基于缸徑與流量匹配的高空作業(yè)平臺飛臂液壓系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)平臺；飛臂液壓系統(tǒng)；小流量；節(jié)能

中圖分類號：TH137

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.016 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Energy-saving Design of Aerial Work Platform Flying Boom Hydraulic Systems Based on Cylinder Diameter and Flow Matching

LIU YuchaolXI Yi^* ZHANG Yuxiao2 DAI Juchuan1 HE Lejun1XIA Huqiang2 1.College of Electrical and Mechanical Engineering，Hunan University of Science and Technology， Xiangtan，Hunan，411201 2.Hunan Xingbang Intelligent Equipment Co.，Ltd.，Changsha，410600

Abstract： Aiming at the problems of very low efficiency of the aerial working platform flying arm hydraulic systems，a new method was proposed to reduce the energy consumption of the hydraulic systems by matching the hydraulic cylinder bores of the flying arms and the output flow rates of the pump. A mathematical model of the load aplied on the flying arm mechanisms was established，and the simulation model of the aerial working platform flying arm hydraulic systems Was established by AMESim software，and the energy consumptions of each design scheme were calculated on the basis of verifying the accuracy of the simulation model through experiments. The results show that： under the premise of ensuring that the actuator load and output speed of the flying arm hydraulic systems are unchanged，by matching the hydraulic cylinder bores of the flying arms and the flow rates of the pump，and the load-sensitive pump is avoided to work in the small-displacement areas. The efficiency of the hydraulic systems may be effectively improved，and the overall efficiency of the optimized flying arm hydraulic systems is improved by 4.6%

Key words： aerial work platform; flying boom hydraulic system; low flow rate; energy saving

0 引言

近年來，隨著中國城市化進程的不斷推進，城市需要定期維護和改造，中國高空作業(yè)平臺的市場進一步擴大，其年銷量逐年遞增。工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能一般從提高動力源（電機、發(fā)動機）的工作效率和降低液壓系統(tǒng)（泵 + 閥 + 管道 + 執(zhí)行機構(gòu)）的損耗兩個方面入手[1]。目前，關(guān)于工程機械液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究主要集中在以下幾個方面。

1）液壓元器件的優(yōu)化。鐘麒等2研制了一種比例先導(dǎo)式可編程閥；YUE等3提出了一種新型數(shù)字泵，使外部液壓能量可直接重復(fù)使用，提高了能量的利用率;CHEN等[4]提出了一種具有可控壓力補償能力的負載敏感流量閥，提高了大流量條件的快速性和小流量條件的節(jié)能控制精度。

2）液壓系統(tǒng)控制技術(shù)的優(yōu)化。BAO等[5]提出了一種基于挖掘機的多泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)來消除耦合節(jié)流損失；YU等[6提出了一種新型的能源再生臂系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用了一種新型的控制策略來估算發(fā)動機的速度和扭矩；石方亮[]提出了一種驅(qū)動單元整體能效的優(yōu)化方法，實現(xiàn)了電機、泵、負載的全局功率匹配。

3）能量回收。XIA等8提出了一種基于三腔液壓缸的綜合驅(qū)動和能量回收系統(tǒng)；周山旭[9]設(shè)計了一種電動挖掘機動臂混合式能量回收系統(tǒng)；王金鳳等[10]提出了一種基于三腔蓄能器的液壓挖掘機回收再利用的節(jié)能裝置。

近年來，對高空作業(yè)平臺的研究也逐漸增多。張強等[11]通過對上下調(diào)平機構(gòu)六變量的數(shù)學(xué)模型進行優(yōu)化，減小了高空作業(yè)平臺的調(diào)平誤差；HU等[12提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反步控制器，用于工作平臺軌跡的跟蹤控制；陳鑫[13]通過對臂架和轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)進行輕量化研究，減小了上車結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

