液压挖掘机节能技术综述

毛 欣

(黑龙江省交通科学研究所)

1 前 言

液压挖掘机是各类工程建设中常见的机械种类，在道路、矿山、市政等各项施工和建设中占据着基础性机械的地位，液压挖掘机具有体量大、工作性好、效率高的优势，使得工程施工中得到了广泛地应用。液压挖掘机在传统的工程应用中存在能耗过大的问题，不但会造成液压挖掘机施工成本的增加，而且也会降低整体工程的效率。应该从液压挖掘机的基本特点认知出发，探寻液压挖掘机实现节能运行的模式和方法，利用二次元件技术、能量回收循环技术、阀芯控制技术等先进手段，提高液压挖掘机的节能效果和工作效率，确保液压挖掘机在各类生产和施工中的高效化、节能化的应用。

2 液压挖掘机的特点

2.1 液压挖掘机的结构特点

液压挖掘机是挖掘机的主要种类，其主要结构和功能部分由液压系统组成，利用帕斯卡原理通过油泵、缸体、马达、阀门的组合，做到对挖掘机动力部分和工作部分的有效组合，在结构上构成挖掘施工的主要功能部分，实现在施工中对土方、原材料、矿石、煤炭的挖掘。

2.2 液压挖掘机的系统特点

液压挖掘机系统由动力系统、液压系统、传动系统、行走系统组成，各系统采用不连续的策略进行组合，通过对挖掘机位置的改变和挖掘机状态的调整实现挖掘操作。由于系统间的配合存在一定的消耗，液压挖掘机的运行中会在系统上表现出能耗和无功损失，形成液压挖掘机工作中的能量浪费，这是液压挖掘机工作中必然产生的客观现象。

3 液压挖掘机节能应用的控制方法

3.1 液压挖掘机节能的模式控制

要从液压挖掘机的工作种类出发，对不同的工况进行模式上的划分，重点对液压挖掘机的挖掘操作、破碎操作、行走和搬运操作进行种类划分和科学归类，确定相关模式下液压挖掘机节能运行的方法，在提高液压挖掘机工作效率的同时，做到对液压挖掘机能源消耗的全面控制。

3.2 液压挖掘机节能的状态控制

在液压挖掘机实际工程运行中会出现轻载、怠速、空载和减速等情况，如果在这些情况下依然采用大输出模式，将会使液压挖掘机的能耗迅速增加。应该针对各类空载和低负荷状态进行液压挖掘机输出的调整，降低这些情况下燃油的消耗，在控制液压挖掘机能量浪费的同时，确保液压挖掘机能源利用率的提升。

3.3 液压挖掘机节能的流量控制

变量泵是液压挖掘机调节不同负载水平油量消耗的重要期间，对液压挖掘机在不同环境、不同工作模式、不同负荷的运行和油量消耗有着主动的控制。在液压挖掘机的运行中要注意对变量泵的控制，根据节流元件反映出的数据，从发动机入口油料压力对发动机液压泵排量的控制实现对油量的行反向调节，从而控制液压挖掘机发动机的油耗稳定在合理的水平，并通过旁通回油流量管理使整个系统回油功率的损失保持在恒定的数值范围内，做到对流量消耗的全面管理与控制。

4 液压挖掘机节能技术应用的要点

液压挖掘机节能是运用液压挖掘机和工程建设的长期任务，也是实现环保、节能工程施工的基础，应该在结合液压挖掘机结构与系统特点的基础上，立足于液压挖掘机工程实际应用的控制方法和基础，从具体应用中做到对液压挖掘机节能化目标实现的保障，当前应该从如下一些技术来实现液压挖掘机的节能运行。

