工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展分析

張旭 潘鑫

【摘 要】液壓挖掘機(jī)是各類生產(chǎn)、建設(shè)工程中的常規(guī)機(jī)械，但在其工作過程中普遍存在能量損失，損耗率可以達(dá)到2/3，甚至更高，直接影響到能源利用率和生產(chǎn)成本。近年來，液壓挖掘機(jī)節(jié)能降耗的研發(fā)工作取得了諸多成果，目前存在多種節(jié)能技術(shù)思路，對(duì)未來的研發(fā)方向具有一定的指導(dǎo)意義。鑒于此，文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展分析提出了一些建議，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】工程機(jī)械;液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展;分析

引言

持續(xù)研究和分析液壓機(jī)械節(jié)能控制技術(shù)的開發(fā)對(duì)高效節(jié)約能源資源和提高機(jī)械行業(yè)智能開發(fā)水平至關(guān)重要。因此，我們首先要了解和理解液壓機(jī)械節(jié)能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及工程機(jī)械液壓技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)控制方式，對(duì)工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行有效分析，可以提高工程機(jī)械設(shè)備的使用質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)能源資源的有效節(jié)約，從而能夠持續(xù)促進(jìn)我們工業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1、工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)概述

1.1混合動(dòng)力節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)工作效率比較低，無法實(shí)際匹配負(fù)載，這種系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較高的油耗水平，同時(shí)具有較大的排放量。為了解決傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)問題，可以利用混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)，促使電池和柴油機(jī)共同工作。如果負(fù)載比較小，柴油機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)電機(jī)的發(fā)電，在蓄電池等儲(chǔ)能元件當(dāng)中儲(chǔ)存電能。在大負(fù)載工況下，混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)會(huì)釋放儲(chǔ)存的電能，可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，滿足峰值負(fù)載功率的工作要求。一些混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，需要平衡柴油機(jī)的輸出功率和扭矩。當(dāng)前我國(guó)廣泛利用混合動(dòng)力的液壓挖掘機(jī)類型為小松HB205-1和卡特彼勒336E型對(duì)比傳統(tǒng)供電挖掘機(jī)，這兩種油耗水平比較低，同時(shí)也可以降低挖掘機(jī)的工作噪音。利用電機(jī)控制技術(shù)，可以控制每個(gè)液壓缸，放棄多路閥控制方法，避免發(fā)生節(jié)流損失問題。但是液壓挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過程比較復(fù)雜，在這個(gè)過程中會(huì)損失較多的能量，因此對(duì)系統(tǒng)工作技術(shù)提出嚴(yán)格要求，這也加大了制作成本，正是因?yàn)檫@些缺點(diǎn)，導(dǎo)致混合動(dòng)力技術(shù)在當(dāng)前的適用范圍比較小。

1.2柴油機(jī)電噴控制技術(shù)

在現(xiàn)代柴油機(jī)當(dāng)中廣泛利用電控噴射和共軌以及渦輪增壓中冷技術(shù)等，電噴柴油機(jī)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，但是在工程機(jī)械行業(yè)仍舊需要進(jìn)一步推廣。通過控制噴油時(shí)間，可以調(diào)節(jié)柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)供電負(fù)荷。

2、現(xiàn)代機(jī)械中液壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

液壓技術(shù)已經(jīng)在西方國(guó)家廣泛使用，應(yīng)用了很多電子高新技術(shù)、液壓和各種新材料，使機(jī)械技術(shù)更加高效和智能。液壓技術(shù)目前在我國(guó)機(jī)械應(yīng)用主要包括拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、聯(lián)合收割機(jī)的動(dòng)力換擋、驅(qū)動(dòng)技術(shù)等，提高了我國(guó)機(jī)械電液自動(dòng)化水平。液壓技術(shù)能有效地連接農(nóng)具和拖拉機(jī)，在機(jī)械應(yīng)用中，液壓技術(shù)側(cè)重于過載保護(hù)。現(xiàn)代農(nóng)具中常見的是液壓懸掛運(yùn)動(dòng)，工件翻轉(zhuǎn)、工件折疊和工件驅(qū)動(dòng)經(jīng)常應(yīng)用于聯(lián)合和雙打操作。懸掛技術(shù)適用于重量小、工作寬的農(nóng)具，啟動(dòng)拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)以調(diào)節(jié)耕種深度。谷類聯(lián)合收獲機(jī)可以使用液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，無線變速性能可以提高收獲機(jī)的工作效率，進(jìn)一步簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前，隨著液壓技術(shù)的不斷提高，聯(lián)合收獲機(jī)的應(yīng)用也在不斷加深，在脫粒鼓速度、卸載桶控制、離合器操作、自動(dòng)收獲機(jī)速度調(diào)節(jié)等方面已經(jīng)有了顯著發(fā)展。這些特點(diǎn)可以看出整個(gè)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)機(jī)械作用的積極影響。

