礦山工程機械設(shè)備液壓節(jié)能技術(shù)發(fā)展探討

李 錚

能源供不應(yīng)求、環(huán)境污染等問題影響了社會的發(fā)展，使得節(jié)能減排觀念深入人心。當(dāng)前國家在積極推動能源革命。礦山工程機械類施工需要消耗較高能源，存在較大的節(jié)能空間，因此實現(xiàn)工程機械液壓節(jié)能技術(shù)的有效應(yīng)用是當(dāng)前工程發(fā)展的主要方向。隨著近年來工程機械產(chǎn)品的快速發(fā)展，各項創(chuàng)新技術(shù)的使用，使得工程機械行業(yè)朝著節(jié)能與高效的方向發(fā)展，而液壓傳動作為工程機械中的關(guān)鍵技術(shù)，對節(jié)能減排技術(shù)進行深入研究具有重要意義。

1 工程機械液壓系統(tǒng)分析

礦山工程機械液壓系統(tǒng)具有密度大、輸出率高的優(yōu)點，在機械行業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛，但在使用中存在著節(jié)流閥等元件，在生產(chǎn)過程中，很容易出現(xiàn)節(jié)流損失與管道阻尼損失，進而導(dǎo)致工程機械的生產(chǎn)效率降低。近年來隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程機械的需求量也隨之上升，當(dāng)前工程機械行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)就是能源消耗問題，落實節(jié)能減排具有重要意義。早在20世紀(jì)60年代機械液壓技術(shù)就已得到了發(fā)展，隨著恒功率泵的問世，能量利用率明顯提升，在我國機械領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。到了70年代，正流量控制系統(tǒng)進入到工程機械領(lǐng)域，多路閥的閥芯以及泵輸出流量呈正比，而泵的排量伴隨著閥芯位置而產(chǎn)生變化。到了80年代，在正流量系統(tǒng)中空流損失以及節(jié)流損失現(xiàn)象嚴(yán)重，負流量控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。在旁通油路上安裝流量檢測裝置，能夠控制泵排量，進而減少旁通油路的損失情況，解決中路回油能耗大的問題。進入90年代以后，負載敏感技術(shù)被研發(fā)出來，并廣泛應(yīng)用于工程機械之中。此項技術(shù)的優(yōu)點在于外部負載發(fā)生變化以后，能夠調(diào)整泵與閥的流量，使得液壓系統(tǒng)能夠使用外部的負載流量，進而提高能源利用率。

2 工程機械液壓節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 變量泵控制

通過調(diào)節(jié)變量泵的使用，能夠滿足礦山工程機械設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的使用需求，結(jié)合壓力感應(yīng)裝置，能夠充分利用功率，使得節(jié)流調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)容積調(diào)速轉(zhuǎn)換，進而達到降低能量損失的目的。一般情況下每一個變量泵相應(yīng)的控制對象擁有一個排量，如果控制方式不同，則會導(dǎo)致變量泵的輸出特點發(fā)生改變。因此應(yīng)該結(jié)合實際情況，選擇最為恰當(dāng)?shù)淖兞靠刂品椒ǎM而滿足施工技術(shù)的使用特點。當(dāng)前變量的控制方法主要分為三種分別為節(jié)流控制、LS負載敏感控制以及LUDV控制。

2.1.1 節(jié)流控制

在靜壓傳動控制中節(jié)流控制技術(shù)的使用，就是對傳統(tǒng)系統(tǒng)控制技術(shù)，根據(jù)泵的變量控制方式將其分為正流量控制與負流量控制。此種控制方式，最早應(yīng)用于工程機械的液壓系統(tǒng)中，所產(chǎn)生的功率損失較小，在具體工作過程中先導(dǎo)壓力控制閥芯與泵排量成正比關(guān)系，也就是正流量控制。由于先導(dǎo)式的多路閥具有調(diào)節(jié)作用，能夠使得泵排量與實際壓力之間保持一致，但由于正流量控制液壓系統(tǒng)的閥組結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此，會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。負流量控制能夠降低多路閥中的空流損失與節(jié)流損失，當(dāng)閥門位于中位時，控制來自回油節(jié)流閥的壓力，而泵流量則會隨著壓力的變化而產(chǎn)生變化，這時控制壓力與泵排量之間成反比關(guān)系，此種控制方式為負流量控制。

