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液压元件/液力元件 |
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关于液压系统设计中的节能问题 |
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作者：湖南冶金职业技术学院机械工程系 陈义庄 |
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在液压系统的设计中，不但要实现其拖动与调节功能，还要 尽可能地利用能量，达到高效、可靠运行的目的。液压系统的功率 损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变质，导致液压设备发生故障。因此，设计液压系统时必须多途径地考虑降低系统的 功率损失。 几种控制回路的功率损失
 1 选用传动效率较高的液压回路和适当的调速方式
目前普遍使用着的定量泵节流调速系统，其效率较低(<0.385)， 这是因为定量泵与油缸的效率分别为85%与95%左右，方向阀及管路等损失约为5%左右。所以，即使不进行流量控制，也有25%的功 率损失。加上节流调速，至少有一半以上的浪费。此外，还有泄漏 及其它的压力损失和容积损失，这些损失均会转化为热能导致 液压油温升。所以，定量泵加节流调速系统只能用于小流量系统。为了提高效率减少温升，应采用高效节能回路，上表为几种回路功率损失比较。另外，液压系统的效率还取决于负载。同一种回路，当负载流量QL与泵的最大流量Qm 比值大时回路的效率高。例如可采用手动伺服变量、压力控 制变量、压力补偿变量、流量补偿变量、速度传感功率限制变 量、力矩限制器功率限制变量等多种形式，力求达到负载流量Q L与泵的流量的匹配。
2 对于常用的定量泵节流调速回路，应力求减少溢流损失
2.1采用卸荷回路
机械的工作部件短时停止工作时，一般都让液压系统中的液 压泵空载运转(即让泵输出的油液全部在零压或很低压力下流回油箱)，而不是频繁地启闭电机。
这样做可以节省功率消耗，减少液压系统的发热，延长泵和电机的使用寿命，一般功率大于3kw的液压系统都设有卸荷回路。下面介绍几种典型的卸荷回路。
2.1.1采用三位阀的卸荷回路
采用具有中位卸荷机能的三位换向阀，可以使液压泵卸荷。 这种方法简单、可靠。中位卸荷机能是M、H、K型。图1为采用 具有M型中位机能换向阀的卸荷回路。这种方法比较简单，阀 处于中位时泵卸荷。它适用于低压小流量的液压系统；用于高压 大流量系统，为使泵在卸荷时仍能提供一定的控制油压[(2~3)× 105Pa]，可在泵的出口处(或回油路上)增设一单向阀(或背压阀)。 但这将使泵的卸荷压力相应增加。
图1 三位阀卸荷回路
2.1.2采用二位二通阀的卸荷回路
图2为采用二位二通阀的卸荷回路，图示位置为泵的卸荷状 态。这种卸荷回路，二位二通阀的规格必须与泵的额定流量相适 应。因此这种卸荷方式不适用于大流量的场合，且换向时会产生 液压冲击。通常用于泵的额定流量小于63L/min液压系统。
图2 二位二通阀卸荷回路
2.1.3用先导式溢滚阀的卸荷回路
如图3所示，在先导式溢流阀1的遥控口接一小规格的二 位二通电磁阀2。其卸荷压力的大小取决于溢流阀主阀弹簧的 强弱，一般为(2~4)×105Pa。由于阀2只须通过先导式溢流阀1 控制油路中的油液，故可选用较小规格的阀，并可进行远程 控制。这种型式卸荷回路适用于流量较大的液压系统。
图3 先导阀卸荷回路
卸荷回路还有很多，如双联泵供油系统中常用外控制序阀的 卸荷回路；压力补偿变量泵的卸荷回路；液压泵卸荷时系统仍需 保持压力的保压卸荷回路；适应于大流量系统的二通插装阀卸荷 回路；“蓄能器＋压力继电器＋电磁溢流阀”构成的卸荷回路 等。
2.2采用双泵双压供油回路
图4是双泵供油的快速运动回路。 液压泵1为高压小流量泵， 其流量应略大于最大工作速度所需要的流量，其工作压力由溢流 阀5调定。泵2为低压大流量泵(两泵的流量也可相等)，其流量 与泵1流量之和应等于液压系统快速运动所需要的流量，其工作 压力应低于液控顺序阀3的调定压力。
图4 双泵双压供油回路
这种快速回路功率利用合理，效率较高，缺点是回路较复杂，成本较高。
3 采用容积调速回路和联合调速回路
1)利用改变量泵或变量液压马达的排量来调节执行元件运动速度的回路，称为容积调速回路。这种调速回路无溢流损失和节流损失，故效率高、发热少，适用于高压大流量、大功率设备的液压系统。
2)联合调速回路无溢流损失，其效率比节流调速回路高。在采用联合调速方式中，应区别不同情况而选不同方案：对于进给速度要求随负载的增加而减少的工况，宜采用限压式变量泵节流调速回路；对于在负载变化的情况下进给速度要求恒定的工况，宜采用稳流式变量泵节流调速回路；对于在负载变化的情况下，供油压力要求恒定的工况，宜采用恒压变量泵节流调速回路。
4 发挥蓄能器的功用
4.1作辅助动力源
总的工作时间较短的间歇工作系统或在一个工作循环内速度差别很大的系统，使用蓄能器作辅助动力源可降低泵的功率，提高效率，降低温升，节省能源。图5 所示为一液压机的液压系统。当液压缸带动模具接触工件慢进和保压时，泵的部分流量进入蓄能器1被储存起来，达到设定压力后，卸荷阀2打开，泵卸荷。此时，单向阀3使压力油路密封保压。当液压缸快进快退时，蓄能器与泵一起向缸供油，使液压缸得到快速运动。故系统设计时，只需按平均流量选用泵，使泵的选用和功率利用比较合理。
图5 液压机液压系统
4.2回收能量
蓄能器在液压系统节能中的一个有效应用是将运动部件的动能和下落质量的位能以压力能的形式回收和利用，从而减小系统能量损失和由此引起的发热。如为了防止行走车辆在频繁制动中将动能全部经制动器转化为热能，可在车辆行走系的机械传动链中加入蓄能器，将动能以压力能的形式回收利用。
5选用高效率的节能液压元件
在液压元件的选用方面，应尽量选用那些效率高、能耗低的。如：选用效率高的变量泵，根据负载的需要改变压力，可节约能源的损耗；选用集成阀以减小管连的压力损失；选择压降小、可连续控制的比例阀等等。
6 合理选用控制元件及系统管路
各类控制元件应根据其在系统中相应位置可能出现的最大压 力和流量来确定其规格，不宜过大或过小。对于系统管路，应尽量 缩短管长，减小弯头，弯头处的角度不宜过小(通常应≥90 o) ；应根据管道类型合理选择管中流速，管路系统应尽量采用集成化方式进行连接。设计方案中还应注意优化管路系统，在满足功能要求的前提下，力求系统简单可靠，避免多余的元件和油路，以达到节能效果。
参考文献：
1.张利平.《液压气动系统设计手册》.北京.机械工业出版社. 1997.01
2.陆望龙.《实用液压机械故障排除与修理大全》.湖南.湖南科 技出版社.2004.01
3.贾铭新.《液压传动与控制》.北京.国防工业出版社.2001. 01
4.李鄂民.《液压与气压传动》.北京机械工业版社.2002. 09(end)
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(1/15/2006) |
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