機(jī)械電子高壓一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于工程建設(shè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，也不例外，其發(fā)展勢(shì)頭同樣非常迅猛，伴隨著這種發(fā)展現(xiàn)狀，工程機(jī)械設(shè)備得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其是液壓機(jī)械設(shè)備，其數(shù)量和品種也在不斷增長(zhǎng)和變化著，在工程的建設(shè)過(guò)程中，機(jī)械的能源消耗是非常巨大的，液壓機(jī)械也不例外，其能源消耗是一個(gè)很大的數(shù)目，為了有效節(jié)約其在能源上的消耗，對(duì)液壓機(jī)械設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制勢(shì)在必行的，同時(shí)要掌握液壓機(jī)械節(jié)能控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械電子 設(shè)計(jì)節(jié)能 系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)的無(wú)功損耗都將變成熱能，使系統(tǒng)溫度升高。而工作液的性能與溫度有著密切的關(guān)系，高溫會(huì)加速工作液老化，誘發(fā)各種故障，影響液壓元件的使用壽命和系統(tǒng)工作的可靠性。因此，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，研究和采用節(jié)能設(shè)計(jì)一直是液壓技術(shù)工作者所關(guān)注的重大課題之一。同時(shí)，節(jié)能設(shè)計(jì)是根據(jù)能源審計(jì)的結(jié)果，為客戶(hù)的能源系統(tǒng)提出如何使用成熟的技術(shù)來(lái)提高能源利用效率、降低能源成本的整體方案和建議。

一、液壓機(jī)械節(jié)能控制技術(shù)的重要性

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷發(fā)展和進(jìn)步的大前提下，我國(guó)的各行各業(yè)都得到了迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，對(duì)于工程建設(shè)行業(yè)來(lái)說(shuō)也不例外，其發(fā)展勢(shì)頭也是非常迅猛的，特別是近些年來(lái)，各種類(lèi)型的工程建設(shè)項(xiàng)目如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)，伴隨著這種發(fā)展現(xiàn)狀，工程機(jī)械設(shè)備在工程建設(shè)行業(yè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，而作為工程機(jī)械設(shè)備的一種類(lèi)型-液壓機(jī)械設(shè)備，其在工程的施工上也得到了廣泛的應(yīng)用，從整體上來(lái)看，工程機(jī)械設(shè)備的數(shù)量和品種在不斷地增長(zhǎng)著，液壓機(jī)械設(shè)備也不例外。眾所周知，在工程的建設(shè)的過(guò)程中，必然會(huì)需要施工機(jī)械設(shè)備加以輔助工程的施工，施工機(jī)械設(shè)備的數(shù)量也是非常龐大的，而大量的工程施工機(jī)械設(shè)備在施工過(guò)程中會(huì)消耗大量的資源和能源，同時(shí)還會(huì)排放污染物以及產(chǎn)生噪音、粉塵等污染，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的影響和負(fù)面作用，環(huán)境會(huì)受到污染，也不利于人們的身心健康，人們的身心健康會(huì)受到嚴(yán)重的威脅，因此，機(jī)械設(shè)備的節(jié)能控制技術(shù)在當(dāng)下顯得尤為地重要，對(duì)于液壓機(jī)械來(lái)說(shuō)，其節(jié)能控制技術(shù)同樣顯得非常重要，充分了解和掌握液壓機(jī)械節(jié)能控制技術(shù)能夠使得在工程的施工過(guò)程中，其液壓機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用會(huì)更加凸顯出節(jié)能性，有利于減少液壓機(jī)械設(shè)備的能源和資源消耗，并減少液壓機(jī)械設(shè)備排放的污染物以及施工過(guò)程中產(chǎn)生的噪音、粉塵給人們身心健康帶來(lái)的危害。

二、液壓系統(tǒng)能量損失

液壓系統(tǒng)的能量損失表現(xiàn)為壓力損失，它會(huì)使液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽@不僅浪費(fèi)了大量的能量，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度升高，特別是會(huì)使工作介質(zhì)急速變質(zhì)老化。每溫升15℃會(huì)使礦物油介質(zhì)使用壽命約降低10倍。過(guò)渡溫升還會(huì)導(dǎo)致液壓元件和系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、壽命大大降低，是誘發(fā)各種故障的主要潛在原因。

1.動(dòng)力元件的能量轉(zhuǎn)換損失。動(dòng)力元件主要指液壓泵，在將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能的過(guò)程中所導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)換損失主要是因摩擦而產(chǎn)生的機(jī)械損失和因泄漏而產(chǎn)生的容積損失，可分別用機(jī)械效率和容積效率來(lái)表示，二者乘積即為液壓泵的總效率，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的總效率影響很大。這不僅與液壓泵的類(lèi)型有關(guān)，還受運(yùn)行工況以及磨損情況等因素的影響。

2.控制元件的能量損失。控制元件主要是各類(lèi)閥，它們都是液阻。雖然借助液阻可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、檢測(cè)、參變量間的協(xié)調(diào)平衡和調(diào)節(jié)等多方面的控制功能，但液體流過(guò)液阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，這必然會(huì)增加能量消耗，使系統(tǒng)總效率降低。

3.執(zhí)行元件的能量轉(zhuǎn)換損失。執(zhí)行元件是指各種液壓缸和馬達(dá)，它們?cè)谝簤耗苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能能過(guò)程中，同動(dòng)力元件一樣存在著機(jī)械損失和容積損失。對(duì)于帶有可靠密封的液壓缸，其泄漏量極小，容積損失可忽略不計(jì)，其能量轉(zhuǎn)換損失可主要考慮機(jī)械效率。

