液壓機械節(jié)能控制技術發(fā)展研究

邱鵬，張利，劉西彬

（山東泰豐智能控制股份有限公司，山東 濟寧 272025）

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步，液壓機械技術也獲得了越來越普遍地運用與發(fā)展。液壓機械技術在一定程度上既可以使產品制造效率大大地提高，也可以使工程人員的工作量有所降低。所以，液壓機械對現(xiàn)代經濟社會的發(fā)展具有一定的推動意義。雖然現(xiàn)代社會普遍崇尚低碳環(huán)境的理想，可是很多機械的功率都比較大，且環(huán)境污染嚴重。所以，針對相關應用領域的液壓機械節(jié)能控制技術還需要更進一步地研究。

1 液壓機械設備的技術背景

最初，在20世紀60年代，一些領域已經研制了各種工程機械的液壓裝置，特別是裝載機和挖掘機?，F(xiàn)在一些工程機械設備液壓系統(tǒng)已經由傳統(tǒng)形式轉化為節(jié)能型式。改革后，機械設備品種更加豐富，主要有液壓清掃機、液壓夯、液壓剪等，而這種新型機械設備通常具有功能全、輸出功率大的優(yōu)點。也因此，原液壓鏟斗機使用的機械設備現(xiàn)在已經開始采用大恒功率變量油泵。在這些狀況下，能夠有效增加機械設備的能源使用率，并保證工作效率，從而避免產生能量過載問題。

2 液壓機械節(jié)能控制技術的重要性

在我國總體宏觀發(fā)展水平和國民經濟社會發(fā)展水平不斷改變的前提條件下，我國各行業(yè)均獲得了高速度蓬勃發(fā)展，當然工程行業(yè)發(fā)展勢頭也很快。尤其是近年來，不同形式的工程項目如雨后春筍般出現(xiàn)。由于這個趨勢，工程機械在工程行業(yè)中獲得了日益普遍的使用，而液壓機械為現(xiàn)代工程機械的重要一部分，在工程建設中得到了廣泛的應用?？偟膩碚f，工程機械的數(shù)量和種類都在增長，液壓機械也不例外。眾所周知，施工過程中會消耗大量能源和輔助設備，不可避免地會對人們的身體和精神健康產生影響。施工過程中會形成大量機械設備環(huán)境污染，將危及人們的身體健康。因此目前，設備的環(huán)保控制尤為重要。對液壓機械設備而言，其節(jié)電控制也十分關鍵。液壓機械設備的節(jié)電控制，可以使液壓機械設備的應用在建筑物施工步驟中更加突出節(jié)省，也可以減少液壓機械設備的能量和資金消耗，可以降低從液壓機械設備排放的污水，以及建筑流程中造成的噪聲和粉塵等對人體身體健康的影響。由于液壓機械設備的節(jié)電控制也可以保護環(huán)境，因此掌握這項技術也能夠有效減少許多不利于環(huán)境的問題，但是由于在建筑施工流程中液壓機械使用不合理，導致施工效率和安全。從上述方面都可以看到，現(xiàn)代液壓機械控制技術有著重大的意義與影響，其重大意義不可言喻。熟悉并掌握了該領域的先進科學技術，就可以減少生產液壓機械的能耗和資源耗費，從而降低液壓機械所排出的廢水，降低在施工過程中產生的噪音和灰塵，從而保護建筑環(huán)境。

3 液壓機械的概念

液壓機器是一種可以在流體中運作的機械設備和運輸工具。這一類機器出現(xiàn)于重型機械系統(tǒng)中。在這些類型的液壓機械中，其液壓油采用由發(fā)動機電機驅動的液壓泵，經過高壓傳遞至裝置中的履行機制。工作人員透過操縱各種水力控制閥來調節(jié)液壓流體，以得到所需要的壓強和電流，液壓部件之間透過液壓管道相連。

