液压机械节能控制技术发展研究

2022-11-21邱鹏张利刘西彬

中国设备工程 2022年19期

邱鹏，张利，刘西彬

（山东泰丰智能控制股份有限公司，山东济宁 272025）

随着现代科学技术的不断进步，液压机械技术也获得了越来越普遍地运用与发展。液压机械技术在一定程度上既可以使产品制造效率大大地提高，也可以使工程人员的工作量有所降低。所以，液压机械对现代经济社会的发展具有一定的推动意义。虽然现代社会普遍崇尚低碳环境的理想，可是很多机械的功率都比较大，且环境污染严重。所以，针对相关应用领域的液压机械节能控制技术还需要更进一步地研究。

1 液压机械设备的技术背景

最初，在20世纪60年代，一些领域已经研制了各种工程机械的液压装置，特别是装载机和挖掘机。现在一些工程机械设备液压系统已经由传统形式转化为节能型式。改革后，机械设备品种更加丰富，主要有液压清扫机、液压夯、液压剪等，而这种新型机械设备通常具有功能全、输出功率大的优点。也因此，原液压铲斗机使用的机械设备现在已经开始采用大恒功率变量油泵。在这些状况下，能够有效增加机械设备的能源使用率，并保证工作效率，从而避免产生能量过载问题。

2 液压机械节能控制技术的重要性

在我国总体宏观发展水平和国民经济社会发展水平不断改变的前提条件下，我国各行业均获得了高速度蓬勃发展，当然工程行业发展势头也很快。尤其是近年来，不同形式的工程项目如雨后春笋般出现。由于这个趋势，工程机械在工程行业中获得了日益普遍的使用，而液压机械为现代工程机械的重要一部分，在工程建设中得到了广泛的应用。总的来说，工程机械的数量和种类都在增长，液压机械也不例外。众所周知，施工过程中会消耗大量能源和辅助设备，不可避免地会对人们的身体和精神健康产生影响。施工过程中会形成大量机械设备环境污染，将危及人们的身体健康。因此目前，设备的环保控制尤为重要。对液压机械设备而言，其节电控制也十分关键。液压机械设备的节电控制，可以使液压机械设备的应用在建筑物施工步骤中更加突出节省，也可以减少液压机械设备的能量和资金消耗，可以降低从液压机械设备排放的污水，以及建筑流程中造成的噪声和粉尘等对人体身体健康的影响。由于液压机械设备的节电控制也可以保护环境，因此掌握这项技术也能够有效减少许多不利于环境的问题，但是由于在建筑施工流程中液压机械使用不合理，导致施工效率和安全。从上述方面都可以看到，现代液压机械控制技术有着重大的意义与影响，其重大意义不可言喻。熟悉并掌握了该领域的先进科学技术，就可以减少生产液压机械的能耗和资源耗费，从而降低液压机械所排出的废水，降低在施工过程中产生的噪音和灰尘，从而保护建筑环境。

3 液压机械的概念

液压机器是一种可以在流体中运作的机械设备和运输工具。这一类机器出现于重型机械系统中。在这些类型的液压机械中，其液压油采用由发动机电机驱动的液压泵，经过高压传递至装置中的履行机制。工作人员透过操纵各种水力控制阀来调节液压流体，以得到所需要的压强和电流，液压部件之间透过液压管道相连。

