液壓系統(tǒng)的能量損失以及節(jié)能措施

摘要 本文介紹了液壓系統(tǒng)總效率的計算，從能量轉(zhuǎn)換、能量傳輸、能量匹配三方面分析了液壓系統(tǒng)主要的能量損失，并基于能耗分析提出了一些節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞 液壓系統(tǒng) 能耗分析 節(jié)能措施

節(jié)能是液壓技術(shù)領(lǐng)域的重要研究課題之一，隨著節(jié)能和環(huán)保要求的日益高漲，有效利用能源已成為液壓行業(yè)的重要目標(biāo)。縱觀國內(nèi)外液壓技術(shù)的發(fā)展歷程，無時無刻伴隨著節(jié)能的需要及創(chuàng)新。

液壓技能技術(shù)的研究時當(dāng)前建設(shè)節(jié)約型社會的必由之路，據(jù)統(tǒng)計在美國流體動力傳遞了2.3～3%的能量，總價值月140～180億美元，而流體傳動的平均效率是21%。5年提高5%的效率，每年可以節(jié)約90-110億美元，減少33 CO₂，15年提高15%的效率，每年可以節(jié)約190-250億美元，減少90MTCO₂。而我國的流體傳動的平均效率還要低于21%。

高能耗不僅與當(dāng)前建設(shè)節(jié)約型社會不相符，并可能降低液壓系統(tǒng)的可靠性和安全性，如：高能耗會造成液壓油溫度升高而增大了泄漏量，降低了密封效果，危及到裝備使用的可靠性和安全性。

下文將從分析液壓系統(tǒng)能量損失的原理出發(fā)，并提出幾種高效實用的節(jié)能措施。

一、液壓系統(tǒng)的效率

效率是衡量系統(tǒng)工作時能量利用情況的主要指標(biāo)，為系統(tǒng)輸出功率與輸入功率之比。如果把驅(qū)動液壓泵的原動機效率也計入液壓系統(tǒng)的效率之中，則液壓系統(tǒng)的總效率為：

液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)主要研究如何提高液壓系統(tǒng)的匹配效率和傳輸效率，因此，把液壓系統(tǒng)的匹配效率和傳輸效率的乘積稱為液壓效率。

二、液壓系統(tǒng)的能耗分析

液壓系統(tǒng)節(jié)能的目的就是提高能量的利用率，減小能量的浪費，盡量用最少的能量輸入保證所需要的能量輸出。液壓系統(tǒng)中的能量損失，主要存在著三個方面的能量損失：

1、能量轉(zhuǎn)換損失

能量轉(zhuǎn)換損失是液壓系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換元件在對能量進行轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的損失，包括機械摩擦損失、壓力損失和容積損失。例如液壓泵把原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為輸出的液壓能，能量轉(zhuǎn)換過程中存在著轉(zhuǎn)軸上的機械摩擦損失以及由泵的內(nèi)泄漏引起的容積損失。液壓馬達把輸入的液壓能轉(zhuǎn)換為輸出的機械能，轉(zhuǎn)換過程中也存在著液壓馬達輸出轉(zhuǎn)軸上的機械摩擦損失以及由馬達的內(nèi)泄漏引起的容積損失。能量轉(zhuǎn)換損失不僅與能量轉(zhuǎn)換元件類型有關(guān)，還與運行工況以及磨損情況等因素有關(guān)。

2、能量傳輸損失

能量傳輸損失是液壓工作介質(zhì)在整個液壓系統(tǒng)中傳輸時所產(chǎn)生的能量損失，即流動損失。它決定于除能量轉(zhuǎn)換元件之外的其它元件的結(jié)構(gòu)與布局，例如控制類元件的結(jié)構(gòu)，蓄能器、濾油器、冷卻器等輔助元件的類型和布局，各元件之間管路的連接方式，以及接頭、管道的型式、數(shù)量、尺寸等。

3、能量匹配損失

能量匹配損失是動力源提供的能量與負(fù)載所需要的能量不相適應(yīng)而產(chǎn)生的能量損失。液壓動力源供給系統(tǒng)的能量往往不能恰好和該液壓系統(tǒng)負(fù)載所需要的能量相適應(yīng)，這就會帶來能量供過于求的匹配損失。它取決于整個液壓系統(tǒng)的設(shè)計及動力源的選型等因素。

三、節(jié)能措施

1、從能量轉(zhuǎn)換損失方面著手

主要可通過提高元件質(zhì)量和開發(fā)新型節(jié)能元件來實現(xiàn)。例如通過優(yōu)化設(shè)計驅(qū)動電磁換向閥的電磁鐵來降低電器控制元件的耗電量，通過優(yōu)化設(shè)計各種液壓閥閥口的流道來降低油液流經(jīng)閥口的壓力損失，以及通過合理的設(shè)計配合間隙來減小泄漏量等方法來實現(xiàn)節(jié)能。

2、從能量傳輸損失方面著手

液壓系統(tǒng)的壓力損失包括局部的壓力損失和沿程的壓力損失兩部分。降低局部壓力損失可通過合理地設(shè)計液壓元件的結(jié)構(gòu)以及減少彎管接頭等的使用量來實現(xiàn)；減小沿程壓力損失，可通過使整個液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量緊湊，以及盡量減小管路的長度等方法來實現(xiàn)。

3、從能量匹配損失方面著手

改善液壓泵和原動機的匹配關(guān)系：

主要通過減少原動機輸出軸的摩擦力矩改善二者的功率匹配關(guān)系來實現(xiàn)，以提高原動機的運轉(zhuǎn)效率。

減小液壓泵與負(fù)載之間的功率過剩：

減小液壓泵與負(fù)載之間的功率過剩包括減小壓力過剩和流量過剩兩部分。減小壓力過剩可通過盡量使液壓泵供油壓力與負(fù)載力需要相適應(yīng)來實現(xiàn)，減小流量過剩也需通過盡量使液壓泵供油流量與負(fù)載所需要流量相適應(yīng)來實現(xiàn)。

在這面現(xiàn)在最主流的技術(shù)是負(fù)載敏感技術(shù)，就是將負(fù)載所需的壓力、流量與泵源的壓力流量匹配起來以最大程度提高系統(tǒng)效率的一種技術(shù)。要提高系統(tǒng)的功率利用效率，一方面要將負(fù)載所需的壓力與泵源的輸出壓力匹配，另一方面，泵源的輸出流量正好滿足負(fù)載驅(qū)動速度的需要。此外，還需要實現(xiàn)待機狀態(tài)的低功耗。

4、從能量的回收再利用方面著手

對于存在能量回饋和需要量不均的液壓系統(tǒng)，貯存和回收能量并加以利用是十分有效的節(jié)能措施。一般動力源輸出的功率常會出現(xiàn)供過于求的工況，若能加以有效地貯存和回收，在必要時重新加以利用，便可以補充能量損失，提高系統(tǒng)工作效率。液壓系統(tǒng)可以貯存和回收的負(fù)載能量有運動質(zhì)量的動能和下落質(zhì)量的位能兩種。

四、總結(jié)

本文從四個方面介紹了液壓系統(tǒng)的技能措施，前三個方面是從節(jié)約首次使用能源來達到節(jié)能的目的。第四個方面是從能量的回收再利用出發(fā)以達到節(jié)能的目標(biāo)，隨著能源技術(shù)的不斷發(fā)展該方面的技能措施會不斷的成熟和完善，可以預(yù)見在不遠的將來該方法將會使節(jié)能效果推向了一個頂峰。