工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢

刁玉峰 杜俊 楊德軍

摘 要：作為一種能量轉化以及控制方式，液壓系統有以下幾方面優點：第一是功率密度較大，第二是調節范圍較廣，第三是控制性較好；然而也存在著一些不足，例如能量損耗較為嚴重。隨著時代的變化與發展，環保節能受到重視，本文主要圍繞工程機械液壓節能技術，就其發展現狀以及發展趨勢進行簡要的分析與研究。

關鍵詞：工程機械；液壓；節能技術；發展趨勢

0 前言

液壓傳動系統有許多優點，所以在以下幾個領域得到了廣泛的運用：一是冶金機械領域，再是工程機械領域，還有一個是軍事工業領域。在具有許多優點的同時，該系統也存在著許多不足，例如工作效率較低造成了能源被浪費，故此該系統的節能問題也日益被重視。

1 技術現狀

1.1 變量泵控制節能技術

當工程機械的施工空間受到一定限制時，可采取以下幾種方法來達到減少能源消耗的目的：第一種是調節變量泵的排量，第二種是控制壓力感應，第三種是調節發動機功率。采取這些節能方式的優點有以下幾點：一是操作較為方便，二是時效性較強，三是節能效率較高。所以，這些方法在工程機械中得到非常廣泛的應用。變量泵主要分為以下幾種類型：第一種是排量控制，第二種是LS負載敏感控制，第三種是LUDV控制。

1.1.1 排量控制

排量控制主要對變量泵的排量進行直接改變，使控制壓力能夠達到理想的排量值，排量控制主要包括以下兩種[1]：負流量控制和正流量控制。

負流量控制系統最初被用在挖掘機上，該系統能夠消除旁路節流損失，與傳統的恒功率變量控制相比有較大的改變。它克服了泵在工作時的幾種極端狀態，第一種是最大流量的極端狀態，第二種是最大功率的極端狀態，第三種是最大壓力的極端狀態，取得了較好的節能效果。該系統的主控制閥的中位流量輸出端口為輸入信號采集點，這是負流量控制系統中的旁通回路，當主控制閥有所動作時，就會使節流口流量逐漸增加，此時節流口前的壓力有所上升，活塞將閥芯推到左邊，系統工作口改變成右端，這就使得活塞向左側移動，泵的輸出量就會變少。與之相反，如果節流口的流量壓力逐漸減小時，泵的排量就會逐漸增加。

正流量控制系統是以負流量控制技術為基礎而發展的。這種系統的特點是對手柄進行操作，對轉向閥以及泵的排量進行相應的控制，這種技術的應用代表有以下兩種：一種是RexrothA8V系列主泵，另一種是M8開中心系列主閥。該系統在調節泵的壓力信號時由先導閥發出，但是泵和主控閥的動作保持高度一致，這就決定了與負流量控制相比該控制系統更為優越。此外，在負流量系統中，節流口信號壓力值有一定的范圍，通常為5～6MPa，這種壓力僅用在產生負流量控制信號上，但正流量控制系統沒有這個裝置，其回油壓力僅為背壓。因此，與負流量控制相比正流量控制要更為節能。

1.1.2 LS負荷敏感控制

該控制能夠將以下幾種需求調節為一致：第一種是輸出壓力，第二種是流量需求，第三種是負載需求，使得液壓系統的工作效率有所提升。然而這種控制方式也有不足之處：當液壓閥的開口處于較大情況時或供油量未能達到理想要求時，就會使元件的運動速度受到重大影響，進而影響到液壓系統的穩定性。因此，當液壓系統的流量較大時，不能采取這種控制方式來進行液壓節能。

1.1.3 LUDV控制

該系統能夠在一定程度上對LS負荷敏感控制中的不足進行彌補。LUDV控制是單泵單回路系統，該系統在節流閥后面相應設置了壓力補償閥。在LUDV控制系統中，其梭閥的極限壓力主要由負載壓力的信號決定。因此，該系統一般用于負載變化不大的機械中，例如小型挖掘機。

1.2 電液比例閥控制節能技術

運用該技術能夠在一定程度上簡化液壓信號的傳遞管道，進而使得傳遞液壓數據能夠應用電信號，極大地縮短了響應時間，使工程機械更利于操作[2]。我國的計算機技術發展突飛猛進，如果能夠將計算機與液壓系統緊密結合起來實現電液控制智能化，能夠完成對以下幾方面參數的監控：第一是液壓油壓的監控，第二是柴油機轉速，通過具體的數據來實現動力的相應調整，使液壓系統處于節能狀態，防止出現能量浪費的現象。

1.3 多路閥組合節能技術

在工程機械液壓系統中，多路閥是其中的核心控制元件，它的研究一直廣受重視。國內外眾多學者對其進行了不斷的分析與研究，取得了較大的成績。

1.3.1 國外研究進展

在閥體流道的制作工藝上，德國linde公司對其進行了研究，先對金屬薄板進行切割，這個過程中采用激光進行切割，接下來將切割好的薄板組合成流道，與傳統鑄造工藝相比，這種制作工藝的優點在于使流體的阻力有了較大程度的降低。韓國研究出了一種專門針對閥口面積的計算的軟件，它可以實現主閥閥門面積的自動調節與控制，在一定程度上降低了流量的損失，使得能量的利用率有了一定程度的提升，大概提升16%。

1.3.2 國內研究進展

蘭州理工大學針對以下兩方面進行了相應研究：一個是機械液壓減振的研究，另一個是主控制閥的研究。在新的滑閥節流槽閥口面積的計算上，研究人員提出了新的面積計算方法。閥口流量系數隨著以下幾方面的不同而存在一種規律性的變化[3]：第一是閥口形狀、第二是閥口開度，第三是流動方向。在主控制閥上采取了以下幾種方法，使得系統的振動問題得到了有效的解決：第一是閥口異步關閉，第二是多級加速，第三是導閥正開口，第四是背壓制動等。

2 技術發展趨勢

隨著工程機械技術取得較大發展，液壓技術也取得了相應的發展。從當前的趨勢來看，實現產品自動化已經成為發展的主要方向，并且逐漸向超智能化方向發展。充分運用計算機技術，將其應用到自動檢測系統中，對各項參數進行監控，使得自動控制發動機在節能狀態下工作。對于液壓挖掘機，要對其工作環境及效率進行控制，同時在以下幾方面要進行控制設計，第一是自動控制方面，第二是自動障礙分析方面，為適應時代的變化與發展而進行不斷的改進。

參考文獻

[1] 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，2010，09：51-57+9.

[2] 王有儒.工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢[J].科技致富向導，2013，24：327.

[3] 姜曉峰.解析工程機械液壓節能技術的現狀及發展趨勢[J].山東工業技術，2016，01：111-112.