液壓節(jié)能技術(shù)在高線生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用

   摘   要：本文以邢鋼高線生產(chǎn)為例，分析和介紹了液壓系統(tǒng)在原理設(shè)計和實際生產(chǎn)當(dāng)采用的節(jié)能技術(shù)，為液壓系統(tǒng)設(shè)計人員和設(shè)備管理人員在工作當(dāng)中提供一些參考經(jīng)驗。
        關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)  節(jié)能技術(shù) 
   
         邢鋼高線廠有兩條高速線材生產(chǎn)線，均為本世紀初由國外引進技術(shù)，關(guān)鍵設(shè)備、備件進口，主體設(shè)備國內(nèi)制造的生產(chǎn)線。在我廠從加熱、焊接、軋制、控冷、集卷、打包、秤重到卸卷各個工序均涉及到液壓系統(tǒng)，并起著關(guān)鍵重要作用。其液壓系統(tǒng)的主要控制元件和檢測元全部采用國外知名品牌的產(chǎn)品。液壓體統(tǒng)具有傳動平穩(wěn)，控制簡單、體積較小等優(yōu)點，但液壓系統(tǒng)傳動效率低，存在者能源浪費，特別是我國日益突出的電力緊張問題，導(dǎo)致電價大幅度上漲，所以在液壓系統(tǒng)當(dāng)中充分重視節(jié)能技術(shù)十分必要。
        一、液壓系統(tǒng)能源損失的主要原因
        液壓系統(tǒng)要進行兩次能量轉(zhuǎn)換，即由電機和泵把電能轉(zhuǎn)化為流體勢能，再通過液壓執(zhí)行元件把流體勢能轉(zhuǎn)化為機械能，能量損失較大，所以效率較低。液壓系統(tǒng)的能量損失全部以熱能的形式釋放。
        1.泵和馬達的發(fā)熱
        在液壓傳動當(dāng)中，旋轉(zhuǎn)式流體元件都在低于效率百分之百的情況下運轉(zhuǎn)，這就意味著，輸入到系統(tǒng)的能量比輸出的能量多，其損失的能量主要為泵和馬達的內(nèi)部磨損形成溫升轉(zhuǎn)化成熱能。
        2.節(jié)流引起的能量損失
        所有的流體動力控制閥都是利用節(jié)流來進行控制，這就意味著壓降（壓力損失），這種壓降同樣轉(zhuǎn)化成熱能（發(fā)熱）。泄漏，流體在管路當(dāng)中流動產(chǎn)生的壓降均屬此類問題。溢流閥在實際生產(chǎn)當(dāng)中產(chǎn)生熱量，或造成能量損失的現(xiàn)象最為常見。
        3.系統(tǒng)設(shè)計引起的能量損失
        在液壓系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，如果泵選用的流量比系統(tǒng)使用的流量過高，會導(dǎo)致泵在保證執(zhí)行元件工作的前提下，多余的流量通過溢流閥卸掉，從而產(chǎn)生能量損失。在系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計者要在考慮系統(tǒng)壓力、執(zhí)行元件的工作周期的條件下去考慮主泵的流量問題，泵的工作總流量同蓄能器相結(jié)合的條件下，可以實現(xiàn)系統(tǒng)流量低于泵工作的總流量，這樣既能保證執(zhí)行元件的正常工作又能使能量損失最小，這一點系統(tǒng)設(shè)計人員要尤為注意。在液壓系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中要充分考慮，各個執(zhí)行元件的工作并發(fā)性和互持性的問題，否則會造成很大能源浪費問題。另外，在液壓系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，中開式四通閥中的壓降不得超過50psi，閥的流通面積至少要為相應(yīng)管路流通面積的75%，如果可能管路尺寸選取應(yīng)使得流體為層流狀態(tài)。
