节能技术在液压系统中的应用

摘要：随着能源的紧张，节能技术被广泛研究和应用。基于其在国内外发展和应用的现状，分析了液压系统能量损失的原因，从液压系统的五大组成部分出发，介绍了几种相比而言率低能耗的节能措施，并展望它们的应用前景。

关键词：液压系统;能耗分析;节能措施

    0 概述

    随着能源的日益紧缺，节能无疑具有十分重要的现实意义。在设计液压系统时，设计人员更多的是将注意力集中在实现系统的功能和提高可靠性上，在能耗方面考虑得不够多，由此不但造成液压油温度升高而增大了泄漏量，降低了密封效果，危及到装备使用的可靠性和安全性，而且这也是与当前建设节约型社会不相符的。因此，应该将节能技术应用到液压系统的每个环节，对于已有装备，应用已发展成熟的节能技术进行改造;对于正在设计中的液压系统，要充分考虑对整个系统节能控制，避免以后不必要的损失，延长装备的使用寿命，提高系统工作的可靠性。基于此，从分析液压系统能量损失的原理出发，介绍了几种的节能措施，并对它们的应用前景进行了展望。

    1 液压系统的能耗分析

    液压系统包括五大部分:（1）能源装置;（2）执行装置;（3）控制调节装置;（4）辅助装置;（5）传动介质。每一个环节功能的实现都是通过能量来驱动的，工作过程的三次能量转换包括在液压泵中形成高压油时机械能转换为压力能，将压力能转换为机械能驱动执行装置工作以及高压油经过系统各液压元件时的热量。能量的转换过程必然伴随着能量损失。

    液压系统的总效率是电动机、液压泵、液压执行器和液压回路等的效率之乘积，任一项效率的降低都会影响液压系统的总效率，只有当所有项都为zui高值时，总效率才会zui高。

    2 液压系统的节能措施

    液压系统能好的主要原因是压力损失和旁路损失，节能的目的就是减少这两种损失提高整个系统的效率。下面从主动使用能源节能和能量回收节能两大方面介绍了比较实用的措施。

    2.1 选择率低能耗的液压泵

    泵作为初次能量转换装置，对液压系统的总效率影响很大。选择合适的动力源，对提高能源利用率非常重要。常用液压泵的效率，如表1所示，可以看出，从节能的目标出发，柱塞泵运行效果，其次是螺杆泵，叶片泵、齿轮泵次之。对于复杂，流量精度要求比较高的系统应尽量选择组合泵源，通过变频调速可以使效率更高，输出功率也可以适时调节。

    不同功能的液压回路要求不同的动力源，大体分为三类:（1）对于压力接近或相同，流量变化较大的液压系统一般应采用恒压变量泵作为动力源;（2）对于功率较大、负载缓慢增大且有较长保压时间要求的系统如泵保压系统、蓄能器系统等也可以采用恒压恒功率变量泵;（3）对于要求具有不同压力、不同流量的多执行元件系统可采用双压、双流量恒压变量泵或负载传感变量泵。

    2.2 基于功率匹配的节能手段

    液压系统是基于功能如何实现来设计的。功率匹配的液压系统就是有什么样的负载特性曲线就会有什么样的输出功率与之相适应，不会产生过多的流量或压力通过溢流阀溢出。也就是说当没有负载时，发动机低速转动使泵输出功率zui小;当有负载时，发动机根据不同的工况需要的功率决定自身转速，控制泵的工作方式。这样不会使泵不论在空载还是满载时都高速运转，既浪费了燃油，增加了液压泵的磨损，又使系统生热过多，密封圈损坏是泄漏增加，也增加了装备的不安全性。

    以变量柱塞泵的功率匹配液压系统为例说明。把执行机构的负载转换成脉冲信号，通过微机控制步进电机的旋转运动控制发动机的油门开口度，发动机的转速也随之被控制，从而控制了流出液压泵油液的流量和压力，并实时检测油门位置和发动机转速，自动地输出与负载相匹配的功率。实现了对流量的控制，泵的压力自动随负载变化，因此节能效果。这种现代的节能控制技术综合了自动控制技术和比例控制技术，所以价格昂贵，适用于自动化程度较高的系统。其中，PID控制器采用了离散形式。

    2.3 采用能量回收措施节能

    采用能量回收措施节能，主要是在液压系统中安装蓄能器。它可用来贮存或回收能量， 作为系统的辅助动力源，与液压泵一起向系统供油。通过对蓄能器参数和液压泵参数的合理匹配可以大幅减小液压泵及原动机的容量而不影响系统功能的实现，使系统能量得以合理应用， 减少系统发热和温升，提高系统效率。目前，蓄能器作为辅助动力源已在各类液压设备中得到了广泛应用， 成为实现液压系统节能的重要技术手段之一。执行器的不同，实现能量回收的油路也不相同。

    2.3.1 执行器为液压缸

    该类型装置可实现对负载机械能的回收。定量泵/马达1具有正转、反转、泵、马达4个象限功能，一般选用柱塞式结构;蓄能器3为储能元件。当变量泵/马达4处于马达工况时，液压缸2驱动外负载做功;而当变量泵/马达4作为泵时，可将负载的机械能转化为液体的压力能回收能量。系统多余的压力油液由蓄能器3储存。载慢速提升。接通二通换向阀后，负载3下落使液压马达变为泵，从油箱吸油输人压力油箱5，随着5中的液面升高，压力上升而产生连续制动效果。zui后的制动由关闭二通换向阀来完成。高压安全阀4限制冲击压力。阀6是油箱5的安全阀。

    3 总结

    液压系统节能的目的是使泵的流量与负载所要求的流量相一致，在不影响系统功能的前提下，尽量减少滋流损失。以前单一追求功能的设计思想已经行不通了，基于功率匹配是现时的大趋势。此外，提高初始的能量转换效率也非常有必要，这就要求在电动机一液压泵，液压泵一液压泵的组合上不断进行优化，并且不断在实践中通过改进液压元件的分布结构来节约能源，节约液压系统的运行成本。上述是从节约使用能源来达到节能的目的。现在，能量回收利用技术也是节能技术的一部分，而且变得越来越重要，它将节能效果推向了一个，也应用到了几乎每一个液压系统中。

    展望前景，随着计算机技术、微电子技术和比例控制技术的发展，不断将这些新技术与节能理念相结合，这些将极大地提高液压系统的效率，提高产品的市场竞争力。