工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢

陳家春，張修碩

（昆明理工大學，云南 昆明 650500）

工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢

陳家春，張修碩

（昆明理工大學，云南 昆明 650500）

[摘 要]工程建設的發展使得工程機械技術日趨成熟，且逐步朝著多樣化方向發展，不論是從數量還是種類上都比過去有明顯進步。本文以工程機械液壓節能技術的現狀為出發點，對其今后的發展趨勢進行了簡單論述，希望有助于未來工程機械液壓節能技術的發展。

[關鍵詞]工程機械；液壓；節能；現狀；發展趨勢

現代化建設進程的加快，帶動了工程建設的發展，而工程建設的日趨成熟也使得工程機械獲得快速發展。目前的工程機械摒棄了過去單一的作業模式，不論是在數量還是種類上均有明顯提高，但其能耗大、對環境造成污染等問題也隨之暴露出來。為了有效保護環境，合理利用資源，對工程機械采取節能減排措施是不二途徑[1]。工程機械液壓節能技術的發展是節能減排的重要途徑。

1 目前工程機械液壓節能技術的現狀

1.1 變量泵控制方式

若施工空間的難度較大，以變量泵為主的工程機械便能發揮作用，其通過對排量的控制使諸如壓力感應控制、發動機功率控制以及切換節流調速等相關問題得以解決，把能源的消耗降到最低，也正是由于其這一優點，使其被廣泛運用于工程機械液壓節能工作中，節能效果甚是理想。變量泵的作用不僅體現在對排量的控制上，不同的控制手段也會影響其輸出性質，因而在選擇控制方式上要有針對性，使輸出控制更為合理。排量控制、LUDV控制以及LS負載敏感控制均包含在變量泵的控制范圍內，下面將對這三點進行重點分析。

1）排量控制 所謂的排量控制其實就是直接控制排量，利用對壓力的調整控制使排量值達到預期效果，其分為正、負兩種流量控制方式。正流量控制主要是用節流調速的方式替換掉容積調速，進而提高整個系統的工作效率，其最早可見于液壓挖掘機系統中。先導式三位六通多路閥是挖掘機中最為常見的一種，其泵排量同先導操縱的壓力變化并無明顯區別，但隨之也暴露出一些問題，比如增加了梭閥組使系統的復雜性，影響了系統的響應速度。通過負流量控制系統可以有效降低因為六通多路閥中造成的空流與節流損失，其在早期的PC系列挖掘機經常可見。

2）LS負載敏感控制 雖然能夠讓輸出壓力以及流量符合負載需求，使液壓設備的工作效率得到提高。但也存在諸多問題，如果大范圍的開閥，或者泵的供油輸出與系統規定的流量標準不符，不論是超出或低于，都會對其負載兀件速度造成影響，使整個液壓系統趨于混亂，因此，在系統流量處于高狀態時，最好不使用LS控制系統。

3）LUDV系統 其屬于單泵單回路系統的范疇，針對LS負載敏感系統造成的不足可以進行彌補，同一般的負載傳感系統比較，節流閥的后半部分常安裝壓力補償閥，且負載壓力的信號也由梭閥的極限壓力所決定，若設備不存在較為明顯的負載大小，如小型的挖掘機，便可采用這一系統。

1.2 電液比例控制的智能化

電液比例技術的優勢就在于其能對復雜的液壓信號傳遞管道進行優化，利用電信信號將液壓數據參數傳送出去，使過去冗長的系統響應時間有效縮短，讓挖掘機操作起來更加簡便[2]。電液比例控制的智能化隨著計算機技術的進步而日趨完善，主要表現在其通過計算機能夠在最短的時間內對包括液壓系統和柴油機的壓力、柴油機轉速在內的多種運行數據進行檢測，結合數據對挖掘機動力系統進行調整，使系統更加高效，節能。

1.3 多路閥多方式組合控制

在平常的工程機械中四、六通道多路閥是使用的最多的系統，直通供油路構成了多路閥系統中的優先回路；而當并聯回路處于中位階段時，則由并聯供油路和直通供油路共同組成，同時其也能及時反映出壓力、功率與流量的變化，并將情況反饋出去，拓寬負載傳感閥的控制范圍，比如：在通用閥中加入油聯，進而以流量負載實現對系統的控制。總的來說，液壓系統的節能效果受到多路閥組合智能化程度影響，若具有較高程度的智能化，液壓系統便能呈現出較為理想節能效果。

1.4 混合動力系統

當前，在大部分工程機械與汽車制造業中混合動力系統得到廣泛運用。同時這一系統也普遍存在于我們常見的公交車和液壓挖掘機中，而混合動力系統也囊括電能、壓力兩種類型的儲能方式。

