关于液压系统设计中的节能问题_液压系统_节能

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关于液压系统设计中的节能问题

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2008/9/11 9:50:00

摘要

液压系统设计中，节能问题是一个不能忽视的问题。本文对设计过程中根据不同的使用条件如何选择节能液压回路等问题进行了阐述。

关键词

液压系统节能功率损失效率

在液压系统的设计中，不但要实现其拖动与调节功能，还要尽可能地利用能量，达到高效、可靠运行的目的。液压系统的功率损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变质，导致液压设备发生故障。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。

几种控制回路的功率损失

1 选用传动效率较高的液压回路和适当的调速方式

目前普遍使用着的定量泵节流调速系统，其效率较低(<0.385)，这是因为定量泵与油缸的效率分别为85%与95%左右，方向阀及管路等损失约为5%左右。所以，即使不进行流量控制，也有25%的功率损失。加上节流调速，至少有一半以上的浪费。此外，还有泄漏及其它的压力损失和容积损失，这些损失均会转化为热能导致液压油温升。所以，定量泵加节流调速系统只能用于小流量系统。为了提高效率减少温升，应采用高效节能回路，上表为几种回路功率损失比较。另外，液压系统的效率还取决于负载。同一种回路，当负载流量Q_L与泵的最大流量Q_m 比值大时回路的效率高。例如可采用手动伺服变量、压力控制变量、压力补偿变量、流量补偿变量、速度传感功率限制变量、力矩限制器功率限制变量等多种形式，力求达到负载流量Q_L与泵的流量的匹配。

2 对于常用的定量泵节流调速回路，应力求减少溢流损失

2.1采用卸荷回路

机械的工作部件短时停止工作时，一般都让液压系统中的液压泵空载运转(即让泵输出的油液全部在零压或很低压力下流回油箱)，而不是频繁地启闭电机。
这样做可以节省功率消耗，减少液压系统的发热，延长泵和电机的使用寿命，一般功率大于3kw的液压系统都设有卸荷回路。下面介绍几种典型的卸荷回路。

2.1.1采用三位阀的卸荷回路

采用具有中位卸荷机能的三位换向阀，可以使液压泵卸荷。这种方法简单、可靠。中位卸荷机能是M、H、K型。图1为采用具有M型中位机能换向阀的卸荷回路。这种方法比较简单，阀处于中位时泵卸荷。它适用于低压小流量的液压系统；用于高压大流量系统，为使泵在卸荷时仍能提供一定的控制油压[(2~3)× 10⁵Pa]，可在泵的出口处(或回油路上)增设一单向阀(或背压阀)。但这将使泵的卸荷压力相应增加。

2.1.2采用二位二通阀的卸荷回路

图2为采用二位二通阀的卸荷回路，图示位置为泵的卸荷状态。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63L/min液压系统。

2.1.3用先导式溢滚阀的卸荷回路

如图3所示，在先导式溢流阀1的遥控口接一小规格的二位二通电磁阀2。其卸荷压力的大小取决于溢流阀主阀弹簧的强弱，一般为(2~4)×10⁵Pa。由于阀2只须通过先导式溢流阀1 控制油路中的油液，故可选用较小规格的阀，并可进行远程控制。这种型式卸荷回路适用于流量较大的液压系统。

卸荷回路还有很多，如双联泵供油系统中常用外控制序阀的卸荷回路；压力补偿变量泵的卸荷回路；液压泵卸荷时系统仍需保持压力的保压卸荷回路；适应于大流量系统的二通插装阀卸荷回路；“蓄能器＋压力继电器＋电磁溢流阀”构成的卸荷回路等。

2.2采用双泵双压供油回路

图4是双泵供油的快速运动回路。液压泵1为高压小流量泵，其流量应略大于最大工作速度所需要的流量，其工作压力由溢流阀5调定。泵2为低压大流量泵(两泵的流量也可相等)，其流量与泵1流量之和应等于液压系统快速运动所需要的流量，其工作压力应低于液控顺序阀3的调定压力。

这种快速回路功率利用合理，效率较高，缺点是回路较复杂，成本较高。

图1 三位阀卸荷回路

图2 二位二通阀卸荷回路

图3 先导阀卸荷回路

图4 双泵双压供油回路

3 采用容积调速回路和联合调速回路

1)利用改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。

2)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。

4 发挥蓄能器的功用

4.1作辅助动力源

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。图5 所示为一液压机的液压系统。当液压缸带动模具接触工件慢进和保压时，泵的部分流量进入蓄能器1被储存起来，达到设定压力后，卸荷阀2打开，泵卸荷。此时，单向阀3使压力油路密封保压。当液压缸快进快退时，蓄能器与泵一起向缸供油，使液压缸得到快速运动。故系统设计时，只需按平均流量选用泵，使泵的选用和功率利用比较合理。

4.2回收能量

蓄能器在液压系统节能中的一个有效应用是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。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。