节能技术在液压系统中的应用

高源

本钢浦项冷轧薄板有限责任公司，辽宁本溪，117000

0 引言

在各种能源资源都日趋紧缺的背景下，节能成为新时代的发展主题。根据相关的调查研究发现，在设计液压系统时，相关设计人员的主要研究重点为系统功能的实现以及安全性与可靠性的提高，这样节能的重要性往往会被忽略，从而导致了一系列问题的发生。针对这一情况，就需要在液压系统中合理应用节能技术，以助于各项能量损失的减少、装备使用寿命的延长，从而确保系统工作的可靠性。

1 液压系统的能量损失

根据相关的调查研究发现，现阶段导致液压系统能量损失的原因主要包括以下几个方面。①能量转换损失。这主要是由于能量转换元件在进行能量转换时受到机械摩擦以及压力等影响而导致的；②匹配损失。这主要是由于动力源与负载特性难以相互适应所引起的；③传输损失。这主要是由结构布局所决定的；④由于设计方面存在问题造成了能量损失情况的发生；⑤能量损失情况的发生可能是由于工作介质的选择不合理[1]。

2 恒功率控制型变量柱塞泵在液压系统中的应用

为了能够有效减少功率损失，就需要将恒功率控制型变泵量柱塞泵合理应用于液压系统中，此类泵的主要特点是在低压情况下，能够实现较大流量的输出，并且会随着泵出口压力而不断增高，这样泵的输出流量也会随之而不断减小，恒功率控制型适泵的工作原理则是将功率调节模块增加于恒压泵上，这一功率调节模块一定是能够让泵输出流量不断变小的，而功率阀则能够发挥这一效用。泵输出的特性主要可分为以下几个状态：①如果泵出口压力处于较低状态时，那么变量活塞就能够明显缩回，而斜盘的倾角则是最大的，那么输出流量也是最大的。②如果泵出口压力不断升高，并且能够对功率阀的弹簧设定压力有效克服，那么斜盘倾角则能够在变量活塞的驱动下逐渐变小，这样与之对应的输出流量则会随之而不断下降。倘若变量活塞以及功率阀均有机械反馈作用存在，那么压力上升以及流量下降时，就会保持在一定的范围之内，这样压力与流量的关系则为反比关系，从而能够使压力与流量的乘积，也就是液压功率无限接近于常数，从而称之为恒功率。③如果泵出口压力上升到恒压阀的设定压力，那么斜盘倾角则会在变量活塞的驱动下无限接近于零，此时泵只能在系统压力下对泄漏量予以维持。除此之外，还可以在液压系统中应用负载敏感泵，这是容积调速回路的主要构成部分。压力补偿（恒压）控制型柱塞泵的功率特性主要是利用泵出口的恒压阀手轮进行调节，倘若泵出口压力不能与恒压阀设定的压力值相符，这样的泵就可以作为定量泵；倘若泵出口压力能够与恒压阀设定的相应压力值相符，并略微超过，那么泵所输出的流量就会逐渐变小，一直到截流方可通知，实际上就是在维持系统压力时，系统不会接收到相应的流量，当然在这样的情况之下，也不会出现溢流损失情况。而负载敏感控制型柱塞泵的功率特性则是将流量调节模块增加于恒压泵上，这一流量调节模块则能够让泵变量机构动作。

3 液压系统的节能措施

压力损失与旁路损失是导致液压系统能耗损失的两个主要原因，为了能够将这两种损失大大减少，以促进整个系统效率的提高，就需要优化利用节能技术。以下为液压系统的主要节能措施。

3.1 液压泵选用高效率、低能耗产品

作为初次能量转换的装置，泵会极大地影响液压系统的总效率。要想促进能源利用率的提高，就需要对动力源进行合理选择，这是非常重要的一个环节。根据相关的调查研究发现，栓塞泵在实际运行过程中中，不仅能够达到良好的节能目的，而且运行效率相对最高；螺旋泵虽然也具有良好的节能效果，不过运行效率相比于栓塞泵要略低一些；叶片泵虽然运行效率与螺旋泵不相上下，不过节能效果与预期目标有着一定差距；齿轮泵相比于其他三种类型的泵，不管是节能效果，还是运行效率都是相对较低的，但不管是哪种泵，都有着各自的优势与不足。在选择这些泵时，需要根据液压系统的复杂程度、流量精度要求等实际需求，进行泵源的优化组合，而且为了能够不断提高其运行效率，就要适当进行变频调速，并适时调节输出功率[2]。

