關(guān)于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能問(wèn)題

在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不但要實(shí)現(xiàn)其拖動(dòng)與調(diào)節(jié)功能，還要 盡可能地利用能量，達(dá)到高效、可靠運(yùn)行的目的。液壓系統(tǒng)的功率 損失會(huì)使系統(tǒng)的總效率下降、油溫升高、油液變質(zhì)，導(dǎo)致液壓設(shè)備發(fā)生故障。因此，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)必須多途徑地考慮降低系統(tǒng)的 功率損失。 幾種控制回路的功率損失 1 選用傳動(dòng)效率較高的液壓回路和適當(dāng)?shù)恼{(diào)速方式 目前普遍使用著的定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，其效率較低(<0.385)， 這是因?yàn)槎勘门c油缸的效率分別為85%與95%左右，方向閥及管路等損失約為5%左右。所以，即使不進(jìn)行流量控制，也有25%的功 率損失。加上節(jié)流調(diào)速，至少有一半以上的浪費(fèi)。此外，還有泄漏 及其它的壓力損失和容積損失，這些損失均會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致 液壓油溫升。所以，定量泵加節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)只能用于小流量系統(tǒng)。為了提高效率減少溫升，應(yīng)采用高效節(jié)能回路，上表為幾種回路功率損失比較。另外，液壓系統(tǒng)的效率還取決于負(fù)載。同一種回路，當(dāng)負(fù)載流量QL與泵的最大流量Qm 比值大時(shí)回路的效率高。例如可采用手動(dòng)伺服變量、壓力控 制變量、壓力補(bǔ)償變量、流量補(bǔ)償變量、速度傳感功率限制變 量、力矩限制器功率限制變量等多種形式，力求達(dá)到負(fù)載流量Q L與泵的流量的匹配。 2 對(duì)于常用的定量泵節(jié)流調(diào)速回路，應(yīng)力求減少溢流損失 2.1采用卸荷回路 機(jī)械的工作部件短時(shí)停止工作時(shí)，一般都讓液壓系統(tǒng)中的液 壓泵空載運(yùn)轉(zhuǎn)(即讓泵輸出的油液全部在零壓或很低壓力下流回油箱)，而不是頻繁地啟閉電機(jī)。 這樣做可以節(jié)省功率消耗，減少液壓系統(tǒng)的發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電機(jī)的使用壽命，一般功率大于3kw的液壓系統(tǒng)都設(shè)有卸荷回路。下面介紹幾種典型的卸荷回路。 2.1.1采用三位閥的卸荷回路 采用具有中位卸荷機(jī)能的三位換向閥，可以使液壓泵卸荷。 這種方法簡(jiǎn)單、可靠。中位卸荷機(jī)能是M、H、K型。圖1為采用 具有M型中位機(jī)能換向閥的卸荷回路。這種方法比較簡(jiǎn)單，閥 處于中位時(shí)泵卸荷。它適用于低壓小流量的液壓系統(tǒng)；用于高壓 大流量系統(tǒng)，為使泵在卸荷時(shí)仍能提供一定的控制油壓[(2~3)× 105Pa]，可在泵的出口處(或回油路上)增設(shè)一單向閥(或背壓閥)。 但這將使泵的卸荷壓力相應(yīng)增加。 2.1.2采用二位二通閥的卸荷回路 圖2為采用二位二通閥的卸荷回路，圖示位置為泵的卸荷狀 態(tài)。這種卸荷回路，二位二通閥的規(guī)格必須與泵的額定流量相適 應(yīng)。因此這種卸荷方式不適用于大流量的場(chǎng)合，且換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生 液壓沖擊。通常用于泵的額定流量小于63L/min液壓系統(tǒng)。 2.1.3用先導(dǎo)式溢滾閥的卸荷回路 如圖3所示，在先導(dǎo)式溢流閥1的遙控口接一小規(guī)格的二 位二通電磁閥2。其卸荷壓力的大小取決于溢流閥主閥彈簧的 強(qiáng)弱，一般為(2~4)×105Pa。由于閥2只須通過(guò)先導(dǎo)式溢流閥1 控制油路中的油液，故可選用較小規(guī)格的閥，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程 控制。這種型式卸荷回路適用于流量較大的液壓系統(tǒng)。 卸荷回路還有很多，如雙聯(lián)泵供油系統(tǒng)中常用外控制序閥的 卸荷回路；壓力補(bǔ)償變量泵的卸荷回路；液壓泵卸荷時(shí)系統(tǒng)仍需 保持壓力的保壓卸荷回路；適應(yīng)于大流量系統(tǒng)的二通插裝閥卸荷 回路；“蓄能器＋壓力繼電器＋電磁溢流閥”構(gòu)成的卸荷回路 等。 