液壓傳動系統中的節能措施研究

黃婭莉

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

液壓傳動系統節能措施只是起到節能降耗環保作用，但系統本身的運行效率卻是只能提升，不能降低的，在質量和性能方面更是如此，所以該液壓傳動系統還是要按照一定的原則進行設計，使軌梁廠的生產效率不會受到影響。本文主要針對液壓傳動系統中的節能措施進行研究。

1 液壓傳動系統節能設計原則

液壓傳動系統在進行節能環保設計時，要采用綠色設計與制造技術，使該傳動系統在環保同時，能在能量消耗上貫徹可持續發展戰略。相關的設計原則主要有五方面。

其一資源利用程度最大原則。主要指的是系統設備的生產原材料，在性能和質量條件差不多的情況下，廠家要選用資源比較常見的材料作為生產原材料，對于匱乏的資源材料，也要盡可能找到該資源的代用材料。還要使該材料制作成系統設備時，使用周期是長的，即使設備不能使用，設備材料是可以被回收利用的。

其二液壓傳動系統的材料不僅要環保，可持續利用，系統的很多元件在工作時，也要起到環保效果。

其三能量損耗最少原則，產品使用周期在得到保證后，還要保證產品在生產過程中消耗的能量最少，可以對系統的工作原理進行調整和設計，對液壓傳動技術進行改進。

其四設計先進性原則，液壓傳動系統作為動力裝置，不能太過笨重，一般性能發揮與外觀規模等都是相適應的。基于產品性能要求，還要對產品進行簡化設計，使其在外觀和規模以及重量和質量上都得到優化設計，結構可以簡單，零件可以少，但不能對產品運行的穩定安全性產生影響。隨著軌道設計要求越來越高，軌梁廠生產質量也要隨之提高，設計先進的液壓傳動設備，是勢在必行的。

其五精確性成形工藝原則。在對該系統設備進行制造時，經常會在毛坯制造環節，消耗太多的資源和能量來確保零件尺寸和規模與設計相差無幾。如果能對該生產環節的相關技術進行優化，比如一開始就采用精鑄、冷擠等技術來使零件成形后的毛坯在很多方面保持精確性，該系統設計制造業就實現了節能降耗。

2 液壓傳動系統中的節能措施

液壓傳動系統在進行機械能轉化和動力傳遞過程時，經常會消耗一些能量來抵消摩擦損失，該過程同樣是傳動系統能耗量最大的階段，這些能量損失主要表現在液壓油在壓力作用下流經管道到達目的地過程中對管壁和其他位置產生的壓力損失；液壓閥對液壓油起到控制阻礙作用，所以液壓油要經過液壓閥，就要花費比施加在管道上的壓力還要大的壓力，壓力損失也就產生；液壓油或其他的工作介質是隨著系統運行隨時處于流動過程中的，系統內部元件以及外部機械運動體在運行時，這種流動的工作介質就有可能通過元件間隙發生內外部泄露，液壓油屬于能源，這種流量損失也是不符合節能環保要求的。這些能量損耗最終會表現在軌梁廠相關設備的功率損失上，使液壓傳動系統作用優勢效果不再顯著。所以在對該系統采取節能措施時，也要解決以上出現的各種能量損失。比如針對元件內外部的液壓油泄漏損失，還要設計無泄漏液壓系統，主要使系統內外的密封性強一些，能有效減少系統運行中出現的各種泄漏，使系統運行的工作介質在質量和數量少都不會發生太大的變化。液壓系統的節能設計主要表現在以下三個方面。

其一，液壓泵和液壓閥在液壓傳動系統中主要對工作介質或油體流動狀態起到控制的作用，而發生的較大液壓損失也是發生在這些地方，設計者在將節能降耗作為設計目標時，也要注意是基于該部分元件控制作用和效率不會失效的條件下。

