工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

陳家春，張修碩

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650500）

工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

陳家春，張修碩

（昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650500）

[摘 要]工程建設(shè)的發(fā)展使得工程機(jī)械技術(shù)日趨成熟，且逐步朝著多樣化方向發(fā)展，不論是從數(shù)量還是種類上都比過(guò)去有明顯進(jìn)步。本文以工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)其今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述，希望有助于未來(lái)工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]工程機(jī)械；液壓；節(jié)能；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，帶動(dòng)了工程建設(shè)的發(fā)展，而工程建設(shè)的日趨成熟也使得工程機(jī)械獲得快速發(fā)展。目前的工程機(jī)械摒棄了過(guò)去單一的作業(yè)模式，不論是在數(shù)量還是種類上均有明顯提高，但其能耗大、對(duì)環(huán)境造成污染等問(wèn)題也隨之暴露出來(lái)。為了有效保護(hù)環(huán)境，合理利用資源，對(duì)工程機(jī)械采取節(jié)能減排措施是不二途徑[1]。工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展是節(jié)能減排的重要途徑。

1 目前工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 變量泵控制方式

若施工空間的難度較大，以變量泵為主的工程機(jī)械便能發(fā)揮作用，其通過(guò)對(duì)排量的控制使諸如壓力感應(yīng)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)功率控制以及切換節(jié)流調(diào)速等相關(guān)問(wèn)題得以解決，把能源的消耗降到最低，也正是由于其這一優(yōu)點(diǎn)，使其被廣泛運(yùn)用于工程機(jī)械液壓節(jié)能工作中，節(jié)能效果甚是理想。變量泵的作用不僅體現(xiàn)在對(duì)排量的控制上，不同的控制手段也會(huì)影響其輸出性質(zhì)，因而在選擇控制方式上要有針對(duì)性，使輸出控制更為合理。排量控制、LUDV控制以及LS負(fù)載敏感控制均包含在變量泵的控制范圍內(nèi)，下面將對(duì)這三點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1）排量控制 所謂的排量控制其實(shí)就是直接控制排量，利用對(duì)壓力的調(diào)整控制使排量值達(dá)到預(yù)期效果，其分為正、負(fù)兩種流量控制方式。正流量控制主要是用節(jié)流調(diào)速的方式替換掉容積調(diào)速，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率，其最早可見(jiàn)于液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)中。先導(dǎo)式三位六通多路閥是挖掘機(jī)中最為常見(jiàn)的一種，其泵排量同先導(dǎo)操縱的壓力變化并無(wú)明顯區(qū)別，但隨之也暴露出一些問(wèn)題，比如增加了梭閥組使系統(tǒng)的復(fù)雜性，影響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。通過(guò)負(fù)流量控制系統(tǒng)可以有效降低因?yàn)榱ǘ嗦烽y中造成的空流與節(jié)流損失，其在早期的PC系列挖掘機(jī)經(jīng)?？梢?jiàn)。

2）LS負(fù)載敏感控制 雖然能夠讓輸出壓力以及流量符合負(fù)載需求，使液壓設(shè)備的工作效率得到提高。但也存在諸多問(wèn)題，如果大范圍的開(kāi)閥，或者泵的供油輸出與系統(tǒng)規(guī)定的流量標(biāo)準(zhǔn)不符，不論是超出或低于，都會(huì)對(duì)其負(fù)載兀件速度造成影響，使整個(gè)液壓系統(tǒng)趨于混亂，因此，在系統(tǒng)流量處于高狀態(tài)時(shí)，最好不使用LS控制系統(tǒng)。

3）LUDV系統(tǒng) 其屬于單泵單回路系統(tǒng)的范疇，針對(duì)LS負(fù)載敏感系統(tǒng)造成的不足可以進(jìn)行彌補(bǔ)，同一般的負(fù)載傳感系統(tǒng)比較，節(jié)流閥的后半部分常安裝壓力補(bǔ)償閥，且負(fù)載壓力的信號(hào)也由梭閥的極限壓力所決定，若設(shè)備不存在較為明顯的負(fù)載大小，如小型的挖掘機(jī)，便可采用這一系統(tǒng)。