4.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與布局造成的能量損失。了克服管道阻力，實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)會(huì)損耗一部分能量。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與布局不同，其能量損失也不相同。通常情況下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，液壓元件越多，液體流動(dòng)方向和速度變化越多，能量損失就越大。油液沿等直徑直管流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沿程壓力損失；流經(jīng)彎管、接頭等局部障礙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部壓力損失，它們都會(huì)使系統(tǒng)中的功率損耗增加，造成能量損失。

5.動(dòng)力源和負(fù)載特性不適應(yīng)造成的匹配損失動(dòng)力源供給系統(tǒng)的能量往往不能恰好和系統(tǒng)負(fù)載相適應(yīng)，則低負(fù)載工況下，就會(huì)帶來(lái)能量供過(guò)于求的匹配損失。如液壓系統(tǒng)的輸出壓力和流量分別大于執(zhí)行元件所需的壓力、流量時(shí)，就會(huì)分別產(chǎn)生壓力過(guò)剩和流量過(guò)剩。過(guò)剩越多，能量損失就越大，系統(tǒng)效率就越低。

三、液壓系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的步驟

合理設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)可有效減少系統(tǒng) 的能量損失。一般情況下設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵守以下步驟：工況分析選擇執(zhí)行元件一繪制系統(tǒng)原理圖——選擇動(dòng)力元件——選擇控制元件——選擇輔助元件——性能驗(yàn)算等。節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮液壓元件的選型、系統(tǒng)原理圖的確定以及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局等。

1.執(zhí)行元件的選擇。當(dāng)要求系統(tǒng)輸出直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力時(shí)，執(zhí)行元件選擇液壓缸。其參數(shù)主要根據(jù)工作壓力和結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)確定。但設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)、改善加工工藝和密封條件，并根據(jù)不同的工作要求，合理地選擇結(jié)構(gòu)形式，正確處理好泄漏和機(jī)械效率的矛盾，以達(dá)到節(jié)能的目的。

2.統(tǒng)原理圖的擬定。擬定系統(tǒng)原理圖的任務(wù)主要是選出合適的基本回路，并把回路有機(jī)組合構(gòu)成完整的系統(tǒng)原理圖。從系統(tǒng)節(jié)能的角度出發(fā)，應(yīng)優(yōu)先選擇合適的節(jié)能回路，并使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與布局合理。其一選擇節(jié)能回路。目前，常用的節(jié)能回路有卸荷回路、多級(jí)壓力控制回路、保壓回路、二次 凋節(jié)系統(tǒng)、能量回收回路等。選擇時(shí)為最大限度地發(fā)揮節(jié)能效果應(yīng)注意每種回路的特定應(yīng)用場(chǎng)合下。如：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載壓力變化大時(shí)應(yīng)采用多級(jí)壓力控制或 比例壓力控制回路 ；對(duì)于慣性較大的回路采用蓄能器功率回收回路等。其二優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理布局。在滿(mǎn)足性能要求的前提下，組合回路時(shí)，還要優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理布局，力求簡(jiǎn)單可靠。如：避免多余的元件和油路、管路連接盡量采用集成化設(shè)計(jì)、油管盡可能短并盡量減少?gòu)濐^數(shù)量等，以達(dá)到節(jié)能的目的。

3.動(dòng)力元件的選擇。動(dòng)力元件液壓泵的選擇要注意以下幾個(gè)方面：第一，每種液壓泵的具體結(jié)構(gòu)不同，效率的高低也不相同。選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇高效率的液壓泵。第二，要注意轉(zhuǎn)速對(duì)液壓泵效率的影響。每一個(gè)液壓泵都存在一個(gè)最佳效率轉(zhuǎn)速范圍。選擇時(shí)，要盡量讓泵在這一轉(zhuǎn)速范圍下工作。第三，液壓泵的總效率一般在額定工況時(shí)最高，而且同一種回路，當(dāng)負(fù)載壓力、流量接近液壓泵的額定值時(shí)回路的效率較高，因此，應(yīng)使液壓泵和負(fù)載要求相匹配，以使回路在高效率下工作。

4.控制元件的選擇。控制閥類(lèi)元件的規(guī)格型號(hào)主要根據(jù)相應(yīng)位置的最大工作壓力和最大流量來(lái)選擇。即所選元件的額定壓力和額定流量要稍大于系統(tǒng)的最高工作壓力及實(shí)際通過(guò)控制閥的最大流量，但不宜過(guò)大，以確保系統(tǒng)的高效率和可靠性。條件不允許時(shí)，可適當(dāng)增大通過(guò)控制閥的流量 ，但不得超過(guò)控制閥額定流量的 20%，否則會(huì)造成不必要的能量損失。

5.輔助元件的選擇。系統(tǒng)元件越少、管路越短、管道彎曲半徑越大，對(duì)系統(tǒng)造成的壓力損失越小；管接頭能承受系統(tǒng)工作時(shí)的振動(dòng)和壓力沖擊，其密封性就好，對(duì)系統(tǒng)工作造成的泄漏就小；而其它輔助元件的選取或設(shè)計(jì)，要注意與其它元件的流量匹配，以減少輔助元件造成的能量損失。

總之，合理設(shè)計(jì)可以減少液壓系統(tǒng)各部分對(duì)系統(tǒng)工作造成的能量損失。液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿(mǎn)足使用要求的前提下，可通過(guò)合理選擇高效率的液壓元件、正確選擇節(jié)能回路、優(yōu)化結(jié)構(gòu)并合理布置等方面，減少系統(tǒng)工作時(shí)的能量損失，使設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高效率，以達(dá)到節(jié)能目的。