2.1.2 LS負載敏感控制

LS負載敏感控制的主要工作原理是，當(dāng)外部負載發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠自動調(diào)整泵與閥之間的流量，使得液壓系統(tǒng)能夠使用負載產(chǎn)生的流量與壓力，進而大幅提高液壓系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。LS負載敏感控制主要是利用壓差實現(xiàn)對泵排量的控制，當(dāng)壓力差與控制閥的能力產(chǎn)生不平衡關(guān)系時，控制閥的閥芯會發(fā)生位置變化，進而使得泵排量也發(fā)生變化。LS負載敏感控制能夠?qū)崿F(xiàn)變量泵的負載敏感調(diào)速，當(dāng)泵口壓力減去所產(chǎn)生的負載壓力時，產(chǎn)生的壓力差可以結(jié)合負載的大小以及調(diào)速需求實現(xiàn)對泵的控制，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)按需供流，也能夠降低調(diào)速節(jié)流，減少損失與能耗，進而提高生產(chǎn)效率，當(dāng)然LS負載敏感控制也存在缺點，如果閥開度過大時，泵的供油能力也會產(chǎn)生不足，這時系統(tǒng)所需求流量難以得到滿足，在高負載的影響下，使得執(zhí)行元件難以正常運行。

2.1.3 LUDV控制

LUDV控制在多個系統(tǒng)回路中都得到了應(yīng)用，機械設(shè)備在工作時，都需要應(yīng)用的液壓回流。具體操作中的細節(jié)就是操作人員需要在座位上操控液壓，以此來控制工程機械，這時工程機械的液壓系統(tǒng)由主泵提供所需油量，分別向各個支路提供液壓油，而每個支路則會分配三位六通電磁閥，以此來匹配執(zhí)行器所帶來的壓力。系統(tǒng)根據(jù)先導(dǎo)油路的最大負載力確定負載敏感泵的變量結(jié)構(gòu)以及泵的出口壓力，如果負載壓力超過泵出口壓力時，負載壓力則會推動變量結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)動，而泵的輸出量則會降低。如果負載壓力小于泵出口壓力時，泵的輸出壓力則會使得變量結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)動，泵的輸出量增大。在此負載敏感系統(tǒng)中，多個執(zhí)行器復(fù)合聯(lián)動時，泵的供應(yīng)壓力會受到多個控制閥的調(diào)節(jié)，主泵能夠提供最高負載壓力，最高壓力支路也會隨之發(fā)生匹配。雖然當(dāng)前LUDV控制能夠匹配系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力使得工程機械設(shè)備的運行更加順暢，但其他壓力降低，會產(chǎn)生較大壓降，進而使得低壓執(zhí)行器端很容易出現(xiàn)功率損失。

2.2 電液比例控制智能化

隨著新科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在應(yīng)用新技術(shù)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對電液比例的有效控制，進而強化其應(yīng)用效果，使其能夠與現(xiàn)代化的機械工程進行技術(shù)相吻合，提高企業(yè)生產(chǎn)過程中的節(jié)能環(huán)保效果，降低帶來的環(huán)境污染。電液比例控制技術(shù)具有較多優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓信號傳遞管道的有效優(yōu)化，也能夠有效借助電信信號傳送出相關(guān)參數(shù)，減少系統(tǒng)響應(yīng)的時間，使得發(fā)掘機的運行更加快捷。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電液比例朝著智能化方向發(fā)展，在計算機的使用下，液壓系統(tǒng)在運行過程中的多個參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)有效收集整理，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對工程機械動力系統(tǒng)的有效調(diào)整，降低能源消耗。動力系統(tǒng)的構(gòu)件需要控制電液比例，在新技術(shù)的應(yīng)用下，要符合現(xiàn)代機械的應(yīng)用流程，使其價值能夠充分展現(xiàn)出來，進而為大型機械工程節(jié)能減排奠定良好基礎(chǔ)。

2.3 現(xiàn)場總線嵌入式系統(tǒng)