綜上所述，工程機械液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究主要集中在液壓元器件優(yōu)化、液壓系統(tǒng)控制技術(shù)優(yōu)化及能量回收三個方面。但上述三種節(jié)能方案均是通過一定的方法來減小泵出口管路系統(tǒng)的節(jié)流損失或回收重力勢能，很少關(guān)注泵自身的功率損失問題。為了使液壓系統(tǒng)具有更優(yōu)良的能耗性能，本文提出通過匹配液壓缸缸徑和泵流量的新方法來降低高空作業(yè)平臺液壓系統(tǒng)的能耗。首先，分析高空作業(yè)平臺的整體能耗和飛臂液壓系統(tǒng)中各部分的能耗情況，找出能耗較高的源頭；然后，基于能耗分析結(jié)果進行節(jié)能優(yōu)化方案設(shè)計，并基于飛臂機構(gòu)的負載分析結(jié)果建立飛臂液壓系統(tǒng)的AMESim仿真模型；接著，通過實驗驗證仿真模型的正確性，對所提出的飛臂液壓系統(tǒng)節(jié)能方案進行仿真；最后，對各設(shè)計方案的能耗進行對比分析，得到最佳節(jié)能方案，驗證所提出節(jié)能設(shè)計方案的正確性。

1高空作業(yè)平臺液壓系統(tǒng)能耗分析

1.1 液壓系統(tǒng)整體能耗

高空作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，動力單元為電機和液壓泵，液壓系統(tǒng)主要包括平臺擺動、飛臂變幅、主動調(diào)平、主臂伸縮、主臂變幅、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)等子液壓系統(tǒng)。對某型號的高空作業(yè)平臺進行能耗測試實驗，如圖2所示。測試額定負載下各典型動作的能耗情況，結(jié)果如表1所示。其中，動力單元損耗功率是電機和泵兩者損耗功率之和，總損耗功率是多路閥損耗功率和動力單元損耗功率之和。由表1可看出，飛臂液壓子回路的損耗較高，幾乎占到了總輸入能量的 70% ，因此，該子系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計是降低高空作業(yè)平臺能耗的關(guān)鍵挖掘點之一。

1.2 飛臂子液壓系統(tǒng)的能耗

額定負載工況下測試執(zhí)行飛臂變幅上動作時，液壓系統(tǒng)各部件損耗功率情況如圖3所示，可知，多路閥的損耗功率為157.6W，電機的損耗功率為 723.8W ，液壓泵的損耗功率為 1773.3W 。顯而易見，液壓泵損耗的功率占比最大，所以飛臂液壓回路節(jié)能分析的重點為提高液壓泵的效率。

2飛臂液壓系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計

2.1 飛臂液壓系統(tǒng)

目前高空作業(yè)平臺液壓系統(tǒng)普遍采用負載敏感壓力補償液壓系統(tǒng)，其飛臂子回路液壓系統(tǒng)原理如圖4所示。該液壓系統(tǒng)主要由調(diào)速電機、負載敏感泵、壓力補償閥、多路閥、換向閥、平衡閥以及飛臂變幅液壓缸等組成。

2.2 飛臂液壓系統(tǒng)能耗特性

由圖4可知，飛臂液壓系統(tǒng)的能量損耗主要集中在電機、液壓泵以及液壓回路的節(jié)流損耗三個方面，其能量耗散方程可表示為

P₁=P₂+P₃+P₄+F₀v₀

式中： P₁ 為電機的輸人功率； P₂ 為電機所損耗的功率； P₃ 為液壓泵所損耗的功率； P₄ 為液壓回路中的節(jié)流損失；F₀ 為變幅液壓缸活塞桿所受到的負載壓力； v₀ 為變幅液壓缸活塞桿的運動速度。

電機輸出功率可表示為

P_mo=P₁η_mo

式中： η_mo 為電機的效率。

可將飛臂液壓系統(tǒng)能耗方程改寫為

P_mo=P₁η_mo=P₃+P₄+Fv₀

保證飛臂液壓系統(tǒng)輸出功率不變（即 F₀.v₀ 不變）的條件下，電機的輸入功率 P₁ 只與電機效率 η_mo 、液壓泵的損耗功率 P₃ 以及液壓回路的節(jié)流損失 P₄ 有關(guān)。

