液壓傳動系統(tǒng)中的節(jié)能措施研究

黃婭莉

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

液壓傳動系統(tǒng)節(jié)能措施只是起到節(jié)能降耗環(huán)保作用，但系統(tǒng)本身的運行效率卻是只能提升，不能降低的，在質(zhì)量和性能方面更是如此，所以該液壓傳動系統(tǒng)還是要按照一定的原則進(jìn)行設(shè)計，使軌梁廠的生產(chǎn)效率不會受到影響。本文主要針對液壓傳動系統(tǒng)中的節(jié)能措施進(jìn)行研究。

1 液壓傳動系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計原則

液壓傳動系統(tǒng)在進(jìn)行節(jié)能環(huán)保設(shè)計時，要采用綠色設(shè)計與制造技術(shù)，使該傳動系統(tǒng)在環(huán)保同時，能在能量消耗上貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。相關(guān)的設(shè)計原則主要有五方面。

其一資源利用程度最大原則。主要指的是系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)原材料，在性能和質(zhì)量條件差不多的情況下，廠家要選用資源比較常見的材料作為生產(chǎn)原材料，對于匱乏的資源材料，也要盡可能找到該資源的代用材料。還要使該材料制作成系統(tǒng)設(shè)備時，使用周期是長的，即使設(shè)備不能使用，設(shè)備材料是可以被回收利用的。

其二液壓傳動系統(tǒng)的材料不僅要環(huán)保，可持續(xù)利用，系統(tǒng)的很多元件在工作時，也要起到環(huán)保效果。

其三能量損耗最少原則，產(chǎn)品使用周期在得到保證后，還要保證產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中消耗的能量最少，可以對系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計，對液壓傳動技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

其四設(shè)計先進(jìn)性原則，液壓傳動系統(tǒng)作為動力裝置，不能太過笨重，一般性能發(fā)揮與外觀規(guī)模等都是相適應(yīng)的。基于產(chǎn)品性能要求，還要對產(chǎn)品進(jìn)行簡化設(shè)計，使其在外觀和規(guī)模以及重量和質(zhì)量上都得到優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)可以簡單，零件可以少，但不能對產(chǎn)品運行的穩(wěn)定安全性產(chǎn)生影響。隨著軌道設(shè)計要求越來越高，軌梁廠生產(chǎn)質(zhì)量也要隨之提高，設(shè)計先進(jìn)的液壓傳動設(shè)備，是勢在必行的。

其五精確性成形工藝原則。在對該系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行制造時，經(jīng)常會在毛坯制造環(huán)節(jié)，消耗太多的資源和能量來確保零件尺寸和規(guī)模與設(shè)計相差無幾。如果能對該生產(chǎn)環(huán)節(jié)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，比如一開始就采用精鑄、冷擠等技術(shù)來使零件成形后的毛坯在很多方面保持精確性，該系統(tǒng)設(shè)計制造業(yè)就實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

2 液壓傳動系統(tǒng)中的節(jié)能措施

液壓傳動系統(tǒng)在進(jìn)行機械能轉(zhuǎn)化和動力傳遞過程時，經(jīng)常會消耗一些能量來抵消摩擦損失，該過程同樣是傳動系統(tǒng)能耗量最大的階段，這些能量損失主要表現(xiàn)在液壓油在壓力作用下流經(jīng)管道到達(dá)目的地過程中對管壁和其他位置產(chǎn)生的壓力損失；液壓閥對液壓油起到控制阻礙作用，所以液壓油要經(jīng)過液壓閥，就要花費比施加在管道上的壓力還要大的壓力，壓力損失也就產(chǎn)生；液壓油或其他的工作介質(zhì)是隨著系統(tǒng)運行隨時處于流動過程中的，系統(tǒng)內(nèi)部元件以及外部機械運動體在運行時，這種流動的工作介質(zhì)就有可能通過元件間隙發(fā)生內(nèi)外部泄露，液壓油屬于能源，這種流量損失也是不符合節(jié)能環(huán)保要求的。這些能量損耗最終會表現(xiàn)在軌梁廠相關(guān)設(shè)備的功率損失上，使液壓傳動系統(tǒng)作用優(yōu)勢效果不再顯著。所以在對該系統(tǒng)采取節(jié)能措施時，也要解決以上出現(xiàn)的各種能量損失。比如針對元件內(nèi)外部的液壓油泄漏損失，還要設(shè)計無泄漏液壓系統(tǒng)，主要使系統(tǒng)內(nèi)外的密封性強一些，能有效減少系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的各種泄漏，使系統(tǒng)運行的工作介質(zhì)在質(zhì)量和數(shù)量少都不會發(fā)生太大的變化。液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計主要表現(xiàn)在以下三個方面。

其一，液壓泵和液壓閥在液壓傳動系統(tǒng)中主要對工作介質(zhì)或油體流動狀態(tài)起到控制的作用，而發(fā)生的較大液壓損失也是發(fā)生在這些地方，設(shè)計者在將節(jié)能降耗作為設(shè)計目標(biāo)時，也要注意是基于該部分元件控制作用和效率不會失效的條件下。

