液壓傳動系統(tǒng)的節(jié)能設計分析

戴寬強，覃承藝

（廣西機電技師學院 教務處，廣西 柳州 545005）

液壓傳動系統(tǒng)的作用在于依靠液體壓力克服負載阻力進行動力傳動來完成預定機械工作，然而就現(xiàn)有的液壓傳動系統(tǒng)來說，人們多側重于傳動系統(tǒng)的調節(jié)功能及其可靠性，對于能耗的控制和系統(tǒng)的效率卻重視不足，同時又由于機械制造企業(yè)以效益為重，使得多數(shù)企業(yè)采用的液壓傳動系統(tǒng)都具有很大的能耗問題，一方面會導致主機熱變形，影響機械設備的使用壽命和使用質量，另一方面也會帶來很大的資源浪費，不利于企業(yè)的長期發(fā)展。由此可見，優(yōu)化液壓傳動系統(tǒng)設計，促進其更加高效、低耗是當前我們所需要重視的一個重要課題。

1 液壓傳動系統(tǒng)節(jié)能設計的重要意義

1.1 有利于企業(yè)的長期發(fā)展

就液壓傳動系統(tǒng)來說，其主要通過液體壓力來減少摩擦阻力，但是由于目前技術水平的限制以及工作人員的操作不當，很多企業(yè)所使用的液壓傳動系統(tǒng)都具有較嚴重的資源損耗問題，不僅浪費了很多不必要的資源，更使得使用成本一再提高，長期以往，將影響企業(yè)發(fā)展，重則會面臨倒閉。而優(yōu)化液壓傳動系統(tǒng)設計，一方面可以解決傳統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)的資源損耗問題并明顯減少企業(yè)的成本投入，這對于企業(yè)來說十分有利于生產效益的提高；另一方面，更加節(jié)能的液壓傳動系統(tǒng)符合國家節(jié)能減排的要求，企業(yè)在發(fā)展之余也就有機會獲得國家的支持，進而也就可以樹立起較好的企業(yè)形象。

1.2 有利于行業(yè)的健康進步

現(xiàn)如今，污染問題和能耗問題已經成為了受到關注的嚴重的問題之一，為了響應國家號召，走可持續(xù)發(fā)展的生產道路，許多地區(qū)紛紛出臺了一系列節(jié)能減排政策。而通過優(yōu)化企業(yè)液壓傳動系統(tǒng)設計，不僅企業(yè)的生產需要能夠得到滿足，同時國家的節(jié)能減排目標也能得到順利實現(xiàn)，這對于機械行業(yè)的健康發(fā)展和進步有著很大的幫助。

2 液壓傳動系統(tǒng)節(jié)能設計原理

一般情況下，液壓傳動系統(tǒng)中能量的傳遞過程為電能、機械能、液壓能，而能量損耗問題便主要發(fā)生在能量的轉換過程中，因此要想促使液壓傳動系統(tǒng)更加節(jié)能、高效，關鍵在于提高減少系統(tǒng)中壓力和流量的損耗以及提高液壓回路效率。此外，根據液壓傳動系統(tǒng)總效率的表達式我們可以發(fā)現(xiàn)，液壓傳動系統(tǒng)總效率由液壓傳動系統(tǒng)能量轉換效率和原動機效率兩部分構成，且二者會受到液壓泵效率、液壓執(zhí)行元件總效率、液壓回路效率、回路壓力效率等諸多因素的影響。通過分析，要想提高液壓傳動系統(tǒng)的總效率，一方面應選擇更加高效的原動機、液壓泵和液壓執(zhí)行器并合理使用，另一方面應盡可能的減少過剩壓力和過剩流量，這一點可通過減少“過高供液壓力”和“過多供液流量”以及提高回路輸入功率與負載功率的匹配程度來實現(xiàn)。

3 液壓傳動系統(tǒng)節(jié)能設計的具體措施

3.1 選取匹配程度更高的動力源

一般情況下，液壓系統(tǒng)功率過度損耗的主要原因是該系統(tǒng)產生了供大于求的流量和壓力。具體來說，在不同的工作情況下，液壓傳動系統(tǒng)能量損耗通常也會有所不同，這就使得系統(tǒng)很容易產生供求不相符的情況，因此要想使液壓傳動系統(tǒng)更加節(jié)能，一個很重要的解決手段便是選擇匹配程度更高的動力源，基于此，以下比較了當前世界上液壓傳動系統(tǒng)常用的幾種動力源。