在促進液壓系統(tǒng)自動化發(fā)展的同時，各類傳感器、控制器也得到了全面應(yīng)用，這也就意味著在機械設(shè)備內(nèi)部需要出現(xiàn)大量的導(dǎo)線與線頭，使得控制系統(tǒng)的復(fù)雜性提高可靠性降低。為了有效減少此類問題的發(fā)生，可以選取現(xiàn)場總線以及嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)控制功能，在確保系統(tǒng)功能齊全的基礎(chǔ)上，要充分發(fā)揮出其優(yōu)勢，如體積小、結(jié)構(gòu)簡單。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，使得芯片體積能夠縮小，進而增強其功能性，保障其基本使用效果，在機械內(nèi)部實現(xiàn)對系統(tǒng)的嵌入。

2.4 多路閥多方式控制

在機械工程電路控制中，一般會采取多路閥的方式對工程機械進行有效控制，在企業(yè)多元化發(fā)展過程中，應(yīng)用多路閥多方式的控制方式，是當(dāng)前工程機械發(fā)展的必然方向，也是現(xiàn)代化社會對機械行業(yè)提出的要求。六通路多路閥在工程機械中的應(yīng)用率更高，直通供油路可以組成多路閥系統(tǒng)回路，并能夠及時反映流量功率以及壓力等多項參數(shù)，使得負載傳感閥的控制范圍不斷擴大。總之多路閥的智能化發(fā)展使得液壓系統(tǒng)的建設(shè)效果不斷提升，隨著智能化水平的不斷提高，節(jié)能效果也隨之上漲。在現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展中，要想實現(xiàn)企業(yè)核心生產(chǎn)力的有效提升，就應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際生產(chǎn)效果，將企業(yè)的發(fā)展與社會責(zé)任關(guān)聯(lián)，增強企業(yè)內(nèi)部的環(huán)保意識，使得企業(yè)的發(fā)展能夠?qū)⒐?jié)能減排放在首位，進而保護生態(tài)環(huán)境，履行企業(yè)責(zé)任。

2.5 混合動力系統(tǒng)控制

在工程機械、汽車等領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用了混合動力系統(tǒng)，混合動力系統(tǒng)主要由電力儲能以及壓力儲能兩種類型組成，電力儲能主要是將電能作為主要動力系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的壽命長，能夠?qū)崿F(xiàn)對電能的回收，同時也具有穩(wěn)定運行的特點，機械使用時間不斷延長，能源的利用率不斷提高，進而減少能源浪費。而壓力性能則能夠使得零部件減少磨損，控制尾氣排放，在機械操作中實現(xiàn)節(jié)能減排。

2.6 回收再利用能量控制

在液壓系統(tǒng)中很容易出現(xiàn)能量損失等情況，比如在制動時會需要大量的能量啟動設(shè)備，這時就會造成容量損失，運行時，工作裝置在回流過程中也會產(chǎn)生能量的浪費。而這些損失的能量，則會利用蓄能器將其轉(zhuǎn)化為液壓能而后進行儲存。在工程機械的泵控系統(tǒng)中就應(yīng)用了回收再利用能量技術(shù)，在液壓回路中所安裝的蓄能器，能夠回收工程機械在運行過程中所產(chǎn)生的能量。比如當(dāng)實際生產(chǎn)功率高于工程機械工作所產(chǎn)生的能量時，所超出的能量就會被蓄能器儲存起來；而實際輸出功率小于工程機械的運行需求能量時，則能夠充分釋放出吸能器的儲存能量，使得工程機械正常運行。

3 工程機械液壓節(jié)能技術(shù)具體設(shè)計

3.1 液壓系統(tǒng)元件節(jié)能

在液壓系統(tǒng)中造成元件能量損失的主要包括動力元件、執(zhí)行元件以及控制元件，其中動力元件能量損失主要是由于液壓泵在高壓下出現(xiàn)溢流現(xiàn)象；直銷元件主要是由于液壓缸與液壓馬達出現(xiàn)泄漏并與液壓缸出現(xiàn)直線摩擦；控制元件則主要是由于液壓閥自身與液壓閥組之間出現(xiàn)泄漏，導(dǎo)致與液壓閥之間的配置不合理，引發(fā)能量損失。而針對這些問題主要操作方式如下。

