液壓挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)綜述

毛 欣

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 前 言

液壓挖掘機(jī)是各類工程建設(shè)中常見的機(jī)械種類，在道路、礦山、市政等各項施工和建設(shè)中占據(jù)著基礎(chǔ)性機(jī)械的地位，液壓挖掘機(jī)具有體量大、工作性好、效率高的優(yōu)勢，使得工程施工中得到了廣泛地應(yīng)用。液壓挖掘機(jī)在傳統(tǒng)的工程應(yīng)用中存在能耗過大的問題，不但會造成液壓挖掘機(jī)施工成本的增加，而且也會降低整體工程的效率。應(yīng)該從液壓挖掘機(jī)的基本特點認(rèn)知出發(fā)，探尋液壓挖掘機(jī)實現(xiàn)節(jié)能運行的模式和方法，利用二次元件技術(shù)、能量回收循環(huán)技術(shù)、閥芯控制技術(shù)等先進(jìn)手段，提高液壓挖掘機(jī)的節(jié)能效果和工作效率，確保液壓挖掘機(jī)在各類生產(chǎn)和施工中的高效化、節(jié)能化的應(yīng)用。

2 液壓挖掘機(jī)的特點

2.1 液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

液壓挖掘機(jī)是挖掘機(jī)的主要種類，其主要結(jié)構(gòu)和功能部分由液壓系統(tǒng)組成，利用帕斯卡原理通過油泵、缸體、馬達(dá)、閥門的組合，做到對挖掘機(jī)動力部分和工作部分的有效組合，在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成挖掘施工的主要功能部分，實現(xiàn)在施工中對土方、原材料、礦石、煤炭的挖掘。

2.2 液壓挖掘機(jī)的系統(tǒng)特點

液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)由動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)采用不連續(xù)的策略進(jìn)行組合，通過對挖掘機(jī)位置的改變和挖掘機(jī)狀態(tài)的調(diào)整實現(xiàn)挖掘操作。由于系統(tǒng)間的配合存在一定的消耗，液壓挖掘機(jī)的運行中會在系統(tǒng)上表現(xiàn)出能耗和無功損失，形成液壓挖掘機(jī)工作中的能量浪費，這是液壓挖掘機(jī)工作中必然產(chǎn)生的客觀現(xiàn)象。

3 液壓挖掘機(jī)節(jié)能應(yīng)用的控制方法

3.1 液壓挖掘機(jī)節(jié)能的模式控制

要從液壓挖掘機(jī)的工作種類出發(fā)，對不同的工況進(jìn)行模式上的劃分，重點對液壓挖掘機(jī)的挖掘操作、破碎操作、行走和搬運操作進(jìn)行種類劃分和科學(xué)歸類，確定相關(guān)模式下液壓挖掘機(jī)節(jié)能運行的方法，在提高液壓挖掘機(jī)工作效率的同時，做到對液壓挖掘機(jī)能源消耗的全面控制。

3.2 液壓挖掘機(jī)節(jié)能的狀態(tài)控制

在液壓挖掘機(jī)實際工程運行中會出現(xiàn)輕載、怠速、空載和減速等情況，如果在這些情況下依然采用大輸出模式，將會使液壓挖掘機(jī)的能耗迅速增加。應(yīng)該針對各類空載和低負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行液壓挖掘機(jī)輸出的調(diào)整，降低這些情況下燃油的消耗，在控制液壓挖掘機(jī)能量浪費的同時，確保液壓挖掘機(jī)能源利用率的提升。

3.3 液壓挖掘機(jī)節(jié)能的流量控制

變量泵是液壓挖掘機(jī)調(diào)節(jié)不同負(fù)載水平油量消耗的重要期間，對液壓挖掘機(jī)在不同環(huán)境、不同工作模式、不同負(fù)荷的運行和油量消耗有著主動的控制。在液壓挖掘機(jī)的運行中要注意對變量泵的控制，根據(jù)節(jié)流元件反映出的數(shù)據(jù)，從發(fā)動機(jī)入口油料壓力對發(fā)動機(jī)液壓泵排量的控制實現(xiàn)對油量的行反向調(diào)節(jié)，從而控制液壓挖掘機(jī)發(fā)動機(jī)的油耗穩(wěn)定在合理的水平，并通過旁通回油流量管理使整個系統(tǒng)回油功率的損失保持在恒定的數(shù)值范圍內(nèi)，做到對流量消耗的全面管理與控制。

4 液壓挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的要點

液壓挖掘機(jī)節(jié)能是運用液壓挖掘機(jī)和工程建設(shè)的長期任務(wù)，也是實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能工程施工的基礎(chǔ)，應(yīng)該在結(jié)合液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)特點的基礎(chǔ)上，立足于液壓挖掘機(jī)工程實際應(yīng)用的控制方法和基礎(chǔ)，從具體應(yīng)用中做到對液壓挖掘機(jī)節(jié)能化目標(biāo)實現(xiàn)的保障，當(dāng)前應(yīng)該從如下一些技術(shù)來實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的節(jié)能運行。

