全液壓式港口機械的液壓系統節能技術

劉偉龍 劉紅喜 閆永毅

日照港集團股份有限公司 山東日照 276800

1 負荷敏感液壓系統

在現有全液壓式港口機械中，一般是單個或多個液壓泵驅動多個執行機構，但正常工作中一般只有一個或部分執行機構工作，其他執行機構關閉，實際需要流量較小，而系統總流量為一定值，這時存在大量的溢流，造成驅動系統功率利用率的降低。負荷敏感液壓系統是指系統能自動地根據外界負載及速度的變化，以電液信號反饋到敏感控制閥或泵變量控制機構，穩定工作時使泵向外界負載提供適當的壓力和流量，從而最大限度地減少因壓力和流量變化而帶來的溢流損失，提高整個液壓系統的效率和驅動系統的功率利用率。壓力補償閥的工作原理是定差減壓，如圖。

在閥芯右端通入外界負載壓力油，左端通入閥出口壓力油，閥芯的力平衡關系式為：

由此式可以看出，在預壓縮量一定時，負載壓力與閥出口壓力差為恒定值。由于閥出口直接連接比例換向閥入口，所以可以確定比例換向閥兩端的壓差為恒定，從而保持換向閥開口不變，通過其流量也是不變的。

2 負荷敏感液壓系統工作原理

在負載敏感液壓系統實際工作前，先設定限壓閥的調定彈簧和LS 控制閥的調定彈簧，其實際工作狀態主要包括液壓系統的啟動狀態、液壓系統怠速狀態、執行機構的啟動狀態、執行機構的正常工作狀態和流量和壓力自調節狀態。

液壓系統在啟動時，系統無壓力，限壓閥和LS控制閥在調定彈簧的作用下，均工作在右位，油箱與負載敏感泵的變量機構右端相通，其在彈簧的作用下，泵的排量處于最大，此過程為一快速過程；之后，液壓系統在驅動系統的作用下處于怠速狀態，在執行機構啟動之前，液壓系統壓力迅速升高，當壓力超過LS 控制閥的調定壓力時，LS 控制閥在左位工作，泵出口的壓力油進入到變量機構右端，推動變量機構活塞減小泵的排量，直至接近于零，整個系統處于低壓小流量狀態。

執行機構啟動時，在打開比例換向閥的瞬間，由于所需流量迅速增大，系統壓力快速降低，LS 控制閥從左位變成右位工作，活塞向右移動，泵排量增大，系統流量增大；當比例換向閥閥芯位置固定時，系統提供的流量與執行機構所需流量相同，此時泵的出口壓力等于外界負載壓力與LS 控制閥彈簧力之和，閥芯處于動態平衡，泵的排量保持恒定，泵出口壓力比負載壓力高出LS 彈簧力，此時也是執行機構正常工作狀態。

負荷敏感液壓系統還具有外界負荷超載自我保護功能，即起限壓閥的作用。當泵出口壓力超過限壓閥彈簧設定值時，限壓閥在左位工作，系統壓力直接推動變量機構活塞左移，直至排量接近于零。對單路執行機構而言的，對于多路執行機構，其液壓系統中的LS回路壓力為所有執行機構最大負載壓力，泵出口壓力就為最大負載壓力與LS 控制閥彈簧力之和。

3 液壓系統節能技術

3.1 柴油機與變量泵的功率匹配技術

由于港口流動機械作業的特殊性造成其作業負載變化較大，在起升貨物、開始行走等作業負載增大時，變量泵的輸出壓力增大，在發動機轉速感應極限控制下，變量泵的排量減小，外界負載較小時，泵的排量調整到最大值，保證變量泵與發動機的功率匹配，以使發動機工作在節能效果明顯的范圍內，降低發動機燃油消耗量，還可提高發動機的使用壽命。

3.2 負荷敏感節能技術

港口流動機械的液壓系統采用較為先進的負荷敏感節能技術，即采用負荷敏感控制閥組。系統運行中，高壓油由變量泵泵出，通過負荷敏感控制閥組直接驅動行走系統、起升系統、轉向系統和制動系統。負荷敏感節能技術能夠保證液壓系統供給執行機構負載相匹配的壓力和流量，有效降低了液壓系統的設計功率儲備。在流動機械實際作業中，具有負荷敏感節能技術的液壓系統可實現壓差反饋，同時在流量指令條件下能夠快速進行液壓泵對負載壓力的隨地控制操作的閉環系統，降低了系統功率損失和發熱量，具有較好的節能效果，符合我國港口裝卸設備在節能降耗和防污減排的整體要求。

3.3 能量回收技術

港口流動機械是集裝箱裝卸機械，其具有負載質量大，集裝箱的起升和下降頻繁，行走和制動頻繁，造成液壓能與勢能或動能的轉換頻繁，如能將集裝箱的下降勢能和制動能量回后再利用，則可達到較好節能效果。港口流動機械可采用在液壓系統中配置蓄能器，集裝箱下降和整機制動所產生的壓力油儲存于蓄能器中，當集裝箱上升和整機行走時，蓄能器再將壓力油直接供于液壓油路中，大大節省了柴油機輸出功率，減少燃油消耗。同時蓄能器還能緩和沖擊、吸收壓力脈沖，使液壓系統運行更平穩。

負荷敏感液壓系統能夠實現泵流量、壓力與執行機構流量、壓力的完美匹配，使系統工作在最佳狀態，提高驅動系統的功率利用率，最大限度地減少系統中的能量損失，為實現液壓系統的節能減排創造了可能。在現有港口機械液壓系統的基礎上，只需將系統中的定量泵和各功能閥分別更換成負荷敏感泵和多路閥組，而執行元件不用更換。因此，與液壓系統和執行元件分別更換電力系統和電力元件相比，價格更加低廉。