4 液壓機械節(jié)能控制技術

4.1 智能電液比例控制

針對機器設備液壓系統(tǒng)操控，電液比信息的運用能夠借助機器設備液壓系統(tǒng)控制信息傳遞管線高效地改善操作體系，使機器設備液壓控制信息系統(tǒng)在液壓控制信息的高速率傳遞流程中得到了極大的反應速率，從而實現(xiàn)了高效優(yōu)化液壓系統(tǒng)操控機器設備操作管理的目的，使之在實際使用流程中更加簡單靈活。而隨著電子計算機與網絡信息技術的廣泛應用，電液比值調控信息的智能化管理水平也日益提升，從而達到了信息增長空間的高效擴大。在未來的發(fā)展過程中，由于數(shù)據(jù)科學技術的不斷創(chuàng)新，機械設備與水力管理系統(tǒng)中的電液比控制技術將能夠廣泛地應用于水力信息和機械設備技術參數(shù)的智慧測量與監(jiān)控，從而使得機械設備也可以正常工作，并科學合理利用設備能量資源，對提升機械設備與水力管理系統(tǒng)的節(jié)能效益發(fā)揮著積極的影響。在液壓挖機裝置中，電液比值控制技術的使用能夠高效地減少大數(shù)據(jù)傳播所帶來的信息系統(tǒng)反應緩慢的問題，從而有效地優(yōu)化了電信號參量管理系統(tǒng)，從而促進了發(fā)掘機高效靈活的動力工作。這種科學技術的進展取決于計算機科學的迅速發(fā)展。該技術的使用，能夠完成對液壓控制系統(tǒng)和發(fā)動機正常運行的某些技術參數(shù)的獨立測量，進而依據(jù)上述技術參數(shù)對鏟斗機激勵系統(tǒng)作出了科學調節(jié)。

4.2 變量泵控制

變量泵的節(jié)電控制技術，主要是通過使用壓力傳感器增加發(fā)電機輸出功率，利用節(jié)流調壓代替容積調速取得節(jié)電效益。受變量泵控機構的影響，必須綜合分析其輸出特性，科學合理地選用調節(jié)形式。在施工機械設備的實際使用過程中，空間是有限的。通過調節(jié)變量泵的排量來實現(xiàn)節(jié)電的目的，以及通過調節(jié)進氣壓力和調整發(fā)電機輸出功率來減少能源問題。據(jù)介紹，可變泵控制系統(tǒng)本身也具備了反應快、運行簡單、節(jié)電效益好的優(yōu)點，被廣泛應用在工程機械的設計中。變量泵的3個主要形式，即LUDV控制系統(tǒng)、負荷敏感控制系統(tǒng)和排量控制器。

（1）LUDV控制。這些控制方法，大多是在LS控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展出來的。但和LS控制系統(tǒng)比較，LUDV控制系統(tǒng)在靈敏度控制方面卻比較優(yōu)秀。該控制系統(tǒng)是單泵控制回路系統(tǒng)，并具有相應的電壓補償閥。負載電壓信號值與控制系統(tǒng)極限電壓值有關。在沒有明顯或復雜改變的情形下，應考慮LUDV整個控制系統(tǒng)。

（2）LS負載敏感控制。負載敏感控制系統(tǒng)能夠達到輸出高壓與負載電流間的合理配合，有效保障液壓控制系統(tǒng)的有效工作。當液壓閥過大時，這些調節(jié)方式都會對負載元件的工作效率產生較大影響，從而損害了液壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不管如何采用負載敏感的控制系統(tǒng)，都必須根據(jù)在液壓應用中的流量大小來決定。

