機(jī)械裝備液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)研究

宋 豫，胡中望

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

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機(jī)械裝備液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)研究

宋 豫，胡中望

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

研究提出了機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的思想，提出了科學(xué)選用機(jī)械液壓系統(tǒng)元件、提高機(jī)械液壓系統(tǒng)液壓泵的工作效率、做好機(jī)械液壓系統(tǒng)的抗泄漏設(shè)計(jì)、優(yōu)化機(jī)械液壓系統(tǒng)功率匹配、提高機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能水平等方法，希望對(duì)重新解構(gòu)機(jī)械液壓系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計(jì)概念，實(shí)現(xiàn)全面節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)有所幫助。

機(jī)械裝備；液壓系統(tǒng)；節(jié)能環(huán)保；設(shè)計(jì)；抗泄漏；功率匹配

在機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要在關(guān)鍵環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，堅(jiān)持原則、細(xì)節(jié)、關(guān)鍵設(shè)計(jì)，為機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障和基礎(chǔ)，特別是在液壓元件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功率匹配等方面，要充分體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保要求，這也是機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的重要方式和基本途徑。

1 科學(xué)選用機(jī)械液壓系統(tǒng)的元件

在機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)中，元件的選用直接決定著機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、效率和安全性，也關(guān)系著機(jī)械液壓系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，因此，要提升系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保水平，就必須從科學(xué)選用機(jī)械液壓系統(tǒng)元件入手。機(jī)械液壓系統(tǒng)元件主要包括馬達(dá)、液壓缸、液壓泵、控制元件等設(shè)備和部件，節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)一方面是要控制各個(gè)元件的節(jié)能性，另一方面是要確保各個(gè)元件組成的機(jī)械液壓系統(tǒng)滿足節(jié)能環(huán)保要求。在選用馬達(dá)的過程中，要控制馬達(dá)的功率，避免機(jī)械液壓系統(tǒng)頻繁動(dòng)作而導(dǎo)致馬達(dá)過熱，引發(fā)功率不足和能耗增加等問題。在液壓缸設(shè)計(jì)中，要控制缸體的強(qiáng)度和重量，避免過度要求強(qiáng)度而導(dǎo)致缸體重量過大，引發(fā)能耗增加，也要避免因過分控制缸體重量而導(dǎo)致強(qiáng)度不足，引發(fā)油質(zhì)泄漏問題。在液壓泵的選用過程中，要充分考慮機(jī)械液壓系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷，選用節(jié)能型變量泵，有效控制機(jī)械液壓系統(tǒng)的整體能耗，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。在控制元件的選用過程中，要選擇具有自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的元件，有效提升機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率和能源的連續(xù)、變化控制，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與節(jié)能性。

2 提高液壓泵的工作效率

機(jī)械液壓系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)應(yīng)將重點(diǎn)放在如何有效提升系統(tǒng)工作效率方面，在同樣的輸入功率條件下，使機(jī)械液壓系統(tǒng)更高效地工作，這也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的重要途徑。液壓泵是機(jī)械液壓系統(tǒng)的重要轉(zhuǎn)換設(shè)備與裝置，是機(jī)械液壓系統(tǒng)中初次能量傳遞的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，因此，液壓泵對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)的運(yùn)行和節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有著非常重要的影響。在機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)工作中，要從幾個(gè)層面考慮液壓泵的選用：第一，要綜合考慮機(jī)械液壓系統(tǒng)的工作總效率，液壓泵的設(shè)計(jì)要立足于有效提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的動(dòng)力水平，做到對(duì)各種環(huán)境、各類型工作的有效適應(yīng)，防止在高負(fù)荷和長時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行中，出現(xiàn)系統(tǒng)損壞和功率輸出下降等問題。在穩(wěn)定整個(gè)機(jī)械液壓系統(tǒng)的同時(shí)，有效控制浪費(fèi)與污染問題。第二，要平衡機(jī)械液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行與節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的動(dòng)態(tài)關(guān)系。液壓泵的設(shè)計(jì)既應(yīng)確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各類條件下的穩(wěn)定、連續(xù)工作，也應(yīng)留有一定的功率和效率空間，以便提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)意圖。第三，控制機(jī)械液壓系統(tǒng)液壓泵的參數(shù)。一方面要控制液壓泵的結(jié)構(gòu)形式，使其適應(yīng)機(jī)械液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，在有效融入系統(tǒng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、連續(xù)、高效的工作效率。另一方面，要控制液壓泵的轉(zhuǎn)數(shù)，避免液壓泵在1 800 r/min以上轉(zhuǎn)速出現(xiàn)的泄漏、不穩(wěn)定等問題。第四，要加強(qiáng)液壓泵油品的選擇，特別是在油質(zhì)的黏度上，要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，有效控制液壓泵內(nèi)部因摩擦產(chǎn)生的壓力損失，逐步提升液壓泵的工作效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械液壓系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保運(yùn)行。

3 做好機(jī)械液壓系統(tǒng)的抗泄漏設(shè)計(jì)