         4.調(diào)試、維護、使用不當(dāng)帶來能量損失
        在企業(yè)當(dāng)中，由于調(diào)試、維護和操作不當(dāng)導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)油溫較高，而出現(xiàn)能量損失和元件損壞的現(xiàn)象，也是比較普遍存在的問題。 最為常見的現(xiàn)象有恒壓變量泵的溢流閥同系統(tǒng)的安全閥調(diào)整不匹配，導(dǎo)致泵始終存在流量輸出，安全閥（或溢流閥、平衡閥）出現(xiàn)故障或壓力調(diào)整過低，壓力繼電器出現(xiàn)故障或調(diào)整不當(dāng)?shù)取?br />        二、液壓節(jié)能技術(shù)在我廠生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用
        我廠的液壓系統(tǒng)當(dāng)中，所有的主泵均為德國力士樂的產(chǎn)品，閥為力士樂、日本油研產(chǎn)品，檢測元件為HYDAC產(chǎn)品。這些元件具有制造精度高，適應(yīng)工作環(huán)境強，工作穩(wěn)定等特點。下面就工作當(dāng)中的幾個典型液壓系統(tǒng)所采用的節(jié)能技術(shù)進行介紹分析。
        1.采用恒壓變量泵的節(jié)能應(yīng)用
        加熱爐液壓系統(tǒng)、預(yù)精軋軋液壓系統(tǒng)、加勒特卷曲機液壓系統(tǒng)、打包機液壓系統(tǒng)均采取該種設(shè)計模式。原理圖如下：

        該原理圖僅劃出了一個泵組，來說明問題，實際當(dāng)中可根據(jù)現(xiàn)實要求來配置需要的泵組。
        在該種設(shè)計結(jié)構(gòu)當(dāng)中，采用恒壓變量可實現(xiàn)根據(jù)執(zhí)行元件所需流量的大小，進行流量的調(diào)節(jié)，從而能夠保證泵提供的能量最多的傳遞給執(zhí)行元件。
        當(dāng)所有的執(zhí)行元件不工作時，如果電磁溢流閥失電，泵會卸載，能量消耗較小，但不是最佳狀態(tài)，因為此時恒壓變量泵會全流量輸出，由于流量較大會由于閥的節(jié)流作用產(chǎn)生熱量，從而形成能源浪費現(xiàn)象。最好的方式是電磁溢流閥在系統(tǒng)運行當(dāng)中始終處于失電狀態(tài)。我們要正確理解此處電磁溢流閥的作用不在于發(fā)揮節(jié)能效果，而是用于泵的保護。
        該種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用當(dāng)中，需要注意的問題是，恒壓變量泵自身帶有溢流閥和系統(tǒng)的溢流閥以及電磁溢流閥之間的壓力設(shè)定要必須匹配。否則會出現(xiàn)系統(tǒng)長期處于高油溫的能量消耗之下。在某高線廠出現(xiàn)了，打包機液壓系統(tǒng)（該系統(tǒng)為力士樂制造），油溫持續(xù)偏高，經(jīng)采取多方面的檢查分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的主溢流閥出現(xiàn)故障所致。在我廠出現(xiàn)過集卷液壓站持續(xù)高溫的現(xiàn)象，其主要問題出在運卷小車的升降控制閥臺的慣性保護閥的出現(xiàn)內(nèi)泄原因所致。因此在設(shè)備維護和調(diào)試當(dāng)中要給予重視。
        2.蓄能器在節(jié)能技術(shù)當(dāng)中的應(yīng)用