4 液压机械节能控制技术

4.1 智能电液比例控制

针对机器设备液压系统操控，电液比信息的运用能够借助机器设备液压系统控制信息传递管线高效地改善操作体系，使机器设备液压控制信息系统在液压控制信息的高速率传递流程中得到了极大的反应速率，从而实现了高效优化液压系统操控机器设备操作管理的目的，使之在实际使用流程中更加简单灵活。而随着电子计算机与网络信息技术的广泛应用，电液比值调控信息的智能化管理水平也日益提升，从而达到了信息增长空间的高效扩大。在未来的发展过程中，由于数据科学技术的不断创新，机械设备与水力管理系统中的电液比控制技术将能够广泛地应用于水力信息和机械设备技术参数的智慧测量与监控，从而使得机械设备也可以正常工作，并科学合理利用设备能量资源，对提升机械设备与水力管理系统的节能效益发挥着积极的影响。在液压挖机装置中，电液比值控制技术的使用能够高效地减少大数据传播所带来的信息系统反应缓慢的问题，从而有效地优化了电信号参量管理系统，从而促进了发掘机高效灵活的动力工作。这种科学技术的进展取决于计算机科学的迅速发展。该技术的使用，能够完成对液压控制系统和发动机正常运行的某些技术参数的独立测量，进而依据上述技术参数对铲斗机激励系统作出了科学调节。

4.2 变量泵控制

变量泵的节电控制技术，主要是通过使用压力传感器增加发电机输出功率，利用节流调压代替容积调速取得节电效益。受变量泵控机构的影响，必须综合分析其输出特性，科学合理地选用调节形式。在施工机械设备的实际使用过程中，空间是有限的。通过调节变量泵的排量来实现节电的目的，以及通过调节进气压力和调整发电机输出功率来减少能源问题。据介绍，可变泵控制系统本身也具备了反应快、运行简单、节电效益好的优点，被广泛应用在工程机械的设计中。变量泵的3个主要形式，即LUDV控制系统、负荷敏感控制系统和排量控制器。

（1）LUDV控制。这些控制方法，大多是在LS控制系统的基础上发展出来的。但和LS控制系统比较，LUDV控制系统在灵敏度控制方面却比较优秀。该控制系统是单泵控制回路系统，并具有相应的电压补偿阀。负载电压信号值与控制系统极限电压值有关。在没有明显或复杂改变的情形下，应考虑LUDV整个控制系统。

（2）LS负载敏感控制。负载敏感控制系统能够达到输出高压与负载电流间的合理配合，有效保障液压控制系统的有效工作。当液压阀过大时，这些调节方式都会对负载元件的工作效率产生较大影响，从而损害了液压控制系统的稳定性。不管如何采用负载敏感的控制系统，都必须根据在液压应用中的流量大小来决定。

（3）排量控制。所谓的位移控制，其实就是通过目标移动方向来调节流量。在反向流量管理方面，它被用于挖掘机机械中，以有效减少侧面节流损失。对于传统控制方法而言，负流量控制能够减少热泵的功率消耗，并产生了很强的节电效应；其次，对于正流量控制系统，也是一个基于正负流量控制系统的控制模型。主要利用改变操纵手柄上的压力来调节转向阀。这种操控模式在资源节约、保护和自动化等方面都有着突出的意义。

4.3 多路阀控制

通过多路阀门控制系统，能够精确监测控制系统功率与水压的变化趋势。该控制系统方法将广泛应用于机械式普通阀门，可达到优异的节约效益。该技术在通用阀上的有效运用，将有助于提升该技术管理方法的现代化管理水平。多通道阀通常有2条管道，4#和6#。但考虑到多路阀的优先电路设计和供油电路之间的相互作用，为全面掌控传感阀的工作状况，技术人员常常并联操作直接电路流量设计和供油电路。

5 液压机械节能控制技术的研究现状

5.1 柴油机电喷控制技术

一般来说，目前的柴油机机电喷射控制技术可分为涡轮增压、共轨电控喷射等不同的技术手段。其中，柴油机电控喷射技术主要以喷射时间和喷射量为依据，合理有效地控制柴油机运行过程中的负荷。从另一种视角考虑，发动机电控系统喷射技术在调节发动机的喷射时间和喷射量等方面都发挥着很有效的作用，并有着不错的节约环保效益。因此电喷柴油机广泛应用于汽车行业。其对于现代工程机械系统前期的应用，有着极重要的使用价值与指导意义。将电子喷射系统带入工程机械中，可以提高其功率速度，并具有非常低的能耗和显著的节能效果。