4.1 二次元件技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用

二次元件技術(shù)的主旨是通過二次調(diào)節(jié)液壓挖掘機(jī)的液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)，做到對液壓挖掘機(jī)傳動能耗的控制。二次元技術(shù)是通過壓力偶系統(tǒng)，以二次元件對閉環(huán)內(nèi)部和油量采用調(diào)節(jié)、控制的措施，以達(dá)到對傳動系統(tǒng)運行的高精度控制，從而降低液壓挖掘機(jī)運行中速度調(diào)整、轉(zhuǎn)矩調(diào)整、狀態(tài)調(diào)整中能量的消耗，以此來提高液壓挖掘機(jī)的節(jié)能效果。二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)可將多個負(fù)載相互獨立地并聯(lián)在一個恒壓網(wǎng)絡(luò)上，并可分別對各負(fù)載端二次元件進(jìn)行互不相關(guān)的閉環(huán)反饋控制，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率的控制。對挖掘機(jī)恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并與傳統(tǒng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)能耗進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明基于恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)技術(shù)的液壓挖掘機(jī)具有較好的節(jié)能效果。由于二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)具有很多優(yōu)點，并且其理論研究不斷深入，二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，目前已在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，用于二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的液壓元件成本較高，使其在短時間內(nèi)還不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的靜液傳動技術(shù)。

4.2 能量回收技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用

液壓挖掘機(jī)整體質(zhì)量大，工作平臺、回轉(zhuǎn)平臺以及工作裝置的慣性大，特別是液壓挖掘機(jī)鏟斗、動臂的運行過程中，想要打破靜止和運行的狀態(tài)需要大量的能耗，如果沒有能量的回收體系，很多能量職能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，并會造成液壓系統(tǒng)高溫?fù)p傷和動力系統(tǒng)設(shè)備傷害，影響液壓挖掘機(jī)的節(jié)能目標(biāo)與使用性能。應(yīng)該在液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用能量回收子系統(tǒng)，通過能量儲存元件對液壓挖掘機(jī)的慣性和能量進(jìn)行必要的回收，進(jìn)而在后續(xù)的操作中加以理應(yīng)，這會提高能源的利用效率，同時也做到對液壓挖掘機(jī)主要設(shè)備的穩(wěn)定維護(hù)。當(dāng)前液壓挖掘機(jī)能量回收儲存技術(shù)可以分為機(jī)械能量回收系統(tǒng)，液壓能量儲存系統(tǒng)和電力能量再利用系統(tǒng)，要根據(jù)液壓挖掘機(jī)的運行狀態(tài)、實際應(yīng)用情況進(jìn)行能量回收系統(tǒng)的設(shè)計，使能量能夠得到高效率地再利用，做到對節(jié)能效果的保障。

4.3 閥芯控制技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用

傳統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)一般采用六通多路閥控制主泵供油，這種方式不但會造成供油的浪費，而且也存在控制流量不精確的問題。隨著電液比例控制技術(shù)的不斷發(fā)展，實際應(yīng)用中出現(xiàn)了雙閥芯控制技術(shù)分別控制系統(tǒng)進(jìn)出口通流面積的節(jié)能方案，可以在一定程度上減少主控閥進(jìn)、出節(jié)流口及旁通油口的壓力損耗，且使系統(tǒng)的控制性能得到了有效的改善。另外，雙閥芯獨立控制技術(shù)也取得了一些研究成果，并且應(yīng)用效果明顯。

5 結(jié) 語

液壓挖掘機(jī)是當(dāng)前工程施工重要的機(jī)械，主要是利用液壓、油電系統(tǒng)提供和轉(zhuǎn)化的動力，使挖掘的效率和質(zhì)量得到全面提升，形成了對建設(shè)的提高與強(qiáng)化作用。新時期節(jié)能成為工程建設(shè)的核心目標(biāo)，液壓挖掘機(jī)在能耗上一直存在利用率和轉(zhuǎn)化效果的問題，使工程造價和成本出現(xiàn)了迅速增加，并會造成液壓挖掘機(jī)的壽命縮短。當(dāng)前應(yīng)該充分利用節(jié)能技術(shù)，落實液壓挖掘機(jī)模式控制、狀態(tài)控制等措施，積極運用二次元件、能量回收、閥芯控制等技術(shù)，做到對液壓挖掘機(jī)能耗和運行成本的控制，做到對綠色、節(jié)能工程建設(shè)目標(biāo)實現(xiàn)的保障。

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