2.3 柱塞泵效率的理論計算公式

由于液壓泵的損耗功率占比最大，為此對液壓泵工作效率影響因素進行分析。影響液壓泵效率的因素有很多，根據(jù)學(xué)者的研究，可將液壓泵的總效率 η_t 表示為[14]

E=60（μq-60C_sΔ?V_t^max）Δ?F=60μΔ?q

G=（60ΔpC_fV_t^max+120πT_s）μH=μ²C_vV_t^max

式中： η_v 為液壓泵的容積效率； η_c 為液壓泵的機械效率；C_s 為液體泄漏系數(shù)； C_v 為層流的沿程阻力系數(shù)； C_f 為摩擦阻力系數(shù)； T_s 為與系統(tǒng)壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)無關(guān)的扭矩損失； μ 為液壓油動力黏度 β 為排量比， β=V_t/V_t^max 0 為泵全排量； Δ? 為泵的進出口壓差； q 為泵的流量， q= nV_t;n 為電機轉(zhuǎn)速。

為得到準(zhǔn)確的泵效率理論計算公式，開展了泵的效率實驗研究（圖5）。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速為1700 時，通過實驗獲得的液壓泵效率與流量的關(guān)系如圖6所示。經(jīng)初步分析可知：理論計算公式和實驗得到的泵效率存在一定差異，為此將泵的效率計算公式進行了適當(dāng)修正，以使其更加準(zhǔn)確，并將其用于分析其他不同工況下泵的效率。修正過后的泵總效率計算公式為

y₁=2.0663×10^-5q³-1.6964×10^-3q²+

4.3746×10^-2q+0.1829

式中： y₁ 為液壓泵效率的修正函數(shù)。

2.4 飛臂液壓系統(tǒng)低能耗優(yōu)化設(shè)計方案

高空作業(yè)平臺在額定負載工況下執(zhí)行飛臂變幅動作時的工作參數(shù)如下：電機轉(zhuǎn)速為1700r/min ；飛臂變幅上的泵流量為 4.8L/min ，泵出口壓力為 14.3MPa ；飛臂變幅下的泵流量為4.5L/min ，泵出口壓力為 18.4MPa 。此時泵工作在小排量區(qū)，由泵效率式（7）可知增大泵的排量可有效提高泵的效率，為此，可考慮在保證滿足負載做功要求的基礎(chǔ)上（泵的輸出功率不變），通過適當(dāng)增大飛臂液壓缸的缸徑來適當(dāng)增大泵的輸出流量。負載一定條件下，缸徑增大，雖然使泵的輸出流量增大，但同時泵的出口壓力也會降低，這樣可實現(xiàn)在輸出功率不變的前提條件下，通過調(diào)節(jié)液壓缸缸徑和泵輸出流量的方法來提高液壓系統(tǒng)的工作效率。

飛臂液壓缸缸徑的增大雖然會導(dǎo)致系統(tǒng)總流量增大，但不會對其他子系統(tǒng)的流量產(chǎn)生影響，其原因是高空作業(yè)平臺的子系統(tǒng)均配有帶閥前補償或閥后補償功能的壓力補償閥，各回路的流量由多路閥的開度決定。另外，由于飛臂液壓系統(tǒng)屬于高空作業(yè)平臺中的小流量子系統(tǒng)，適當(dāng)增加該子系統(tǒng)的流量對整個系統(tǒng)總流量的影響很小，因此可忽略飛臂液壓系統(tǒng)流量增加對主系統(tǒng)液壓元件損耗的影響。

根據(jù)《GB/T2348—2018流體傳動系統(tǒng)及元件缸徑及活塞桿直徑》，將飛臂液壓缸的缸徑分為4種方案對系統(tǒng)的能耗情況進行分析，如表2所示。