首先，定量泵恒壓源的匹配程度最低，但由于其具有操作簡單，價格便宜的特點，很多地方仍在使用該動力源。

其次，壓力動力源與定量泵恒壓源原理相同，且壓力動力源只有配合定量泵恒壓源使用才能發(fā)揮出作用，因此該動力源也有著匹配程度較低的缺陷，但是由于泵不是一直在高壓下工作，因此該動力源泵的使用壽命較長，動力源的發(fā)展前景較為廣闊。

再次，流量動力源是隨著科技進步所誕生的產物，但是由于其采用了價格十分昂貴的變量泵，且其調節(jié)閥的調試比較復雜，因此此種動力源適合流量變化多但壓力變化少的系統(tǒng)，適用范圍較窄，不利于推廣。

最后，功率動力源是當前已有所有動力源中匹配程度最高的動力源，其可以使資源得到非常充分的利用，損耗也較少，但是，由于該動力源需要配備質量高且價格昂貴的功率適應變量泵，在短期內推廣也有著不小的難度。

3.2 研發(fā)及利用節(jié)能回路

節(jié)能回路的目的在于用最少的輸入熱能來完成既定輸出工作，具體可采用合理選用液壓源、設置合適卸荷回路、合理選用控制元件及系統(tǒng)管理等方法來實現(xiàn)。

首先，液壓源即動力源，由于上文已經分析了各種動力源的優(yōu)缺點，因此這里不再一一贅述，但是在選擇時應注意根據實際的調查進行分析，確定液壓傳動系統(tǒng)的流量變化規(guī)律和壓力變化規(guī)律后才能進行動力源的選擇。

其次，可采用設置旁油路節(jié)流調整回路等方式來降低回路壓力以提高液壓傳動系統(tǒng)的工作效率，且在設計過程中應注意優(yōu)化管路系統(tǒng)，盡量在滿足功能需求的前提下提高系統(tǒng)的可靠性和簡潔性。

最后，可通過合理選用控制元件及系統(tǒng)管路來提高回路效率，而由于各類控制元件在不同液壓傳動系統(tǒng)的最大壓力和流量均有所不同，因此應在選擇控制元件前對系統(tǒng)進行詳細的調查，其中對于系統(tǒng)管路，應盡量縮短管長，減少彎頭，且彎頭處的角度不宜過小，通常應大于90度。

3.3 提高能量轉化效率

從液壓傳動系統(tǒng)總效率的計算公式可以看出，能量轉換率與諸多因素有關，而在一般情況下，提高部件質量以及開發(fā)新部件等方式均可實現(xiàn)能量轉換率的提高，同時隨著科技的進步，一些全新的裝置和方式均可提升液壓系統(tǒng)的工作效率，如采用定量泵加比例換向閥的系統(tǒng)，其工作效率便可提升至原來的25%到45%之多。

此外，利用液壓機系統(tǒng)中定量泵加液壓缸迅速回路方式，其相應閥門可以及時的發(fā)揮出作用，這對于減少損耗，優(yōu)化系統(tǒng)性能同樣有著很大的幫助。同時，上文提到的優(yōu)化控制元件方式也可提高能量的轉化效率，如選用壓力小、可持續(xù)操控的電液比例操控閥便可使系統(tǒng)壓力損失大幅下降。除更換液壓傳動系統(tǒng)元件外，利用計算機設備和技術對液壓傳動系統(tǒng)的壓力進行實時控制也是時代進步所帶來的一種全新途徑。

3.4 蓄能器節(jié)能

除以上節(jié)能方法外，蓄能器節(jié)能也不失為一種很有效的節(jié)能設計手段，但蓄能器節(jié)能僅適用于以下三種工況，只有出現(xiàn)三種工況其中一種時，才可選用蓄能器作為輔助動力源來進行節(jié)能：第一，在一個循環(huán)周期內各執(zhí)行元件所需流量差別較大；第二，某些執(zhí)行元件動作時間較短但需要的瞬時流量較大；第三，某些執(zhí)行元件為間歇工作。

4 結語

綜上，本文我們討論了比較常用的用于優(yōu)化液壓傳動系統(tǒng)設計的方式方法，而對于廣大機械制造企業(yè)來說，只有根據不同的系統(tǒng)情況采用不同的優(yōu)化方式，立足需要依靠先進的技術來研發(fā)設計，才能設計出更加高效、更加節(jié)能的液壓傳動系統(tǒng)。其中需要指出的是，液壓傳動系統(tǒng)的節(jié)能設計是建立在科學判定系統(tǒng)壓力等指標的基礎之上的，且這些指標對于系統(tǒng)性能的水平有著決定性影響，因此切勿忽視。

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