其二液壓傳動系統(tǒng)在進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的過程中，亦是使負(fù)載設(shè)備消耗能量進(jìn)行運轉(zhuǎn)的過程。在該過程中，產(chǎn)生的過于能耗主要是因為液壓泵在滿足負(fù)載設(shè)備運行能量要求之余，還有很多輸出能量沒被利用，所以系統(tǒng)效率是有限的。所以在降低能耗設(shè)計中，還要使液壓泵輸出能量能被負(fù)載設(shè)備完全利用。在對負(fù)載設(shè)備的液壓泵進(jìn)行選擇時，為了使流量變化能穩(wěn)定在某個范圍，還要選擇恒壓式類型，來保證壓力相差無幾的負(fù)載設(shè)備動力源提供的能量穩(wěn)定適宜。另外有些系統(tǒng)還會采用恒功率變量泵來支持設(shè)備運轉(zhuǎn)，這種情況下，負(fù)載設(shè)備的速度和壓力呈反比關(guān)系，負(fù)載功率也不是穩(wěn)定的，會呈較大趨勢。無論是什么情況，都要保證液壓泵與負(fù)載功率相匹配，如此才能保證液壓泵與負(fù)載設(shè)備運行能量消耗是一定的。這是從液壓泵角度進(jìn)行功率消耗控制的，里面的液壓泵都是處于變量狀態(tài)的。還有一種措施是利用定量泵和伺服電機組成的系統(tǒng)來降低功率，這種系統(tǒng)和第一種變量泵降耗措施不一樣，除了效果顯著程度不一樣外，閥門利用上也不同。在第一種措施中，總會有液壓閥作為控制元件出現(xiàn)，但無可避免也會造成該部分元件的液壓損失，但這種組成系統(tǒng)并沒有采用任何的閥門，而是利用交流調(diào)速系統(tǒng)來對液壓油等進(jìn)行控制，所以這種系統(tǒng)也被稱為無閥電液系統(tǒng)，沒有閥門，也就避免了這部分元件的能量損耗，調(diào)速回路上的損失也被避免，系統(tǒng)運行效率卻會因為該部分控制作用靈敏，不會受到阻礙而提升。該組成系統(tǒng)的節(jié)能效果無疑是顯著的，所以軌梁廠在液壓傳動系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了這種組成系統(tǒng)。該系統(tǒng)相關(guān)的工作原理圖如圖1所示。

圖1 無閥電液系統(tǒng)工作原理圖

其三，對系統(tǒng)能量進(jìn)行儲存，增加回收利用的機率。針對這個目標(biāo)，軌梁廠在設(shè)備利用上結(jié)合了液壓蓄能器和轉(zhuǎn)子蓄能器，這些設(shè)施安裝在動力裝置中，在不影響傳動效率同時，還使傳動過程中多余散發(fā)消耗的能量得到收集和儲存，以便保證傳動裝置與負(fù)載在能量和功率上的需求都是一致的。這種儲存能量的裝置在軌梁廠應(yīng)用還是比較廣泛的，但論起節(jié)能效果來，還不如二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)，這種技術(shù)屬于新型節(jié)能技術(shù)，傳統(tǒng)的能量儲存設(shè)施儲存的僅是傳動裝置輸出能量中多余的能量，但負(fù)載在慣性條件以及垂直狀態(tài)下的能量卻是浪費了，而這種傳動技術(shù)恰巧解決了這個難題，使系統(tǒng)能量盡可能最大程度得到回收利用。在液壓傳動系統(tǒng)中，動力裝置在作用時，主要有兩種能量狀態(tài)，液壓能和機械能。液壓泵實現(xiàn)了前者到后者的單向轉(zhuǎn)化，液壓馬達(dá)實現(xiàn)了兩種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)化過程。液壓泵和液壓馬達(dá)分別是一次元件和二次元件。在該新型節(jié)能技術(shù)未出現(xiàn)之前，系統(tǒng)對能量相關(guān)的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)控都是直接對一次元件進(jìn)行操作，二次元件相關(guān)參數(shù)卻是間接通過控制閥來控制。但在二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)中，該技術(shù)直接對二次元件進(jìn)行操作，使其能量轉(zhuǎn)換參數(shù)得到調(diào)整控制。相關(guān)的系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

圖2 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)工作原理圖

由圖中可以看出，液壓馬達(dá)位于數(shù)字1處，數(shù)字2處是油缸，液壓馬達(dá)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化需要借助2號油缸，所以油缸對其的排量是有控制效果的。數(shù)字3是電液伺服閥，和油缸2的電路是直接相連的，所以該閥門通過對電液比例進(jìn)行調(diào)整，來達(dá)到控制油缸2流量的目的。這一系列流程中需要相關(guān)的測量元件進(jìn)行有關(guān)信號測量和傳遞，該信號來自液壓馬達(dá)的速度事項，信號最終接收者為電液伺服閥，中間需要經(jīng)過控制器。電液伺服閥在發(fā)現(xiàn)信號異常后，就要做出應(yīng)急控制反應(yīng)，對油缸2位置調(diào)整后，液壓馬達(dá)的斜盤傾角就會恢復(fù)正常，液壓馬達(dá)的排量就不會失控，液壓傳動系統(tǒng)運行也不會受到影響，系統(tǒng)會更加穩(wěn)定平衡。另外二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)會使多余能量被儲存和利用，節(jié)流損失避免后，整個系統(tǒng)的節(jié)能降耗效率也會體現(xiàn)出來。

3 結(jié)語

液壓傳動系統(tǒng)中的節(jié)能措施主要從降低功率，減少設(shè)備能量各種損失來實現(xiàn)，此外還要確保這種節(jié)能后的液壓傳動系統(tǒng)并不會對軌梁廠生產(chǎn)造成其他影響。無論是無閥電液系統(tǒng)還是二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的設(shè)計工作，都要做好，以確保整個系統(tǒng)的運行效率。

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