        蓄能器不僅能夠吸收液壓系統(tǒng)當(dāng)中的沖擊和脈動，其在液壓節(jié)能方面具有重要的應(yīng)用體現(xiàn)。我廠加勒特液壓系統(tǒng)，外方只提供各個閥臺的工作原理圖紙和各個執(zhí)行元件的工作流量，不提供泵站的工作原理圖。在各種工作元件當(dāng)中，卷曲機護罩升降液壓缸所需的流量為890l/m，根據(jù)各個執(zhí)行元件的工作周期表，計算出最大所需流量為930l/m，我廠委托某制造廠給泵站進行原理設(shè)計，該制造廠提供的方案為4臺泵，用三備一，每臺泵的流量為330l/m,每臺電機的功率為90KW。同時我廠也進行原理設(shè)計，我們的方案是4臺泵用三備一，每臺泵的流量為180l/m,每臺電機的功率為45KW，并配帶8個50L蓄能器。經(jīng)對兩個方案的對比和計算，后者不僅在設(shè)備的一次投資上比前者少35%，而且在今后的節(jié)電方面后者比前者具有較強的經(jīng)濟優(yōu)勢。在實際的應(yīng)用當(dāng)中也證明了后者能完全滿足生產(chǎn)的需要，后者可行的主要因素在于，不僅考慮了系統(tǒng)流量（速度）的需要，同時考慮了壓力因素的作用，因為負載較小，蓄能器能夠儲存和釋放該執(zhí)行元件所需要的流量（能量）。
        在蓄能器作為節(jié)能元件應(yīng)用時，要充分注意蓄能器的沖氮壓力的設(shè)定，如果蓄能器的沖氮壓力大于或等于系統(tǒng)壓力，蓄能器將不會起到蓄能和節(jié)能的作用，蓄能器的壓力設(shè)定取決于所需執(zhí)行元件工作時的負載大小。
        3.定量泵同電磁溢流閥相結(jié)合的節(jié)能應(yīng)用
        該種設(shè)計原理主要是在系統(tǒng)當(dāng)中增加壓力繼電器來實現(xiàn)節(jié)能控制。該壓力繼電器具備高壓點和低壓點發(fā)出信號的功能。在系統(tǒng)壓力達到壓力繼電器的高壓點時電磁溢流閥得電，泵處于卸載工作，處于節(jié)能狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)有執(zhí)行元件工作時或系統(tǒng)由于內(nèi)泄降到壓力繼電器的低壓點時，電磁溢流閥失電，泵進行帶壓輸出。
        在該種結(jié)構(gòu)當(dāng)中，需要注意的問題是，由于電磁溢流閥頻繁的得電和失電會造成電磁溢流閥的損壞較快，從而出現(xiàn)內(nèi)泄而造成能量損失。另外，如果該系統(tǒng)不是連續(xù)工作，建議在系統(tǒng)不工作時，給系統(tǒng)下電，此時消耗會最少。
        4.多執(zhí)行元件，少量連續(xù)工作的節(jié)能應(yīng)用
        我廠粗中軋和卸卷液壓系統(tǒng)屬此類情況。在粗中軋區(qū)域，有當(dāng)量的液壓執(zhí)行機構(gòu)，但是這些執(zhí)行機構(gòu)僅在設(shè)備檢修時應(yīng)用，并且不是全部同時工作，而在生產(chǎn)當(dāng)中僅有拉出機一個液壓缸工作（流量為25l/m）。此液壓站配備的泵組為125l/m，電機功率為45KW,這種大馬拉小車的現(xiàn)象不僅造成了大量電能的浪費，同時由于各個管路存有高壓油，容易產(chǎn)生泄漏造成油品和其他元件的消耗和浪費。為此我們把拉出機液壓動作，單獨設(shè)計一個小型液壓站，其電機功率為5.5KW，泵的流量為30l/m,換向閥為M型中位機能，該小型液壓站投資僅1萬元，而該項改造工作，每年節(jié)省電費、油耗和備件消耗在10萬元以上。
        三、結(jié)束語
        在液壓系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，在保證系統(tǒng)的正常工作的前提下，要充分重視節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。在設(shè)備維護管理當(dāng)中除要注意節(jié)能之外，還要注意由于能源浪費帶來的其他危害，我廠由于充分重視液壓節(jié)能問題，每年為企業(yè)節(jié)省了大量資金，有利的支持了企業(yè)的發(fā)展。