1.2 電液比例控制的智能化

電液比例技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于其能對(duì)復(fù)雜的液壓信號(hào)傳遞管道進(jìn)行優(yōu)化，利用電信信號(hào)將液壓數(shù)據(jù)參數(shù)傳送出去，使過(guò)去冗長(zhǎng)的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有效縮短，讓挖掘機(jī)操作起來(lái)更加簡(jiǎn)便[2]。電液比例控制的智能化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而日趨完善，主要表現(xiàn)在其通過(guò)計(jì)算機(jī)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)包括液壓系統(tǒng)和柴油機(jī)的壓力、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速在內(nèi)的多種運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合數(shù)據(jù)對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)更加高效，節(jié)能。

1.3 多路閥多方式組合控制

在平常的工程機(jī)械中四、六通道多路閥是使用的最多的系統(tǒng)，直通供油路構(gòu)成了多路閥系統(tǒng)中的優(yōu)先回路；而當(dāng)并聯(lián)回路處于中位階段時(shí)，則由并聯(lián)供油路和直通供油路共同組成，同時(shí)其也能及時(shí)反映出壓力、功率與流量的變化，并將情況反饋出去，拓寬負(fù)載傳感閥的控制范圍，比如：在通用閥中加入油聯(lián)，進(jìn)而以流量負(fù)載實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。總的來(lái)說(shuō)，液壓系統(tǒng)的節(jié)能效果受到多路閥組合智能化程度影響，若具有較高程度的智能化，液壓系統(tǒng)便能呈現(xiàn)出較為理想節(jié)能效果。

1.4 混合動(dòng)力系統(tǒng)

當(dāng)前，在大部分工程機(jī)械與汽車(chē)制造業(yè)中混合動(dòng)力系統(tǒng)得到廣泛運(yùn)用。同時(shí)這一系統(tǒng)也普遍存在于我們常見(jiàn)的公交車(chē)和液壓挖掘機(jī)中，而混合動(dòng)力系統(tǒng)也囊括電能、壓力兩種類型的儲(chǔ)能方式。

一方面，若電能是混合動(dòng)力系統(tǒng)的儲(chǔ)能方式，則有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種混合動(dòng)力系統(tǒng)。所謂的串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有直接接觸，始終在高效率區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)可在負(fù)荷發(fā)生改變的時(shí)候，對(duì)自身的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行主要依靠發(fā)電機(jī)和蓄電池所供應(yīng)的能量。這種方式可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的穩(wěn)定性更高，因此有著較高的排放和能量效率，但因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的額定功率在一定程度上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載能力起到了決定作用，因此并不十分完善，所以對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低控制就顯得尤為重要。發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池和電動(dòng)機(jī)的作用就在于將能量供應(yīng)給并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，且因?yàn)檗D(zhuǎn)矩合成器，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與每一個(gè)部件緊密相連。如果運(yùn)行速度與負(fù)載都不高，可以只依靠電力驅(qū)動(dòng)。充分結(jié)合了電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)是這一系統(tǒng)呈現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，因而具備充足的動(dòng)力供應(yīng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，當(dāng)機(jī)械在制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)則充分發(fā)揮替代發(fā)電機(jī)與收集能量的作用。混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)大致分為助力型、雙模式型和續(xù)駛里程延長(zhǎng)型三種，其主要是對(duì)上訴兩種系統(tǒng)進(jìn)行綜合。

