液压传动系统中的节能措施研究

2018-03-16黄娅莉

中国设备工程 2018年5期

黄娅莉

（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川攀枝花 617023）

液压传动系统节能措施只是起到节能降耗环保作用，但系统本身的运行效率却是只能提升，不能降低的，在质量和性能方面更是如此，所以该液压传动系统还是要按照一定的原则进行设计，使轨梁厂的生产效率不会受到影响。本文主要针对液压传动系统中的节能措施进行研究。

1 液压传动系统节能设计原则

液压传动系统在进行节能环保设计时，要采用绿色设计与制造技术，使该传动系统在环保同时，能在能量消耗上贯彻可持续发展战略。相关的设计原则主要有五方面。

其一资源利用程度最大原则。主要指的是系统设备的生产原材料，在性能和质量条件差不多的情况下，厂家要选用资源比较常见的材料作为生产原材料，对于匮乏的资源材料，也要尽可能找到该资源的代用材料。还要使该材料制作成系统设备时，使用周期是长的，即使设备不能使用，设备材料是可以被回收利用的。

其二液压传动系统的材料不仅要环保，可持续利用，系统的很多元件在工作时，也要起到环保效果。

其三能量损耗最少原则，产品使用周期在得到保证后，还要保证产品在生产过程中消耗的能量最少，可以对系统的工作原理进行调整和设计，对液压传动技术进行改进。

其四设计先进性原则，液压传动系统作为动力装置，不能太过笨重，一般性能发挥与外观规模等都是相适应的。基于产品性能要求，还要对产品进行简化设计，使其在外观和规模以及重量和质量上都得到优化设计，结构可以简单，零件可以少，但不能对产品运行的稳定安全性产生影响。随着轨道设计要求越来越高，轨梁厂生产质量也要随之提高，设计先进的液压传动设备，是势在必行的。

其五精确性成形工艺原则。在对该系统设备进行制造时，经常会在毛坯制造环节，消耗太多的资源和能量来确保零件尺寸和规模与设计相差无几。如果能对该生产环节的相关技术进行优化，比如一开始就采用精铸、冷挤等技术来使零件成形后的毛坯在很多方面保持精确性，该系统设计制造业就实现了节能降耗。

2 液压传动系统中的节能措施

液压传动系统在进行机械能转化和动力传递过程时，经常会消耗一些能量来抵消摩擦损失，该过程同样是传动系统能耗量最大的阶段，这些能量损失主要表现在液压油在压力作用下流经管道到达目的地过程中对管壁和其他位置产生的压力损失；液压阀对液压油起到控制阻碍作用，所以液压油要经过液压阀，就要花费比施加在管道上的压力还要大的压力，压力损失也就产生；液压油或其他的工作介质是随着系统运行随时处于流动过程中的，系统内部元件以及外部机械运动体在运行时，这种流动的工作介质就有可能通过元件间隙发生内外部泄露，液压油属于能源，这种流量损失也是不符合节能环保要求的。这些能量损耗最终会表现在轨梁厂相关设备的功率损失上，使液压传动系统作用优势效果不再显著。所以在对该系统采取节能措施时，也要解决以上出现的各种能量损失。比如针对元件内外部的液压油泄漏损失，还要设计无泄漏液压系统，主要使系统内外的密封性强一些，能有效减少系统运行中出现的各种泄漏，使系统运行的工作介质在质量和数量少都不会发生太大的变化。液压系统的节能设计主要表现在以下三个方面。

其一，液压泵和液压阀在液压传动系统中主要对工作介质或油体流动状态起到控制的作用，而发生的较大液压损失也是发生在这些地方，设计者在将节能降耗作为设计目标时，也要注意是基于该部分元件控制作用和效率不会失效的条件下。

其二液压传动系统在进行能量转换的过程中，亦是使负载设备消耗能量进行运转的过程。在该过程中，产生的过于能耗主要是因为液压泵在满足负载设备运行能量要求之余，还有很多输出能量没被利用，所以系统效率是有限的。所以在降低能耗设计中，还要使液压泵输出能量能被负载设备完全利用。在对负载设备的液压泵进行选择时，为了使流量变化能稳定在某个范围，还要选择恒压式类型，来保证压力相差无几的负载设备动力源提供的能量稳定适宜。另外有些系统还会采用恒功率变量泵来支持设备运转，这种情况下，负载设备的速度和压力呈反比关系，负载功率也不是稳定的，会呈较大趋势。无论是什么情况，都要保证液压泵与负载功率相匹配，如此才能保证液压泵与负载设备运行能量消耗是一定的。这是从液压泵角度进行功率消耗控制的，里面的液压泵都是处于变量状态的。还有一种措施是利用定量泵和伺服电机组成的系统来降低功率，这种系统和第一种变量泵降耗措施不一样，除了效果显著程度不一样外，阀门利用上也不同。在第一种措施中，总会有液压阀作为控制元件出现，但无可避免也会造成该部分元件的液压损失，但这种组成系统并没有采用任何的阀门，而是利用交流调速系统来对液压油等进行控制，所以这种系统也被称为无阀电液系统，没有阀门，也就避免了这部分元件的能量损耗，调速回路上的损失也被避免，系统运行效率却会因为该部分控制作用灵敏，不会受到阻碍而提升。该组成系统的节能效果无疑是显著的，所以轨梁厂在液压传动系统中广泛应用了这种组成系统。该系统相关的工作原理图如图1所示。

图1 无阀电液系统工作原理图

其三，对系统能量进行储存，增加回收利用的机率。针对这个目标，轨梁厂在设备利用上结合了液压蓄能器和转子蓄能器，这些设施安装在动力装置中，在不影响传动效率同时，还使传动过程中多余散发消耗的能量得到收集和储存，以便保证传动装置与负载在能量和功率上的需求都是一致的。这种储存能量的装置在轨梁厂应用还是比较广泛的，但论起节能效果来，还不如二次调节静液传动技术，这种技术属于新型节能技术，传统的能量储存设施储存的仅是传动装置输出能量中多余的能量，但负载在惯性条件以及垂直状态下的能量却是浪费了，而这种传动技术恰巧解决了这个难题，使系统能量尽可能最大程度得到回收利用。在液压传动系统中，动力装置在作用时，主要有两种能量状态，液压能和机械能。液压泵实现了前者到后者的单向转化，液压马达实现了两种状态的相互转化过程。液压泵和液压马达分别是一次元件和二次元件。在该新型节能技术未出现之前，系统对能量相关的工作参数进行调控都是直接对一次元件进行操作，二次元件相关参数却是间接通过控制阀来控制。但在二次调节静液传动系统中，该技术直接对二次元件进行操作，使其能量转换参数得到调整控制。相关的系统工作原理图如图2所示。

图2 二次调节静液传动系统工作原理图

由图中可以看出，液压马达位于数字1处，数字2处是油缸，液压马达进行能量转化需要借助2号油缸，所以油缸对其的排量是有控制效果的。数字3是电液伺服阀，和油缸2的电路是直接相连的，所以该阀门通过对电液比例进行调整，来达到控制油缸2流量的目的。这一系列流程中需要相关的测量元件进行有关信号测量和传递，该信号来自液压马达的速度事项，信号最终接收者为电液伺服阀，中间需要经过控制器。电液伺服阀在发现信号异常后，就要做出应急控制反应，对油缸2位置调整后，液压马达的斜盘倾角就会恢复正常，液压马达的排量就不会失控，液压传动系统运行也不会受到影响，系统会更加稳定平衡。另外二次调节静液传动系统会使多余能量被储存和利用，节流损失避免后，整个系统的节能降耗效率也会体现出来。