（3）排量控制。所謂的位移控制，其實就是通過目標移動方向來調節(jié)流量。在反向流量管理方面，它被用于挖掘機機械中，以有效減少側面節(jié)流損失。對于傳統(tǒng)控制方法而言，負流量控制能夠減少熱泵的功率消耗，并產生了很強的節(jié)電效應；其次，對于正流量控制系統(tǒng)，也是一個基于正負流量控制系統(tǒng)的控制模型。主要利用改變操縱手柄上的壓力來調節(jié)轉向閥。這種操控模式在資源節(jié)約、保護和自動化等方面都有著突出的意義。

4.3 多路閥控制

通過多路閥門控制系統(tǒng)，能夠精確監(jiān)測控制系統(tǒng)功率與水壓的變化趨勢。該控制系統(tǒng)方法將廣泛應用于機械式普通閥門，可達到優(yōu)異的節(jié)約效益。該技術在通用閥上的有效運用，將有助于提升該技術管理方法的現(xiàn)代化管理水平。多通道閥通常有2條管道，4#和6#。但考慮到多路閥的優(yōu)先電路設計和供油電路之間的相互作用，為全面掌控傳感閥的工作狀況，技術人員常常并聯(lián)操作直接電路流量設計和供油電路。

5 液壓機械節(jié)能控制技術的研究現(xiàn)狀

5.1 柴油機電噴控制技術

一般來說，目前的柴油機機電噴射控制技術可分為渦輪增壓、共軌電控噴射等不同的技術手段。其中，柴油機電控噴射技術主要以噴射時間和噴射量為依據(jù)，合理有效地控制柴油機運行過程中的負荷。從另一種視角考慮，發(fā)動機電控系統(tǒng)噴射技術在調節(jié)發(fā)動機的噴射時間和噴射量等方面都發(fā)揮著很有效的作用，并有著不錯的節(jié)約環(huán)保效益。因此電噴柴油機廣泛應用于汽車行業(yè)。其對于現(xiàn)代工程機械系統(tǒng)前期的應用，有著極重要的使用價值與指導意義。將電子噴射系統(tǒng)帶入工程機械中，可以提高其功率速度，并具有非常低的能耗和顯著的節(jié)能效果。

5.2 混合動力系統(tǒng)

從實用的角度來看，混合動力系統(tǒng)在壓力電能的儲存中發(fā)揮著越來越重要的作用。電能集中存儲的最終目的是為電機的安全穩(wěn)定運行提供足夠的電能。在蓄壓方面，混合動力系統(tǒng)的應用主要表現(xiàn)在能量儲存和壓力儲備方面。前者可以實現(xiàn)能量的高效儲存，確保電動機平穩(wěn)安全工作；后者能夠實現(xiàn)對零件的高效維護，避免零件嚴重損傷，其根本目的是有效保護設備內部零件，防止內部零件受電機長時間運行的影響，并起到一定的節(jié)能環(huán)保作用。

6 液壓機械節(jié)能控制技術的分析

對液壓機械設備節(jié)電控制來說，節(jié)電管理的主要目的就是為了保護，并提高施工機械設備的發(fā)展。為達到節(jié)能環(huán)保的雙重目的，液壓機械產品的設計必須綜合考慮以適應環(huán)境與自然的發(fā)展需要，因此研制節(jié)能環(huán)保的液壓機械產品是十分必要的。就目前液壓機械行業(yè)的發(fā)展情況而言，研究液壓機械行業(yè)由節(jié)約到環(huán)境保護的發(fā)展有著價值意義。