3.1.1 節(jié)能泵

在液壓系統(tǒng)中液壓能的主要來源為泵，由于能量的大量損耗，使得泵的生產(chǎn)效率對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此在選擇液壓泵時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮泵的生產(chǎn)效率及成本。如果將節(jié)能作為泵選擇的主要原則，那么齒輪泵則不適合使用，但近年來齒輪泵的市場占有率較高，因此在選擇時企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合工況與成本如何選擇。近年來，我國液壓泵逐漸朝著集中化的方向發(fā)展，在負載敏感式柱塞技術(shù)的使用下，使其節(jié)能效果明顯提升，所負載的壓力與流量都能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)，最大程度的提高液壓泵的工作效率。同時節(jié)流閥也能夠有效控制溢流損失和節(jié)流損失，解決工程機械生產(chǎn)中的主要能耗問題。

3.1.2 液壓缸

液壓缸生產(chǎn)的主要是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，液壓缸的整體結(jié)構(gòu)更為簡單，且經(jīng)歷了長時間的發(fā)展，但近年來，對其結(jié)構(gòu)以及節(jié)能技術(shù)等多個方面并沒有產(chǎn)生巨大突破，而節(jié)能方案主要在于降低摩擦所產(chǎn)生的液壓油泄漏。市場中的液壓缸主要包括連接面液壓缸以及復(fù)合增速缸，通過改進缸的本身結(jié)構(gòu)及獲取的節(jié)能效果不明顯，而將液壓缸放到能量回收系統(tǒng)中，節(jié)能效果明顯提升。

3.1.3 閥

在液壓控制系統(tǒng)中閥是其主要組成部分，在每一工作環(huán)節(jié)中都離不開液壓閥的參與，因此在液壓系統(tǒng)中液壓閥的能量消耗也應(yīng)當(dāng)給予重視。當(dāng)前傳遞效率較高的液壓閥，包括多路閥以及疊加閥。多路閥就是指由兩個或兩個以上的閥組成，將不同種類的閥組合一起，以此來滿足液壓回路的控制需求。多路閥的集成度更高，結(jié)構(gòu)更為緊湊，所產(chǎn)生的流量損失更小，在工程機械中的應(yīng)用更為常見。在多路法中能夠?qū)崿F(xiàn)全覆蓋，反饋控制效果更強，且具有節(jié)能、抗干擾的效果，進而能夠提高工程機械設(shè)備的利用效率。

3.2 液壓回路系統(tǒng)節(jié)能

負載敏感控制系統(tǒng)主要有比例換向閥、負載敏感閥以及液壓馬達、液壓缸組成，自動系統(tǒng)屬于閉環(huán)，控制其壓力，能夠反饋信號，與泵的輸出流量壓力之間相匹配。負載敏感控制器都能夠根據(jù)不同工況、不同負載需求，實現(xiàn)對等輸出壓力的調(diào)節(jié)，工作穩(wěn)定后，所輸出的功率能夠與負載需求之間相匹配，這時所產(chǎn)生的溢流損失就會降低，工程機械設(shè)備的工作效率明顯提高，能源消耗問題得以改善。

4 工程機械液壓節(jié)能技術(shù)發(fā)展探究

礦山工程機械的應(yīng)用能夠有效提高施工效率，而對液壓節(jié)能技術(shù)的使用，能夠有效踐行節(jié)能減排的發(fā)展策略。通過對當(dāng)前工程機械液壓節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，為未來工程機械液壓技術(shù)的使用進行探索，分析節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢，保障最終節(jié)能效果。

4.1 提高智能化生產(chǎn)水平

隨著近年來科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，礦山工程機械液壓節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)了全面發(fā)展，同時朝著智能化的方向發(fā)展。當(dāng)前液壓節(jié)能技術(shù)的主要應(yīng)用，就是將其與現(xiàn)代計算技術(shù)充分融合，以此來提高機械設(shè)備在運行過程中的檢測質(zhì)量與檢測效率，保障檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高檢測系統(tǒng)的可靠性。而工程機械在運行過程中，也要實現(xiàn)對各項參數(shù)的轉(zhuǎn)化管理，使得機械工程的節(jié)能控制效果明顯得到提高。在此種基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度內(nèi)對工作效率的有效提高，進而降低能源產(chǎn)生的消耗。同時也要結(jié)合國際發(fā)展情況，對現(xiàn)有液壓節(jié)能技術(shù)的智能化發(fā)展進行分析，通過經(jīng)驗總結(jié)，為我國工程機械液壓節(jié)能技術(shù)水平提高奠定基礎(chǔ)。