2.2采用雙泵雙壓供油回路 圖4是雙泵供油的快速運(yùn)動(dòng)回路。 液壓泵1為高壓小流量泵， 其流量應(yīng)略大于最大工作速度所需要的流量，其工作壓力由溢流 閥5調(diào)定。泵2為低壓大流量泵(兩泵的流量也可相等)，其流量 與泵1流量之和應(yīng)等于液壓系統(tǒng)快速運(yùn)動(dòng)所需要的流量，其工作 壓力應(yīng)低于液控順序閥3的調(diào)定壓力。 這種快速回路功率利用合理，效率較高，缺點(diǎn)是回路較復(fù)雜，成本較高。 3 采用容積調(diào)速回路和聯(lián)合調(diào)速回路 1)利用改變量泵或變量液壓馬達(dá)的排量來(lái)調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的回路，稱為容積調(diào)速回路。這種調(diào)速回路無(wú)溢流損失和節(jié)流損失，故效率高、發(fā)熱少，適用于高壓大流量、大功率設(shè)備的液壓系統(tǒng)。 2)聯(lián)合調(diào)速回路無(wú)溢流損失，其效率比節(jié)流調(diào)速回路高。在采用聯(lián)合調(diào)速方式中，應(yīng)區(qū)別不同情況而選不同方案：對(duì)于進(jìn)給速度要求隨負(fù)載的增加而減少的工況，宜采用限壓式變量泵節(jié)流調(diào)速回路；對(duì)于在負(fù)載變化的情況下進(jìn)給速度要求恒定的工況，宜采用穩(wěn)流式變量泵節(jié)流調(diào)速回路；對(duì)于在負(fù)載變化的情況下，供油壓力要求恒定的工況，宜采用恒壓變量泵節(jié)流調(diào)速回路。 4 發(fā)揮蓄能器的功用 4.1作輔助動(dòng)力源 總的工作時(shí)間較短的間歇工作系統(tǒng)或在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)速度差別很大的系統(tǒng)，使用蓄能器作輔助動(dòng)力源可降低泵的功率，提高效率，降低溫升，節(jié)省能源。圖5 所示為一液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)。當(dāng)液壓缸帶動(dòng)模具接觸工件慢進(jìn)和保壓時(shí)，泵的部分流量進(jìn)入蓄能器1被儲(chǔ)存起來(lái)，達(dá)到設(shè)定壓力后，卸荷閥2打開(kāi)，泵卸荷。此時(shí)，單向閥3使壓力油路密封保壓。當(dāng)液壓缸快進(jìn)快退時(shí)，蓄能器與泵一起向缸供油，使液壓缸得到快速運(yùn)動(dòng)。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需按平均流量選用泵，使泵的選用和功率利用比較合理。 4.2回收能量 蓄能器在液壓系統(tǒng)節(jié)能中的一個(gè)有效應(yīng)用是將運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能和下落質(zhì)量的位能以壓力能的形式回收和利用，從而減小系統(tǒng)能量損失和由此引起的發(fā)熱。如為了防止行走車輛在頻繁制動(dòng)中將動(dòng)能全部經(jīng)制動(dòng)器轉(zhuǎn)化為熱能，可在車輛行走系的機(jī)械傳動(dòng)鏈中加入蓄能器，將動(dòng)能以壓力能的形式回收利用。 5選用高效率的節(jié)能液壓元件 在液壓元件的選用方面，應(yīng)盡量選用那些效率高、能耗低的。如：選用效率高的變量泵，根據(jù)負(fù)載的需要改變壓力，可節(jié)約能源的損耗；選用集成閥以減小管連的壓力損失；選擇壓降小、可連續(xù)控制的比例閥等等。 6 合理選用控制元件及系統(tǒng)管路 各類控制元件應(yīng)根據(jù)其在系統(tǒng)中相應(yīng)位置可能出現(xiàn)的最大壓 力和流量來(lái)確定其規(guī)格，不宜過(guò)大或過(guò)小。對(duì)于系統(tǒng)管路，應(yīng)盡量 縮短管長(zhǎng)，減小彎頭，彎頭處的角度不宜過(guò)小(通常應(yīng)≥90 o) ；應(yīng)根據(jù)管道類型合理選擇管中流速，管路系統(tǒng)應(yīng)盡量采用集成化方式進(jìn)行連接。設(shè)計(jì)方案中還應(yīng)注意優(yōu)化管路系統(tǒng)，在滿足功能要求的前提下，力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，避免多余的元件和油路，以達(dá)到節(jié)能效果。