另一方面，若壓力是混合動(dòng)力系統(tǒng)的儲(chǔ)能方式，則有二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)、Cumulo驅(qū)動(dòng)和CPS三種系統(tǒng)。Cumulo多數(shù)情況下被運(yùn)用于公共汽車(chē)制造中，汽車(chē)的傳動(dòng)軸和液壓泵相互連接是這一系統(tǒng)的特點(diǎn)所在，汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)軸和液壓泵相互作用，將備罐內(nèi)的油液泵與壓縮器連接，后由壓縮器將氮?dú)庖雰蓚€(gè)高壓容器內(nèi)，因此當(dāng)汽車(chē)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體就會(huì)重新回到系統(tǒng)中、成為驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。這種方式可以把汽車(chē)的燃料消耗控制在一個(gè)適度范圍內(nèi)，延長(zhǎng)制動(dòng)器的使用期限，有效降低汽車(chē)尾氣對(duì)環(huán)境造成的不良影響。通過(guò)柴油機(jī)把能量提供給車(chē)輛，保證其恒轉(zhuǎn)速行駛或者彌補(bǔ)系統(tǒng)中漏掉的液壓，使柴油機(jī)在一個(gè)安全、高效的工作區(qū)域內(nèi)運(yùn)作，這些都是二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所具備的優(yōu)點(diǎn)。CPS系統(tǒng)不但有著簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，且運(yùn)行效率與前兩者相比相對(duì)較高，因此也是當(dāng)前回收汽車(chē)能量中采取的主要方式，其通過(guò)飛輪與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生動(dòng)力，后經(jīng)定壓源液壓帶動(dòng)系統(tǒng)、使能量傳輸，進(jìn)而得以對(duì)汽車(chē)的速度進(jìn)行控制。

2 工程機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 自動(dòng)化、機(jī)電一體化提高

未來(lái)，科技的進(jìn)步與發(fā)展必然會(huì)促進(jìn)工程機(jī)械技術(shù)的提高，同時(shí)，其也將液壓節(jié)能技術(shù)朝著智能化方向發(fā)展。工程機(jī)械液壓技能技術(shù)在今后會(huì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互配合，使自身的制動(dòng)檢測(cè)功能得到提高，進(jìn)而在檢測(cè)上更具有準(zhǔn)確性、可靠性和系統(tǒng)性，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在一個(gè)高效節(jié)能的工作狀態(tài)，這不但有助于液壓挖掘機(jī)面對(duì)不同的工作環(huán)境進(jìn)行制動(dòng)控制，同時(shí)也促使工作效率的提高[3]。這就需要設(shè)計(jì)工作人員在設(shè)計(jì)上投入更多的精力，增加其嚴(yán)密性與安全性，進(jìn)而將工程機(jī)械節(jié)能技術(shù)更加智能化。

2.2 依據(jù)功率匹配實(shí)現(xiàn)液壓節(jié)能

就工程機(jī)械而言，系統(tǒng)的功率匹配問(wèn)題是對(duì)液壓節(jié)能技術(shù)影響最大的因素。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，如果要合理匹配發(fā)動(dòng)機(jī)與泵，就要合理調(diào)節(jié)泵的排量，同時(shí)泵排量的調(diào)節(jié)也需要系統(tǒng)負(fù)載與泵相互配合，因而這也就為調(diào)節(jié)兩者帶來(lái)了新的困難?，F(xiàn)階段，變量泵與負(fù)載敏感系統(tǒng)普遍運(yùn)用于大多數(shù)挖掘機(jī)中的。負(fù)載敏感系統(tǒng)在對(duì)泵的要求上更為嚴(yán)格，要求其能很好地適應(yīng)系統(tǒng)流量與來(lái)自負(fù)載的壓力，進(jìn)而讓泵和負(fù)載相互匹配，并根據(jù)匹配的功率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)行確定，達(dá)到對(duì)工程機(jī)械中發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)大小自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，使系統(tǒng)全局功率高度匹配。

3 結(jié) 語(yǔ)

工程機(jī)械的使用期限大多都受到人為因素的制約，油泵功率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配程度對(duì)實(shí)際操作的效率與質(zhì)量有著直接影響，要想延長(zhǎng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和各個(gè)液壓原件的使用壽命就必須有效控制液壓系統(tǒng)的流量與壓力，減少損失，同時(shí)在工程機(jī)械系統(tǒng)中融合微電子與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，進(jìn)而使整體功能特性得到提高，降低機(jī)械損耗。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王有儒．工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．科技向?qū)В?013，（24）：327．

[2]安陽(yáng)，葉兵．探究工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．電子世界，2014，（2）：167．

[3]汪世益，方勇，滿忠偉．工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．工程機(jī)械，2010，（9）：54-55．

（編輯 張磊慶）

Development status and trend of construction machinery energy saving technology by hydraulic pressure

CHEN Jia-chun, ZHANG Xiu-shuo

［中圖分類號(hào)］TH137

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366(2015)12-0031-02

［收稿日期］2015-10-08