就目前我國液壓機械設備的技術發(fā)展趨勢來說，在節(jié)電方面的研究成果與國外相比存在著很大差異。我國現(xiàn)已研制并生產出了許多對液壓機械設備組成部分產生了節(jié)電作用的液壓泵和多路控制閥，但尤其是在節(jié)電方面并未起到很突出的效果，國產發(fā)動機的綜合技術指標無法達到中高檔的液壓機械設備節(jié)電環(huán)保的要求。而國內中高檔液壓機械設備的主要使用國外液壓元器件。與國外液壓機械用柴油機比較，當前的大部分國產發(fā)動機具有穩(wěn)定性較差、超載力量小、轉矩儲備較低的不足，這對液壓機械設備節(jié)電控制技術的全方位了解與掌握存在著相當?shù)睦щy，也不利于我們對該項核心技術的全方位掌握。水力設備單元的產生電量與消耗，通常運用設備單元本身和元電子器件相互之間的內耗，以及泄漏的電量損失來表示。要進行水力設備的節(jié)電控制，就需要充分利用某些節(jié)約的液壓部件。常見的節(jié)約液壓部件有恒功率可變泵、蓄能器、恒壓變量泵、限壓變量泵等，有效合理使用這些節(jié)約液壓部件對于水力設備的節(jié)電控制具有一定的重要意義，也便于掌握水力設備的節(jié)電控制。在液壓設備的節(jié)電管理工作領域方面，人們必須在發(fā)電機研發(fā)中下更大的功夫，全面熟悉并掌握了發(fā)動機的節(jié)電操控基礎，這對于了解液壓設備的節(jié)電操控基礎具有積極的意義。在發(fā)動機節(jié)電管理工作領域方面，可通過電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)進行節(jié)電管理工作，調整汽車的噴水時間和噴水量，并通過全電子環(huán)境管理工作，最大限制地改善了引擎的廢氣質量、引擎特性和燃油效率，從而有利于引擎的節(jié)電管理工作。了解此項技術也有利于人們進一步了解液壓設備的節(jié)電管理工作。同時，為進行對水力機械設備的節(jié)電管理，并掌握其節(jié)能控制，可采用或改進水力機械系統(tǒng)，利用控制系統(tǒng)中的固有能量和勢能，并通過柴油引擎與液壓泵的節(jié)電綜合管理，來達到上述目標。

目前，在我國液壓機械節(jié)電控制領域取得了相當?shù)倪M展，并呈現(xiàn)向上的趨勢。這種發(fā)展趨勢大致為：將混合激勵控制系統(tǒng)廣泛應用于液壓機械節(jié)電控制領域中。該混合激勵控制系統(tǒng)可以適應大載荷的施工需要。在該控制系統(tǒng)中，還設計了對柴油引擎的應用。該混合激勵控制系統(tǒng)可以有效克服發(fā)動機燃料經濟性不好的問題，使柴油發(fā)動機與輔助發(fā)動機一起適應大負載功率的工作需要，達到對柴油發(fā)動機轉矩與輸出功率的均衡控制，從而進一步提高了發(fā)動機的燃料利用率。混合激勵控制系統(tǒng)有一次油電混合的過程。該過程的節(jié)電控制，可以利用發(fā)電機控制完成對液壓機械設備的節(jié)電控制。而液壓泵和發(fā)動機之間的匹配控制，將更高效地達到智能化。隨著計算機的發(fā)展以及電腦控制的技術提高，液壓泵和發(fā)動機之間的匹配控制也將達到智能化控制趨勢，兩者的融合也將越來越密切。實現(xiàn)集成控制，功率控制系統(tǒng)也是液壓設備節(jié)能管理的重點監(jiān)控對象。液壓機械的節(jié)能管理，主要需要有效控制激勵系統(tǒng)的功率。而優(yōu)化激勵系統(tǒng)的輸出功率是液壓機械節(jié)能管理的最主要方法，因此功率管理已成為節(jié)能管理的重點研究內容。

7 結語

在制造業(yè)發(fā)展過程中，液壓機械節(jié)能控制技術的發(fā)展趨勢也對制造業(yè)發(fā)展產生著重要的影響。為全面認識并促進現(xiàn)代液壓機械技能控制的深入發(fā)展，我們必須全面認識當代液壓機械節(jié)電控制技術的進展狀況，全面掌握其系統(tǒng)控制模式的基本要點，并充分運用當前世界領先的科技，以進一步提高現(xiàn)代液壓機械設備的節(jié)電效益。