3飛臂液壓系統(tǒng)建模與能耗仿真分析

3.1 飛臂系統(tǒng)負載模型建立

為了得到不同設(shè)計方案時飛臂液壓缸的負載情況，首先根據(jù)飛臂系統(tǒng)的物理模型建立其負載的數(shù)學(xué)模型。液壓系統(tǒng)在執(zhí)行飛臂變幅動作時，主要由飛臂液壓缸的伸縮來控制工作欄在小范圍內(nèi)上下升降，且在移動過程中工作欄始終保持水平，飛臂變幅角 α 的范圍為 -78^°～65^° 。工作范圍如圖7所示。

飛臂機械為平行四邊形機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡圖見圖8。飛臂液壓缸所受負載壓力隨著變幅角 α 的變化而變化，角 β 也隨 α 的變化而變化，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可推導(dǎo) β 與 α 的關(guān)系。令 AC=l₁ AB=l₂ ，已知 ∠FCE=100^°，α+∠DCA=5/9π，∠DC ∠DCA= ∠CAE=5/9π-α，AE=ACcos（∠CAE） = l₁sin（5/9π-α），∠CBA=∠BCD=β， 可得

對飛臂上連桿進行受力分析，如圖9所示。F_Ax 與 F_Ay 為飛臂底座在 A 點對桿 AB 在 x 和 y 方向的分力； F_Bx 與 F_By 為工作欄平臺在 B 點對桿 AB 在 x 和 y 方向的分力，桿 AB 自重為 g₁ 。

根據(jù)力矩平衡原理，對 A 點求矩，得

對飛臂下連桿進行受力分析，如圖10所示。F_Cx 與 F_Cy 為飛臂底座在 C 點對桿 CD 在 x 和 y 方向的分力； F_Dx 與 F_Dy 為工作欄平臺在 D 點對桿

CD 在 x 和 y 方向的分力，桿 CD 自重為 g₂ 。根據(jù)力矩平衡原理，對 C 點求矩，得

對工作平臺及其擺動液壓缸進行受力分析，如圖11所示。 F_Bx 與 F_By 為桿 AB 在 B 點對擺動液壓缸在 x 和 y 方向的分力， F_Dx 與 F_Dy 為桿 CD 在 D 點對擺動液壓缸在 x 和 y 方向的分力， F_P 為飛臂液壓缸在 B 點對擺動液壓缸的推力，擺動液壓缸自重為 g₃ ，工作欄自重加上負載總重力為 g₄ 。

根據(jù)力平衡的原理，可得

F_Dx+F_Bx+F_Pcos（α+β）=0

F_By+F_Dy+F_Psin（α+β）=g₃+g₄

聯(lián)立式 （10）～ 式（13），化簡得

飛臂機構(gòu)的參數(shù)如下： l₁=0.356m，l₂=1.6 m，g₁=400N，g₂=500N，g₃=400N，g₄=6500| N ，α∈[-78^°，65^°] 。將參數(shù)數(shù)值代入式（9）和式（14），可計算出飛臂液壓缸的推力 F_P 隨飛臂變幅角 α 變化的曲線，并與實驗數(shù)據(jù)進行對比，如圖12所示。從圖12中可看出，在 -78^°～-65^° 之間時，飛臂液壓缸的推力變化速率很大，這是導(dǎo)致飛臂變幅下落尾時沖擊很大的原因，為了避免飛臂變幅時機械沖擊過大，將飛臂安全工作角度的范圍取為 -65^°～65^° ，飛臂變幅角度為 -65^° 時，飛臂液壓缸的推力為 43759.9N ，飛臂變幅角度為65^° 時，飛臂液壓缸的推力為 29 260.3N

飛臂變幅角度在 -65^°～65^° 之間時，飛臂液壓缸的推力變化不大，為了方便下一步液壓仿真模型的搭建和后續(xù)能耗的計算，將飛臂液壓缸的推力設(shè)置為 33kN ，也就是AMEsim液壓仿真模型中所施加的負載壓力為 33kN 。