機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)組成的角度出發(fā)，分析機(jī)械液壓系統(tǒng)可能產(chǎn)生的污染問題，在設(shè)計(jì)過程中，有效優(yōu)化機(jī)械液壓系統(tǒng)體系，強(qiáng)化機(jī)械液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和部位，確保機(jī)械液壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏，提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而控制機(jī)械液壓系統(tǒng)工作中的能耗，防止機(jī)械液壓系統(tǒng)作業(yè)對(duì)環(huán)境造成污染和破壞。避免機(jī)械液壓系統(tǒng)泄漏是節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，既要防止機(jī)械液壓系統(tǒng)的內(nèi)部泄漏，也要防止機(jī)械液壓系統(tǒng)的外部泄漏。在機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要強(qiáng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效預(yù)防薄弱部位產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性泄漏。在倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的今天，要做好機(jī)械液壓系統(tǒng)的材料性質(zhì)控制，選用高分子、高強(qiáng)度的材料作為機(jī)械液壓系統(tǒng)的組件和密封材料，提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的整體強(qiáng)度，有效預(yù)防和改善機(jī)械液壓系統(tǒng)中的泄漏問題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。在機(jī)械液壓系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)中，要控制系統(tǒng)和部件間的間隙，重點(diǎn)對(duì)補(bǔ)償量、熱脹系數(shù)、形變系數(shù)、材質(zhì)強(qiáng)度等參數(shù)和性質(zhì)加以控制，確保機(jī)械液壓系統(tǒng)能夠有效控制相關(guān)變量和參數(shù)，減少間隙，減少機(jī)械液壓系統(tǒng)內(nèi)外泄漏量，選用具有高耐久性和高穩(wěn)定性的密封件，提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效預(yù)防泄漏。在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，要充分考慮機(jī)械液壓系統(tǒng)的制造、裝備、運(yùn)行、維護(hù)等細(xì)節(jié)問題，全面嚴(yán)格控制可能引起泄漏的各類因素，特別是要對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)的表面形式、加工尺寸、幾何形狀、表面光滑度等重要要素進(jìn)行控制，應(yīng)用成熟、穩(wěn)定的工藝，有效確保機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定、連續(xù)、安全工作狀態(tài)，避免人為因素或泄漏引發(fā)的環(huán)境污染問題。在機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，還應(yīng)控制液壓油的選擇，有效提高液壓油的適應(yīng)性，減少高壓泄漏和溫度敏感性過高等問題，在持續(xù)傳動(dòng)、有效剪切速度的條件下，防止機(jī)械液壓系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏與污染問題。

4 優(yōu)化機(jī)械液壓系統(tǒng)的功率匹配

機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的中心是動(dòng)力源與負(fù)載工作，機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)是否成功，主要取決于功率、效率等發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的選擇。在機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)平衡系統(tǒng)內(nèi)部傳動(dòng)、系統(tǒng)功率輸出等關(guān)鍵參數(shù)的關(guān)系，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的問題，要將節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在功率匹配元件和控制方面，設(shè)計(jì)要以低能耗、低污染為出發(fā)點(diǎn)，加強(qiáng)動(dòng)力源的種類、功率和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效減少系統(tǒng)不連續(xù)工作、超負(fù)荷工作產(chǎn)生的污染、能耗問題，減少機(jī)械液壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定輸出問題，有效提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。在環(huán)保設(shè)計(jì)中，動(dòng)力源可選用節(jié)能型發(fā)動(dòng)機(jī)，以保證機(jī)械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 提高機(jī)械液壓系統(tǒng)的節(jié)能水平

要做好機(jī)械液壓系統(tǒng)的節(jié)能控制，這是機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在機(jī)械液壓系統(tǒng)高效節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，要有結(jié)構(gòu)控制與目標(biāo)控制意識(shí)，要綜合系統(tǒng)構(gòu)成和節(jié)能體系，將機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)作為立足點(diǎn)，強(qiáng)化節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。要將生態(tài)環(huán)境綜合治理、機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)有效整合，將設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)化為環(huán)境綜合保護(hù)、減少污染、提升機(jī)械液壓系統(tǒng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力等部分，融合雙泵分合流技術(shù)、液壓負(fù)荷傳感技術(shù)、靜液驅(qū)動(dòng)技術(shù)，優(yōu)化機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

6 結(jié)語

機(jī)械液壓系統(tǒng)的發(fā)展必須以節(jié)能環(huán)保和綠色智能為前提，盡量在設(shè)計(jì)中突出節(jié)能效益和環(huán)保目標(biāo)，建立機(jī)械液壓系統(tǒng)的節(jié)能新體系，通過全面調(diào)節(jié)工作狀況、使用狀況、設(shè)備狀況，設(shè)計(jì)出節(jié)能環(huán)保的機(jī)械液壓系統(tǒng)，滿足市場(chǎng)需求和社會(huì)發(fā)展需要，進(jìn)一步提升機(jī)械液壓系統(tǒng)的先進(jìn)性、整合性，促進(jìn)機(jī)械液壓制造產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。

[1] 郭研，王海蘭，陶新良.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2012，(04)：49-51.

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Research on energy-saving and environmental protection design of mechanical hydraulic system

SONG Yu,HU Zhong-wang

(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)

This paper puts forward the idea that the goal of energy saving and environmental protection must be adhered to in the design of mechanical hydraulic system. It puts forward to select mechanical hydraulic system components scientifically,improve the working efficiency of hydraulic pump of mechanical hydraulic system,enhance anti-leakage design of mechanical hydraulic system,and improve the level of energy efficiency of mechanical hydraulic system,hoping to make help for re-deconstructing the concept of environmental design of mechanical hydraulic system.

Mechanical equipment; Hydraulic system; Energy saving; Design; Anti-leakage; Power matching

2017-01-09

宋豫(1986-)，男，工程師，研究生。

TH137

A

1674-8646(2017)06-0118-02