一方面，若電能是混合動力系統的儲能方式，則有串聯式、并聯式和混聯式三種混合動力系統。所謂的串聯式混合動力系統，其發動機和動力傳動系統沒有直接接觸，始終在高效率區域內運行。電動機可在負荷發生改變的時候，對自身的轉距和轉速進行自動調整，電動機的運行主要依靠發電機和蓄電池所供應的能量。這種方式可以使發動機運作的穩定性更高，因此有著較高的排放和能量效率，但因為電動機的額定功率在一定程度上對整個系統的負載能力起到了決定作用，因此并不十分完善，所以對電動機轉速的高低控制就顯得尤為重要。發動機、蓄電池和電動機的作用就在于將能量供應給并聯式混合動力系統，且因為轉矩合成器，動力傳動系統與每一個部件緊密相連。如果運行速度與負載都不高，可以只依靠電力驅動。充分結合了電動機與發動機是這一系統呈現出的優勢，因而具備充足的動力供應。并聯式混合動力系統對控制系統提出了更高的要求，當機械在制動過程中，電動機則充分發揮替代發電機與收集能量的作用。混聯式混合動力系統大致分為助力型、雙模式型和續駛里程延長型三種，其主要是對上訴兩種系統進行綜合。

另一方面，若壓力是混合動力系統的儲能方式，則有二次調節靜液驅動、Cumulo驅動和CPS三種系統。Cumulo多數情況下被運用于公共汽車制造中，汽車的傳動軸和液壓泵相互連接是這一系統的特點所在，汽車啟動時，傳動軸和液壓泵相互作用，將備罐內的油液泵與壓縮器連接，后由壓縮器將氮氣引入兩個高壓容器內，因此當汽車在運動時，氣體就會重新回到系統中、成為驅動的動力。這種方式可以把汽車的燃料消耗控制在一個適度范圍內，延長制動器的使用期限，有效降低汽車尾氣對環境造成的不良影響。通過柴油機把能量提供給車輛，保證其恒轉速行駛或者彌補系統中漏掉的液壓，使柴油機在一個安全、高效的工作區域內運作，這些都是二次調節靜液驅動系統所具備的優點。CPS系統不但有著簡單的結構，且運行效率與前兩者相比相對較高，因此也是當前回收汽車能量中采取的主要方式，其通過飛輪與發動機聯合驅動而產生動力，后經定壓源液壓帶動系統、使能量傳輸，進而得以對汽車的速度進行控制。

2 工程機械液壓系統節能的發展趨勢

2.1 自動化、機電一體化提高

未來，科技的進步與發展必然會促進工程機械技術的提高，同時，其也將液壓節能技術朝著智能化方向發展。工程機械液壓技能技術在今后會與計算機技術相互配合，使自身的制動檢測功能得到提高，進而在檢測上更具有準確性、可靠性和系統性，對各項參數進行控制，使發動機始終保持在一個高效節能的工作狀態，這不但有助于液壓挖掘機面對不同的工作環境進行制動控制，同時也促使工作效率的提高[3]。這就需要設計工作人員在設計上投入更多的精力，增加其嚴密性與安全性，進而將工程機械節能技術更加智能化。

2.2 依據功率匹配實現液壓節能

就工程機械而言，系統的功率匹配問題是對液壓節能技術影響最大的因素。在調節過程中，如果要合理匹配發動機與泵，就要合理調節泵的排量，同時泵排量的調節也需要系統負載與泵相互配合，因而這也就為調節兩者帶來了新的困難。現階段，變量泵與負載敏感系統普遍運用于大多數挖掘機中的。負載敏感系統在對泵的要求上更為嚴格，要求其能很好地適應系統流量與來自負載的壓力，進而讓泵和負載相互匹配，并根據匹配的功率對發動機的工作點進行確定，達到對工程機械中發動機油門大小自動調節的目的，使系統全局功率高度匹配。

3 結 語

工程機械的使用期限大多都受到人為因素的制約，油泵功率和發動機功率匹配程度對實際操作的效率與質量有著直接影響，要想延長包括發動機和各個液壓原件的使用壽命就必須有效控制液壓系統的流量與壓力，減少損失，同時在工程機械系統中融合微電子與計算機控制技術，進而使整體功能特性得到提高，降低機械損耗。

[參考文獻]

[1]王有儒．工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢[J]．科技向導，2013，（24）：327．

[2]安陽，葉兵．探究工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢[J]．電子世界，2014，（2）：167．

[3]汪世益，方勇，滿忠偉．工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢[J]．工程機械，2010，（9）：54-55．

（編輯 張磊慶）

Development status and trend of construction machinery energy saving technology by hydraulic pressure

CHEN Jia-chun, ZHANG Xiu-shuo

［中圖分類號］TH137

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)12-0031-02

［收稿日期］2015-10-08