不同功能的液压回路对于动力源有着不同的要求，通常情况下，可将其分为三大类。第一类，压力接近或者是压力相同的压夜系统，其流量变化是相对较大的，那么动力源则需要使用恒压变量泵；第二类，如果是泵保压系统、蓄能器系统等液压系统，其功率都相对较大，且负载逐渐缓慢性地增大、有较长保压时间要求的，那么就需要选择恒压恒功率变量泵；第三类，如果是多执行元件系统，那么其压力不同、流量也不同，在这种情况下，就可以采用双压、双流量恒压变量泵或者是负载传感变量泵。

3.2 合理设计液压回路

液压系统功率损失对于系统总功率会带来不同程度上的影响，而且还极有可能引起油液变质、油温升高等其他现象的发生，从而会导致液压设备在实际运行中会发生一系列故障问题。所以，在进行液压系统的液压设备进行设计时，一定要始终贯彻落实节能这一原则，并且在不会对系统各项功能指标带来影响的情况下，要高效、经济地利用各种能量。总而言之，要想将液压系统的功率损失有效降低，就一定要综合对各种措施进行利用，一定要选用高效且节能的动力源系统。根据相关试验探究发现，在不同工况下液压设备的能量消耗会呈现出极大差异性。导致液压设备能量消耗比较大的原因主要为压力过大，而动力源的输出流量比具体的系统需求明显大很多。所以，为了能够达到动力源的节能效果，就需要采取具有针对性的措施将匹配效率逐渐提高。以下为节能型的动力源系统简介。①采用两台油泵组成供油回路。组成供油回路的两台油泵不管是压力方面与流量方面，还是类型方面，都有着极大的不同，多数情况下，油泵的工作状态转换则是利用电磁阀来实现的，以助于实现能源的节约，并且能够将液压系统能量转换效率提高。液压泵是一种高压小流量变量泵，使其流量远远比具体需求更大，所以，就应该通过安全阀对其工作压力来进行合理调定。而另一个液压泵则属于低压大流量定量泵，为了能够满足整个液压系统快速运动需求，就需要将两个液压泵流量相加，这样该液压泵的工作压力则明显更小于液控顺序阀的调定压力。根据相关的实践研究表明[3]，这种快速回路是十分复杂的，而且成本相对较高，不过其功率利用率也非常高。②供油回路采用二次调节系统。二次元件、恒压源以及控制调节装置等都属于二次调节系统的重要组成部分。在恒压回路中，为了能够使二次元件排量得到有效改善，仅仅将二次元件的斜盘倾角进行合理改变就行。不过为了能够有效调整变量泵排量，就需要对系统压力进行充分利用。倘若是在液压泵工况下工作的二次元件，就需要将相应的能量回馈给系统，这样这些回收的能量就能够储存在蓄能器中。所以，二次调节系统的压力则会处于一个恒定状态中，这样在系统运行过程中就不会存在节流损失情况发生，以极大地提高液压系统的效率。所以，供油回路所应用的二次调节系统则能够将节能效果充分发挥出来。

3.3 合理配置油箱

为了能够使节能技术在液压系统中的应用效果更加显著，就需要合理配置油箱。首先，要合理对油箱容量进行配置。众所周知，贮油以及散热是油箱的主要功能，另外，还能够把空气以及杂物等都从油中分离出去。要想能够使油料资源被有效节约，就需要在进行油箱设计时确保其能够与液压系统的容量要求相适应[4]。倘若在实际设计过程中，油箱容量过大，那么设备容量与设备占地范围也会随之而不断增大。倘若在实际设计过程中，油箱容量过小，又与预期散热效果不相符，那么就极为容易导致油温大大升高，这会严重影响液压油的使用寿命。根据相关的实践研究发现，倘若油温超过550摄氏度，那么每升高90摄氏度，液压油一半左右的寿命就会缩短，所以，对于油箱的有效容量一定要合理设计与确定。其次，对于液压油的使用管理也要进一步加强。为了能够使油液的使用寿命有效延长，就需要合理使用液压油，与此同时，还需要将液压油的现场管理工作做到位。具体而言，主要包括以下几个方面的工作内容：①要优化并改善油箱的周边环境；②定期检查油液质量以及油面高度；③要将油液温度的相应监控工作做好，并及时进行记录，以确保油温能够始终在规定的指标值范围内；④对于液压油的污染要进行严格控制。