3.2 飛臂液壓系統(tǒng)AMESim建模

根據(jù)高空作業(yè)平臺飛臂液壓系統(tǒng)的工作原理，在AMESim軟件中建立其仿真模型，主要仿真參數(shù)如表3所示。仿真模型包括調(diào)速電機、負載敏感泵、壓力補償閥、多路閥、換向閥、平衡閥以及飛臂變幅液壓缸等，如圖13所示。

表3主要仿真參數(shù)表

3.3 仿真模型正確性驗證

為驗證仿真模型正確性，通過仿真和實驗得到飛臂變幅過程中泵出口的壓力和流量，結(jié)果分別如圖14和圖15所示，圖中， 0～20 s為飛臂變幅上動作， 22～32 s為飛臂變幅下動作。由圖14和圖15可知：實驗測試曲線與仿真曲線變化趨勢基本吻合，且數(shù)值基本吻合，證明了所建立高空作業(yè)平臺飛臂液壓系統(tǒng)仿真模型的正確性。

3.4節(jié)能優(yōu)化設(shè)計方案的能耗

利用上述所建立的模型對不同設(shè)計方案的液壓系統(tǒng)進行仿真計算和能耗分析。根據(jù)飛臂液壓系統(tǒng)低能耗優(yōu)化設(shè)計方案中所設(shè)計的4種缸徑分別調(diào)節(jié)仿真模型中飛臂變幅液壓缸的缸徑，并使液壓系統(tǒng)中的流量滿足執(zhí)行機構(gòu)的速度不變的前提條件。

根據(jù)所建立飛臂變幅系統(tǒng)的負載數(shù)學(xué)模型得到的計算結(jié)果給飛臂變幅液壓缸設(shè)置相應(yīng)的負載力，得到各設(shè)計方案泵出口壓力、流量及液壓缸位置的仿真結(jié)果，分別如圖 16～ 圖18所示。由圖16～ 圖18可知：在保證飛臂液壓缸位移曲線一致的前提條件下，液壓缸的缸徑越大，泵出口壓力越小，泵出口流量越大。

在液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的速度和負載力不變的條件下，電機輸入功率越大，損耗越大，電液系統(tǒng)效率越低；電機輸人功率越小，損耗越小，電液系統(tǒng)效率越高。由節(jié)能方案設(shè)計中所提到的能耗特性式（3）可知：影響電機輸入功率大小的三個因素分別是電機效率 η_mo 、液壓泵損耗的功率 P₃ 以及液壓回路的節(jié)流損失 P₄ 。只需要根據(jù)仿真數(shù)據(jù)計算出這三個參數(shù)即可判斷出整個飛臂電液系統(tǒng)的能耗情況。

電機轉(zhuǎn)速為 1700r/min 時，電機效率與泵出口壓力、流量的關(guān)系如圖19所示，可知，在各方案所涉及的流量范圍內(nèi)，流量和壓力的變化對電機效率的影響很小（約 1% ），為此在能耗分析過程中可忽略電機效率的變化。

由于電機效率變化幾乎為零，因此分析各方案中電液系統(tǒng)的總損耗時只需要關(guān)注液壓泵的損耗功率 P₃ 和液壓回路的節(jié)流損失 P₄ 。液壓泵的損耗功率 P₃ 為