4.2 提高節(jié)能與公平率匹配

工程液壓節(jié)能技術(shù)的使用會受到機械運行功率的制約，在調(diào)節(jié)過程中要確保泵與工程機械之間的匹配度，通過對泵排量的有效調(diào)節(jié)，使得節(jié)能效果明顯提高。同時在調(diào)節(jié)泵排量過程中，也要注意與系統(tǒng)之間產(chǎn)生的負載配合度，盡量增強二者之間的協(xié)調(diào)性，減少應(yīng)用困難。當(dāng)前負載敏感系統(tǒng)與變量泵在工程機械類的工程機械中應(yīng)用更為廣泛，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)負載壓力與系統(tǒng)流量之間的匹配，而在未來發(fā)展中也要不斷完善負載敏感系統(tǒng)與變量泵的使用，增加二者之間的匹配度，提高節(jié)能水平。

4.3 液壓節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前我國礦山工程機械呈多樣化發(fā)展，其中大部分是由液壓系統(tǒng)組成，如何實現(xiàn)工程機械液壓節(jié)能是當(dāng)前的主要問題。由于節(jié)能技術(shù)會受到不同機械設(shè)備的影響，導(dǎo)致節(jié)能效果存在一定的差異，因此需要對液壓系統(tǒng)進行不斷的完善與改進，通過節(jié)能技術(shù)的使用、節(jié)能特點的分析，使得節(jié)能效率有所提高。

4.4 在機械自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用

對于工業(yè)發(fā)展而言，裝備制造具有重要作用，尤其是在機械自動化生產(chǎn)的今天，傳統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)難以滿足時代發(fā)展的需求，因此裝備制造企業(yè)就應(yīng)當(dāng)應(yīng)用創(chuàng)新型技術(shù)。現(xiàn)代液壓技術(shù)逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)之中，不同規(guī)格的零部件對商場都具有重要意義，如何實現(xiàn)節(jié)能減排、精準(zhǔn)施工具有重要意義。在機械自動化生產(chǎn)的今天，使用的機械設(shè)備越來越多，規(guī)模越來越大，在生產(chǎn)過程中也會出現(xiàn)諸多能源損耗問題，比如在靜壓軸中需要添加適量的液壓油，并對軸承間的縫隙進行填充，以此達到潤滑的目的，軸承在上升過程中存在適量的液體，二者之間的接觸幾率降低，使得能源消耗明顯減少。可見現(xiàn)代液壓技術(shù)在使用過程中要結(jié)合實際工作情況，選擇最為恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)進行，降低能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

另外液壓技術(shù)在使用過程中，傳統(tǒng)性能較大，操作更為便捷，所以在各行各業(yè)中都得到了廣泛使用，尤其是在現(xiàn)代機械化自動生產(chǎn)中的應(yīng)用更為常見。除了要實現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)以外，工程機械設(shè)備也應(yīng)當(dāng)增加清潔能源的利用，使得工程機械在運行過程中能夠符合節(jié)能環(huán)保的需求，減輕清潔生產(chǎn)的目的，降低生產(chǎn)成本。在保障產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也能夠為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。通過調(diào)查研究可以發(fā)現(xiàn)，通過對控制系統(tǒng)的合理使用，不僅能夠提高液壓技術(shù)的使用效果，同時也能夠為工程機械的使用提供有利條件。為了滿足新時代對工程機械生產(chǎn)的節(jié)能需求，就需要對其控制系統(tǒng)進行不斷優(yōu)化，比如在調(diào)整液體流向時，可以選擇活塞，而相關(guān)工作人員也應(yīng)當(dāng)按照具體尺寸與密閉性綜合考慮，減少空氣與液體流入的情況，進而提高生產(chǎn)效率，減少能源消耗。

5 結(jié)語

總而言之，隨著現(xiàn)代化工程建設(shè)的快速發(fā)展，礦山工程機械設(shè)備的種類數(shù)量也發(fā)生了改變，在工程機械生產(chǎn)中污染物的排放會影響周圍的環(huán)境，因此在政策的號召下，應(yīng)當(dāng)加大對環(huán)境的保護力度。比如，對工程機械的排放進行有效控制，使得液壓系統(tǒng)的效率明顯提升，通過節(jié)能減排技術(shù)的有效使用，推動工程機械事業(yè)的長久發(fā)展。