3.4 基于功率匹配的节能手段

在设计液压系统时，主要是将各种功能作为基础。功率匹配的液压系统，其负载特性曲线与输出功率通常都是相适应的，这样所产生的流量或者是压力并不会过度，更不会通过溢流阀溢出。简单来理解，也就是在没有负载的情况下，发动机会保持低速转动，从而能够使泵的输出功率变得最小；如果是在有负载的情况下，那么发动机的转速则需要由不同工况的实际需要所决定，并且要对泵的工作方式进行控制。这样泵不管是在什么情况下（空载或满载）都不会实现高速运转，这样不仅会导致燃油大大浪费，使液压泵的磨损大大增加，而且又会导致系统生热过多，密封圈损坏，从而增加了泄漏的概率以及装备的不安全性，比如采用的是变量柱塞泵的功率匹配液压系统。首先，要将执行机构的负载逐渐转换为脉冲信号，而对发动机的油门开口度进行控制时，就需要利用微机控制步进电机的旋转运动来实现，这样还有助于控制发动机的转速，从而能够对流出液压泵油液的流量与压力进行优化控制，再对油门位置以及发动机转速进行实时检测，这样就能够将与负载相匹配的功率自动输出出来。这样更有利于控制流量，而随着负载的变化，泵的压力也能够随之自动变化，所以能够实现更理想的节能效果。现阶段的节能控制技术主要是对自动控制技术与比例控制技术进行综合利用，其价格相对高昂，只在自动化程度较高的系统中相适应，而PID控制器的形式则主要是离散形式[5]。

3.5 采用能量回收措施节能

在液压系统中应用节能技术，还可以使用能量回收措施，也就是将蓄能器安装在液压系统中。这样能量就能够被有效地贮存或者回收，在系统运行中就能够成为其中的辅助动力源，系统所需的油则是与液压泵一起来完成。要想在不影响系统功能实现的基础上将液压泵以及原动机的容量大幅度减少，就需要合理匹配蓄能器参数与液压泵参数，这样更有利于合理应用系统能量，并使系统发热与升温情况大大减少，从而促进系统效率的大幅度提升。现阶段，在各类液压设备中基本上都将蓄能器作为辅助动力源进行广泛应用，这是当前液压系统实现节能的一个重要手段。不同的执行器，在能量回收时其油路也具有较大差异。如果是液压缸执行器，则能够有效回收负载机械能，而定量泵或者是马达则具有4个象限功能，分别为正转、反转、泵、马达等，此时所选用的结构则是柱塞式结构。倘若变量泵或者马达处于工况时，就需要由液压缸驱动外负载做功；如果是将变量泵作为泵时，就可以在进行能量回收时，把负载的机械能转化为液体的压力能，这样蓄能器中就能够储存系统多余的压力油液。在进行能量回收时，需要对变量泵的排量进行适当调节，这样就能够产生一定的阻力，以平衡外负载，从而能够避免超速运行的情况发生。如果是液压马达执行器，那么负载落下时的能量则能够在压力油箱中储存，再利用起重机也就是液压马达空载向上返回，同时将制动作用充分发挥出来。而泵则能够使负载提升得更加缓慢，在将二通换向阀后就能够接通，这样负载下落之后，就能够使液压马达作为相应的泵，在压力油箱中输入油箱中的油，随着液面的逐渐升高以及压力的逐渐上升，连续制动效果就能够逐渐产生[6]。

4 结语

综上所述，随着经济增长速度的日益加快，各种能源资源都变得比较紧缺，为了能够有效缓解这一问题，就需要注重节能技术的发展。在液压系统中，应用节能技术的主要目的是在确保不会对系统功能产生影响的情况下，将溢流损失尽可能减少，并且能够让泵的流量与负载所要求的流量保持一致性。以往只追求功能的设计思想与现代化液压系统的实际需求并不相符，所以要积极转变这一思想，紧随时代发展步伐，注重功率匹配以及初始能量转换效率的提高，这样既有利于能源的有效节约，又能够在确保运行效率与安全性和可靠性的前提下节约运行成本。