3、工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展分析

3.1液壓技術(shù)的節(jié)能化發(fā)展

據(jù)了解，我國(guó)農(nóng)機(jī)動(dòng)力已達(dá)到高水平，總動(dòng)力水平為5億kw左右。但是電力水平過高會(huì)增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的總體能源消耗，因此有必要在此基礎(chǔ)上重視農(nóng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的合理應(yīng)用。應(yīng)用農(nóng)機(jī)變壓器后強(qiáng)調(diào)節(jié)能，可以降低主機(jī)性能，改善應(yīng)用技術(shù)等，滿足低能耗要求。業(yè)機(jī)械設(shè)備在應(yīng)用的過程中，液壓油之間，元件間和零件間等都會(huì)有相互摩擦的現(xiàn)象。油壓油的質(zhì)量直接影響油泵體積的效率，如果農(nóng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中損壞了運(yùn)動(dòng)表面之間的油膜，摩擦力會(huì)增加，油溫會(huì)增加，影響農(nóng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備造成損害。因此，農(nóng)機(jī)液壓技術(shù)的節(jié)能發(fā)展至關(guān)重要。

3.2步進(jìn)梁升降液壓控制節(jié)能

通過節(jié)能改造后的步進(jìn)梁升降液壓控制原理，由液壓技術(shù)組、補(bǔ)壓裝置、壓力切換閥組、比例閥組，缸旁閥組和能量回收型平衡液壓缸組成。液壓技術(shù)組分高壓組和低壓組，高壓組負(fù)責(zé)供油托起步進(jìn)梁加鋼坯（下降時(shí)負(fù)責(zé)回收梁加坯的高壓油），低壓組只托起空梁（下降時(shí)負(fù)責(zé)回收空梁的低壓油）。補(bǔ)壓裝置中補(bǔ)壓泵為液壓技術(shù)組補(bǔ)壓間歇性工作，當(dāng)高、低壓液壓技術(shù)組壓力分別低于設(shè)定值時(shí)，壓力繼電器（元件9.3）發(fā)訊啟動(dòng)補(bǔ)壓泵，當(dāng)壓力達(dá)到液壓技術(shù)正常工作壓力時(shí)停止補(bǔ)壓。壓力切換閥組為節(jié)能模式與常規(guī)模式切換的閥門，原液壓站設(shè)備與能量回收單元并聯(lián)，出現(xiàn)故障時(shí)能關(guān)閉能量回收單元，切至原系統(tǒng)工作狀態(tài)，以確保生產(chǎn)穩(wěn)定。節(jié)能改造前步進(jìn)梁升降，原來只有高位、低位兩個(gè)檢測(cè)位置，節(jié)能改造后多了1個(gè)托崗位。從而步進(jìn)梁提升位置檢測(cè)元件（如編碼器等），需重新更換或調(diào)整，除了核對(duì)低位（或稱為0位），還需重新校核托崗位。因考慮到油缸銷軸、步進(jìn)框架、動(dòng)靜梁平面等磨損情況，托崗位可能會(huì)低于實(shí)際設(shè)置的值，需在程序中做個(gè)優(yōu)化。即低壓蓄能組托起空量上升完成超過1秒，仍未到設(shè)定的托崗位時(shí)，高壓液壓技術(shù)組需提早幫助將空梁繼續(xù)托起，直到將鋼坯完全提升到高位。某廠步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)已于2018年11月完成節(jié)能改造，改造前油泵電機(jī)（電機(jī)功率75kW/臺(tái)）四用一備，改造后只需開啟一臺(tái)油泵電機(jī)，經(jīng)過實(shí)測(cè)，改造前后加熱爐液壓系統(tǒng)噸鋼電耗平均下降61%。改造后的實(shí)踐效果表明，在維持現(xiàn)有加熱爐步進(jìn)周期的前提下，更換可回收能量的液壓油缸，增設(shè)能量回收單元，可將液壓泵的工作模式由四用一備，改為一用四備;原液壓站設(shè)備與改造后的能量回收單元并聯(lián)，如能量回收單元出現(xiàn)故障時(shí)能有效關(guān)閉，切至原系統(tǒng)工作狀態(tài)，以確保生產(chǎn)穩(wěn)定。由此可見，通過對(duì)步進(jìn)梁下降時(shí)的重力勢(shì)能回收再利用，是步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)節(jié)能增效改造的有效途徑。

3.3工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

我們想提高工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的總體使用水平，就要進(jìn)一步努力研究關(guān)鍵技術(shù)問題和創(chuàng)新方面。例如：對(duì)于挖掘機(jī)，請(qǐng)對(duì)整個(gè)設(shè)備執(zhí)行適當(dāng)?shù)钠ヅ洌员阃诰驒C(jī)在使用過程中具有較高的節(jié)能效果。隨著我國(guó)工業(yè)不斷快速發(fā)展和發(fā)展，今后建設(shè)機(jī)械油壓節(jié)能技術(shù)不斷更新時(shí)，要提高機(jī)械油壓節(jié)能技術(shù)的智能性和系統(tǒng)化發(fā)展水平，作為我國(guó)未來的主要發(fā)展趨勢(shì)，要確保工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)資源合理保護(hù)等意義。

結(jié)束語

綜上所述，工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的未來發(fā)展為工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在未來的開發(fā)過程中，需要不斷改進(jìn)工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)，降低能量損失量，提高能源利用率。

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