5.2 混合动力系统

从实用的角度来看，混合动力系统在压力电能的储存中发挥着越来越重要的作用。电能集中存储的最终目的是为电机的安全稳定运行提供足够的电能。在蓄压方面，混合动力系统的应用主要表现在能量储存和压力储备方面。前者可以实现能量的高效储存，确保电动机平稳安全工作；后者能够实现对零件的高效维护，避免零件严重损伤，其根本目的是有效保护设备内部零件，防止内部零件受电机长时间运行的影响，并起到一定的节能环保作用。

6 液压机械节能控制技术的分析

对液压机械设备节电控制来说，节电管理的主要目的就是为了保护，并提高施工机械设备的发展。为达到节能环保的双重目的，液压机械产品的设计必须综合考虑以适应环境与自然的发展需要，因此研制节能环保的液压机械产品是十分必要的。就目前液压机械行业的发展情况而言，研究液压机械行业由节约到环境保护的发展有着价值意义。

就目前我国液压机械设备的技术发展趋势来说，在节电方面的研究成果与国外相比存在着很大差异。我国现已研制并生产出了许多对液压机械设备组成部分产生了节电作用的液压泵和多路控制阀，但尤其是在节电方面并未起到很突出的效果，国产发动机的综合技术指标无法达到中高档的液压机械设备节电环保的要求。而国内中高档液压机械设备的主要使用国外液压元器件。与国外液压机械用柴油机比较，当前的大部分国产发动机具有稳定性较差、超载力量小、转矩储备较低的不足，这对液压机械设备节电控制技术的全方位了解与掌握存在着相当的困难，也不利于我们对该项核心技术的全方位掌握。水力设备单元的产生电量与消耗，通常运用设备单元本身和元电子器件相互之间的内耗，以及泄漏的电量损失来表示。要进行水力设备的节电控制，就需要充分利用某些节约的液压部件。常见的节约液压部件有恒功率可变泵、蓄能器、恒压变量泵、限压变量泵等，有效合理使用这些节约液压部件对于水力设备的节电控制具有一定的重要意义，也便于掌握水力设备的节电控制。在液压设备的节电管理工作领域方面，人们必须在发电机研发中下更大的功夫，全面熟悉并掌握了发动机的节电操控基础，这对于了解液压设备的节电操控基础具有积极的意义。在发动机节电管理工作领域方面，可通过电子节气门控制系统进行节电管理工作，调整汽车的喷水时间和喷水量，并通过全电子环境管理工作，最大限制地改善了引擎的废气质量、引擎特性和燃油效率，从而有利于引擎的节电管理工作。了解此项技术也有利于人们进一步了解液压设备的节电管理工作。同时，为进行对水力机械设备的节电管理，并掌握其节能控制，可采用或改进水力机械系统，利用控制系统中的固有能量和势能，并通过柴油引擎与液压泵的节电综合管理，来达到上述目标。

目前，在我国液压机械节电控制领域取得了相当的进展，并呈现向上的趋势。这种发展趋势大致为：将混合激励控制系统广泛应用于液压机械节电控制领域中。该混合激励控制系统可以适应大载荷的施工需要。在该控制系统中，还设计了对柴油引擎的应用。该混合激励控制系统可以有效克服发动机燃料经济性不好的问题，使柴油发动机与辅助发动机一起适应大负载功率的工作需要，达到对柴油发动机转矩与输出功率的均衡控制，从而进一步提高了发动机的燃料利用率。混合激励控制系统有一次油电混合的过程。该过程的节电控制，可以利用发电机控制完成对液压机械设备的节电控制。而液压泵和发动机之间的匹配控制，将更高效地达到智能化。随着计算机的发展以及电脑控制的技术提高，液压泵和发动机之间的匹配控制也将达到智能化控制趋势，两者的融合也将越来越密切。实现集成控制，功率控制系统也是液压设备节能管理的重点监控对象。液压机械的节能管理，主要需要有效控制激励系统的功率。而优化激励系统的输出功率是液压机械节能管理的最主要方法，因此功率管理已成为节能管理的重点研究内容。