液壓系統(tǒng)整體的工作效率。

（3）更新液壓閥。液壓閥在液壓系統(tǒng)中分布廣泛，幾乎貫穿于液壓過程的始終，液壓閥的節(jié)能在液壓系統(tǒng)的整體節(jié)能中具有重要意義。目前傳遞效率較高的閥有：多路閥、插裝閥、疊加閥等。多路閥結構簡單，消耗能量較少，一般由兩個以上的閥塊組成，能夠做到將不同種類的閥門組合在一起滿足液壓回路的不同要求，從而滿足不同機械的不同工作狀態(tài)，廣泛應用于各種機械工程。2003年四川長江液壓元件有限公司創(chuàng)新出QF28型多路換向閥，這種多路閥是起重機專用的，采用全負載反饋，控制精度高、抗干擾能力強、控制形式多樣，在提高起重機使用效率的同時，達到了環(huán)保高效的目標。

2.2 基于液壓回路系統(tǒng)的節(jié)能措施

根據(jù)液壓系統(tǒng)的原理，液壓回路主要由三部分組成：液壓動力源、液壓管道及液壓缸。它可以通過機械完成任務的不同按照相關不同的原理來控制壓力、速度和方向，在液壓系統(tǒng)中具有重要地位。液壓系統(tǒng)中液壓回路在節(jié)能環(huán)保方面的貫徹程度仍然存在較大的進步空間。下面介紹較成熟的節(jié)能液壓回路系統(tǒng)。

（1）定量泵加變頻調速電動機電液系統(tǒng)。現(xiàn)今液壓系統(tǒng)大多以異步電動機為運行動力，所謂異步電動機，就是指它的轉子組不需要和其他電源相連，由定子直接取自交流電力系統(tǒng)。這種情況下，使電機結構更加簡單、成本更合理、運行效率更加可靠。更值得一提的是，異步電動機的變頻系統(tǒng)變速效率高，性能水平也超過同類型的其他電動機，在液壓系統(tǒng)中廣泛應用。變頻調速技術可以改善機器的運行效率，提高功率因數(shù)，在很大程度上遠遠超過了其他液壓調速技術。應用變頻調速技術有助于改變溢流損耗，通過改變液壓泵的輸出功率，也在一定的程度上更加適合液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)配置。在這樣一種情況下，就能最大程度上減少液壓系統(tǒng)的溢流損失、節(jié)流損失和卸載能耗，達到節(jié)能環(huán)保的作用。

（2）負載敏感控制系統(tǒng)。負載敏感控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)不同設備、不同負載、不同操作者的不同情況控制液壓泵的輸出壓力和流量，根據(jù)不同情況實現(xiàn)泵輸出的流量、壓力與負載的需求相匹配。在這種情況下，可以說就不存在溢流損失，充分利用機械的原動功率。由于負載敏感控制系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，現(xiàn)已被廣泛地應用于工程機械及礦山機械等行業(yè)。負載敏感控制系統(tǒng)在結構組成上包括比例換向閥、負載敏感閥、變量泵、液壓馬達和液壓缸五部分，工作原理是利用壓力作為反饋信號，敏感控制泵輸出流量，實現(xiàn)科學控制液壓節(jié)能系統(tǒng)的壓力控制。

（3）二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)。二次調節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的構成有：恒壓源、二次元件、工作機構和調控機構，實質上是一種壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，二次元件直接與恒壓源相連，通過控制二次元件的排量與負載功率進行匹配，使自身閉環(huán)反饋基本上可以維持一次元件在恒壓點工作，理論上不存在節(jié)流損失。系統(tǒng)中的儲能器能夠吸收壓力峰值時的高壓，減少了系統(tǒng)中限壓元件的發(fā)熱，節(jié)約了冷卻費用。由于系統(tǒng)中無節(jié)流元件，理論上二次元件可從系統(tǒng)中無損耗地獲取能源，極大地提高了系統(tǒng)的效率。

2.3 其他節(jié)能措施

隨著近年來計算機技術的飛速發(fā)展，在液壓系統(tǒng)節(jié)能工程上采用了現(xiàn)代信息技術。比如ID控制、NNC神經(jīng)網(wǎng)絡控制等，經(jīng)過計算機技術控制液壓元件的運行，可以最大程度上減少能量損耗。

3 液壓節(jié)能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 自動化、一體化程度不斷提高

智能化、自動化是液壓節(jié)能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。液壓系統(tǒng)節(jié)能工程逐步實現(xiàn)計算機控制一方面可以方便操作，實現(xiàn)智能控制。另一方面還能夠最大程度上可靠、系統(tǒng)、精準化的控制流量控制，使系統(tǒng)時刻保持最佳工作狀態(tài)。隨著技術的進步，在液壓節(jié)能系統(tǒng)中甚至可以實現(xiàn)不同環(huán)境的自動控制、自動修復和智能保障，大幅提高工作效率的同時減少人力投入，減少生產成本和投資成本，符合未來工業(yè)生產的大方向。

3.2 對液壓系統(tǒng)中可回收的能量進行回收再利用

對于液壓節(jié)能系統(tǒng)的發(fā)展和完善，不同學校有其各自的思路和研究方向。有的主張液壓系統(tǒng)元件的更新?lián)Q代，有的提倡智能化、自動化發(fā)展，但是在液壓系統(tǒng)內部的能量回收與循環(huán)利用才是最基礎的。循環(huán)利用液壓系統(tǒng)內部的能量可以減少能量消耗，也能夠減少系統(tǒng)發(fā)熱，延長液壓油和液壓元件的使用年限。

4 結語

綜上所述，對于液壓節(jié)能系統(tǒng)的研究創(chuàng)新存在多種方式，每種方式都各有優(yōu)點。未來，機械液壓節(jié)能系統(tǒng)將向著智能化、自動化方向發(fā)展，會在更大程度上實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標。液壓節(jié)能系統(tǒng)在提高施工效率、提高系統(tǒng)性能、降低施工成本、環(huán)保節(jié)能等方面有較大的發(fā)展空間。

[1]殷青,劉金慧．機械液壓節(jié)能技術的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．科教導刊-電子版（中旬）,2015,(9):115．

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1671-0711（2017）10（下）-0150-02