P₃=η_moη_pP₁

式中： η_p 為液壓泵的效率。

根據(jù)液壓泵和流體的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合修正后的液壓泵總效率表達式（7），將仿真數(shù)據(jù)代人其中，計算出泵在不同壓力和流量下的總效率（表4）。進而得到4種方案下飛臂液壓系統(tǒng)的能耗情況，如表4所示，其中， ΔP₃"和 ΔP₄"分別表示與方案一相比液壓泵損耗功率的變化量和液壓系統(tǒng)節(jié)流損耗功率的變化量，正號表示能量損耗增加，負數(shù)能量損耗降低。由式（3）可知：在保證液壓系統(tǒng)輸出功率不變的前提下，忽略電機效率的微小變化后， ΔP₃"與 ΔP₄"之和就代表著設(shè)計方案與原系統(tǒng)（方案一）相比的節(jié)能效果。由表4可知：方案二較方案一節(jié)能 254W ，方案三較方案一節(jié)能265W ，方案四較方案一增加了220W的能量損耗，飛臂液壓系統(tǒng)在方案三時能耗最小，即飛臂液壓缸直徑為 90mm 、活塞桿直徑為 63mm 時飛臂液壓系統(tǒng)的能量損耗最低，且滿足相同負載要求。

3.5 優(yōu)化方案對摩擦和自重損耗的影響

飛臂液壓缸缸徑的增大會對摩擦、自重損耗產(chǎn)生影響，為此需要對這兩方面的影響加以考慮。首先計算液壓缸泄漏以及摩擦造成的功率損耗 P_f ，活塞與缸筒的結(jié)構(gòu)如圖20所示。根據(jù)圓環(huán)縫隙理論，泄漏量 q₁ 可表示為

式中： v 為活塞運動速度； r 為活塞半徑； ξ_l 為活塞長度； e 為活塞相對缸筒的偏心量； h₀=（h₁+h₂）/2;h h₁ 為最小

間隙； h₂ 為最大間隙； Δp_g 為活塞兩端的壓差。

參考工程中廣泛應(yīng)用的Stribeck摩擦模型[15]，非接觸密封處于純流體潤滑狀態(tài)，其軸向摩擦力主要是由油液剪切應(yīng)力組成，液壓缸摩擦力 F_f 可表示為

假定液壓缸活塞為全圓周均勻潤滑，不考慮

液壓缸活塞的偏心，即 e=0 ，泄漏及摩擦造成的功率損耗為

查詢液壓缸樣本，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)，將液壓缸相關(guān)參數(shù)匯總于表5。

表5液壓缸相關(guān)參數(shù)

結(jié)合表5和式（18）可以計算出泄漏、摩擦帶來的損耗，如表6所示。飛臂液壓缸缸徑的增大也會使其重力增大，導(dǎo)致主臂動作時需要更大的功率來克服重力做功，已知飛臂液壓缸的行程不變，為 654mm ，額定工況下，平臺上升的速度最大為 0.3m/s ，通過公式 P=Gγ 可以得到主臂動作時，飛臂液壓缸自重功率損耗，如表6所示。

表6各方案飛臂液壓缸功率損耗情況

從式（18）中可看出，影響液壓缸泄漏及摩擦功率損耗的因素較多，雖然缸徑增大，活塞和缸筒配合的間隙有所增大，但由于推力不變，液壓缸兩側(cè)的壓差會降低，導(dǎo)致飛臂液壓缸泄漏及摩擦功率損耗變化并不大；飛臂液壓缸重力增大，其自重功率損耗會增加，但是高空作業(yè)平臺車的平臺上升速度較慢，導(dǎo)致其自重功率損耗的變化并不大，最大不超過 10W 。對比本文所設(shè)計的最佳節(jié)能方案所節(jié)能的265W功率損耗，可忽略不計。

綜上所述，在高空作業(yè)平臺飛臂液壓回路中，適當(dāng)?shù)脑黾右簤焊字睆?，對泄漏、摩擦損耗及自重功率損耗影響很小。

3.6對整車系統(tǒng)的影響

本文所設(shè)計的節(jié)能方案會導(dǎo)致泵出口壓力降低，壓力降低時如何保證其余執(zhí)行機構(gòu)的動作也是一個需要考慮的問題，可以分為兩點分析。