4.1 二次元件技术的节能应用

二次元件技术的主旨是通过二次调节液压挖掘机的液压传统系统，做到对液压挖掘机传动能耗的控制。二次元技术是通过压力偶系统，以二次元件对闭环内部和油量采用调节、控制的措施，以达到对传动系统运行的高精度控制，从而降低液压挖掘机运行中速度调整、转矩调整、状态调整中能量的消耗，以此来提高液压挖掘机的节能效果。二次调节静液传动系统可将多个负载相互独立地并联在一个恒压网络上，并可分别对各负载端二次元件进行互不相关的闭环反馈控制，来实现转角、转速、转矩及功率的控制。对挖掘机恒压网络二次调节液压系统进行了研究，并与传统挖掘机液压系统能耗进行了对比分析，结果表明基于恒压网络二次调节技术的液压挖掘机具有较好的节能效果。由于二次调节静液传动技术具有很多优点，并且其理论研究不断深入，二次调节静液传动系统得到了迅速的发展，目前已在很多领域得到广泛应用。但是，用于二次调节静液传动系统的液压元件成本较高，使其在短时间内还不能代替传统的静液传动技术。

4.2 能量回收技术的节能应用

液压挖掘机整体质量大，工作平台、回转平台以及工作装置的惯性大，特别是液压挖掘机铲斗、动臂的运行过程中，想要打破静止和运行的状态需要大量的能耗，如果没有能量的回收体系，很多能量职能转化为热能而消耗，并会造成液压系统高温损伤和动力系统设备伤害，影响液压挖掘机的节能目标与使用性能。应该在液压挖掘机系统中应用能量回收子系统，通过能量储存元件对液压挖掘机的惯性和能量进行必要的回收，进而在后续的操作中加以理应，这会提高能源的利用效率，同时也做到对液压挖掘机主要设备的稳定维护。当前液压挖掘机能量回收储存技术可以分为机械能量回收系统，液压能量储存系统和电力能量再利用系统，要根据液压挖掘机的运行状态、实际应用情况进行能量回收系统的设计，使能量能够得到高效率地再利用，做到对节能效果的保障。

4.3 阀芯控制技术的节能应用

传统的液压挖掘机一般采用六通多路阀控制主泵供油，这种方式不但会造成供油的浪费，而且也存在控制流量不精确的问题。随着电液比例控制技术的不断发展，实际应用中出现了双阀芯控制技术分别控制系统进出口通流面积的节能方案，可以在一定程度上减少主控阀进、出节流口及旁通油口的压力损耗，且使系统的控制性能得到了有效的改善。另外，双阀芯独立控制技术也取得了一些研究成果，并且应用效果明显。

5 结 语

液压挖掘机是当前工程施工重要的机械，主要是利用液压、油电系统提供和转化的动力，使挖掘的效率和质量得到全面提升，形成了对建设的提高与强化作用。新时期节能成为工程建设的核心目标，液压挖掘机在能耗上一直存在利用率和转化效果的问题，使工程造价和成本出现了迅速增加，并会造成液压挖掘机的寿命缩短。当前应该充分利用节能技术，落实液压挖掘机模式控制、状态控制等措施，积极运用二次元件、能量回收、阀芯控制等技术，做到对液压挖掘机能耗和运行成本的控制，做到对绿色、节能工程建设目标实现的保障。

［1］任小青.液压挖掘机功率损失分析及节能控制技术研究［J］.机床与液压，2008，(11):80－81.

［2］宋世鹏，朱新云，赵磊.液压挖掘机功率损失分析及节能控制技术研究［J］.流体传动与控制，2007，(4):40－42.

［3］赵波，刘杰，戴丽，等.挖掘机液压系统的节能技术分析［J］.流体传动与控制，2007，(4):40－42.

［4］都鹏.液压挖掘机动力系统匹配及节能控制研究［D］.中南大学，2008.

［5］陈明东.液压挖掘机动臂下降势能回收技术研究［D］.吉林大学，2013.

［6］李少波，陈伟兴，陈应强.液压挖掘机电子监控节能系统的研究设计［J］.贵州大学学报(自然科学版)，2013(4):210－211.