其二液壓傳動系統在進行能量轉換的過程中，亦是使負載設備消耗能量進行運轉的過程。在該過程中，產生的過于能耗主要是因為液壓泵在滿足負載設備運行能量要求之余，還有很多輸出能量沒被利用，所以系統效率是有限的。所以在降低能耗設計中，還要使液壓泵輸出能量能被負載設備完全利用。在對負載設備的液壓泵進行選擇時，為了使流量變化能穩定在某個范圍，還要選擇恒壓式類型，來保證壓力相差無幾的負載設備動力源提供的能量穩定適宜。另外有些系統還會采用恒功率變量泵來支持設備運轉，這種情況下，負載設備的速度和壓力呈反比關系，負載功率也不是穩定的，會呈較大趨勢。無論是什么情況，都要保證液壓泵與負載功率相匹配，如此才能保證液壓泵與負載設備運行能量消耗是一定的。這是從液壓泵角度進行功率消耗控制的，里面的液壓泵都是處于變量狀態的。還有一種措施是利用定量泵和伺服電機組成的系統來降低功率，這種系統和第一種變量泵降耗措施不一樣，除了效果顯著程度不一樣外，閥門利用上也不同。在第一種措施中，總會有液壓閥作為控制元件出現，但無可避免也會造成該部分元件的液壓損失，但這種組成系統并沒有采用任何的閥門，而是利用交流調速系統來對液壓油等進行控制，所以這種系統也被稱為無閥電液系統，沒有閥門，也就避免了這部分元件的能量損耗，調速回路上的損失也被避免，系統運行效率卻會因為該部分控制作用靈敏，不會受到阻礙而提升。該組成系統的節能效果無疑是顯著的，所以軌梁廠在液壓傳動系統中廣泛應用了這種組成系統。該系統相關的工作原理圖如圖1所示。

圖1 無閥電液系統工作原理圖

其三，對系統能量進行儲存，增加回收利用的機率。針對這個目標，軌梁廠在設備利用上結合了液壓蓄能器和轉子蓄能器，這些設施安裝在動力裝置中，在不影響傳動效率同時，還使傳動過程中多余散發消耗的能量得到收集和儲存，以便保證傳動裝置與負載在能量和功率上的需求都是一致的。這種儲存能量的裝置在軌梁廠應用還是比較廣泛的，但論起節能效果來，還不如二次調節靜液傳動技術，這種技術屬于新型節能技術，傳統的能量儲存設施儲存的僅是傳動裝置輸出能量中多余的能量，但負載在慣性條件以及垂直狀態下的能量卻是浪費了，而這種傳動技術恰巧解決了這個難題，使系統能量盡可能最大程度得到回收利用。在液壓傳動系統中，動力裝置在作用時，主要有兩種能量狀態，液壓能和機械能。液壓泵實現了前者到后者的單向轉化，液壓馬達實現了兩種狀態的相互轉化過程。液壓泵和液壓馬達分別是一次元件和二次元件。在該新型節能技術未出現之前，系統對能量相關的工作參數進行調控都是直接對一次元件進行操作，二次元件相關參數卻是間接通過控制閥來控制。但在二次調節靜液傳動系統中，該技術直接對二次元件進行操作，使其能量轉換參數得到調整控制。相關的系統工作原理圖如圖2所示。

圖2 二次調節靜液傳動系統工作原理圖

由圖中可以看出，液壓馬達位于數字1處，數字2處是油缸，液壓馬達進行能量轉化需要借助2號油缸，所以油缸對其的排量是有控制效果的。數字3是電液伺服閥，和油缸2的電路是直接相連的，所以該閥門通過對電液比例進行調整，來達到控制油缸2流量的目的。這一系列流程中需要相關的測量元件進行有關信號測量和傳遞，該信號來自液壓馬達的速度事項，信號最終接收者為電液伺服閥，中間需要經過控制器。電液伺服閥在發現信號異常后，就要做出應急控制反應，對油缸2位置調整后，液壓馬達的斜盤傾角就會恢復正常，液壓馬達的排量就不會失控，液壓傳動系統運行也不會受到影響，系統會更加穩定平衡。另外二次調節靜液傳動系統會使多余能量被儲存和利用，節流損失避免后，整個系統的節能降耗效率也會體現出來。

3 結語

液壓傳動系統中的節能措施主要從降低功率，減少設備能量各種損失來實現，此外還要確保這種節能后的液壓傳動系統并不會對軌梁廠生產造成其他影響。無論是無閥電液系統還是二次調節靜液傳動系統的設計工作，都要做好，以確保整個系統的運行效率。

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