1）在飛臂單動作時，液壓泵只需要給飛臂機構(gòu)供油，其壓力降低不會影響其他執(zhí)行機構(gòu)的動作。

2）組合動作時，飛臂的常用組合動作有：飛臂變幅上下 + 主臂變幅上下、飛臂變幅上下 + 工作欄擺動。 ① 飛臂變幅 + 主臂變幅組合動作時，雖然泵出口的壓力最高為 18.4MPa ，但僅需10MPa即可實現(xiàn)完整的主臂變幅動作（圖21）。本文設(shè)計的最佳節(jié)能方案三中，飛臂液壓回路的最小壓力為 9.9MPa ，和主臂變幅上下所需的最大壓力接近。因此，適當(dāng)?shù)販p小飛臂液壓回路的壓力不僅不會影響主臂變幅的動作，而且還會在一定程度上減小節(jié)流損失。 ② 在飛臂變幅十工作欄擺動組合動作時，工作欄擺動回路需要泵出口壓力最高為 16.3MPa ，在飛臂液壓回路所需壓力降低后，為了保證系統(tǒng)的正常運行，泵出口壓力會降低到 16.3MPa 左右，然后通過飛臂回路多路閥前的壓力補償閥將該回路的壓力調(diào)節(jié)至優(yōu)化后所需的合適壓力，并不會影響工作欄的動作。此時，飛臂液壓回路雖然會產(chǎn)生一定的節(jié)流損失，但是由于飛臂液壓回路流量僅為 4～5L/min （遠小于其他主動作回路的流量），該節(jié)流損失較??；此外，泵輸出流量的增大也會使泵的效率顯著提高，在一定程度上可彌補飛臂液壓回路因壓力降低所致的節(jié)流損失。因此，在該組合動作時，飛臂液壓缸缸徑的增大對整個系統(tǒng)能耗的影響較小。

本文所提優(yōu)化方法可降低整車的能耗。當(dāng)整車僅有飛臂動作時，研究結(jié)果表明所提優(yōu)化方法可使得液壓系統(tǒng)能耗減少265W，工作效率提高4.6% ；當(dāng)整車有多個復(fù)合動作時，所提方法可降低低壓大流量回路（如主臂變幅與伸縮）的節(jié)流損失，或顯著提高小流量工況的泵效率，這樣也會降低整個系統(tǒng)的能耗。除此之外，經(jīng)分析表明，增大缸徑所帶來的摩擦、自重等功率損耗遠小于所節(jié)省的能量。因此，所提出的優(yōu)化方法可降低整車的能耗。

此外，本文雖然是針對具體的研究對象展開，但所提出的節(jié)能優(yōu)化方法具有普適性。原因是高空作業(yè)平臺是一種典型的工程機械，其液壓驅(qū)動原理和工況與其他工程機械差異較小，如挖掘機精細作業(yè)的工況，也常常由于泵處于小排量區(qū)而造成較大的能量損耗，也可以采用本文所提出的節(jié)能優(yōu)化方法，使泵脫離小排量區(qū)來提高工作效率。所涉及泵效率計算公式中的修正系數(shù)是通過對比理論和實驗結(jié)果得到的，對同類型的柱塞泵可能具有一定的適用性，其他不同類型泵的效率需要采用類似的方法重新計算以修正系統(tǒng)。

4結(jié)論

1）通過對飛臂液壓缸缸徑和泵輸出流量的匹配，高空作業(yè)平臺液壓系統(tǒng)的能耗減少了 265W .液壓系統(tǒng)的整體工作效率提高了 4.6% 。

2）液壓泵小流量工況下的效率較低，節(jié)能優(yōu)化設(shè)計需要重點考慮；對于工作在小流量的液壓系統(tǒng)，在保證液壓系統(tǒng)負載和輸出速度均不變的條件下，適當(dāng)增大液壓缸缸徑和泵的流量，可在一定程度上降低液壓泵的功率損耗，從而有效提高整個液壓系統(tǒng)的工作效率。

3）不能無限增大液壓缸的缸徑來提高液壓系統(tǒng)效率，因為當(dāng)流量過大時，節(jié)流損耗所增加的能量損耗會大于液壓泵減少的能量損耗，整個液壓系統(tǒng)的能耗也會隨之增大。

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