李磊

摘 要:分析了液壓系統(tǒng)各部分的能量損失,指出了系統(tǒng)節(jié)能的主要措施,重點從液壓元件的選擇、系統(tǒng)原理圖的確定以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和元件的合理布局等方面,闡述液壓系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的具體步驟,從而達(dá)到節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞:液壓系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

中圖分類號:TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0017-01

液壓技術(shù)憑借易于實現(xiàn)自動化,標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化,轉(zhuǎn)移運動平穩(wěn),潤滑良好,使用壽命長等優(yōu)點,成功地應(yīng)用在電力,較大的負(fù)荷,運行過程中需要調(diào)整和控制。但一般液壓系統(tǒng)的工作效率不高,只有約50%,主要在設(shè)計液壓系統(tǒng)和液壓元件的選擇,只考慮系統(tǒng)和部件的工作能力,性能價格比和可靠性,而忽視了系統(tǒng)的工作效率?！痹诮ㄖ?jié)能,環(huán)境友好型社會”概念的提出,進(jìn)行液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計和研究是非常有必要的。

一個完整的液壓系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過程如所示。

1能量損失

液壓系統(tǒng)的能量損失是損失的壓力,它會使液壓能轉(zhuǎn)化為熱能,這不僅浪費了大量能源,也會造成系統(tǒng)的溫度,特別是急劇惡化老化會使工作液。

(1)動力元件的能量損失。動力元件即液壓泵,是產(chǎn)生壓力流量的元件。它能將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?在這個過程中能量損失主要由于泄漏引起的體積損失和機械損失由摩擦引起的,分別利用容積效率、機械效率和表達(dá),泵的總效率等于容積效率乘以機械效率。液壓泵的總效率對整個系統(tǒng)的總效率有很大的影響,它不僅與液壓泵的類型,和液壓泵運行條件和磨損。

(2)執(zhí)行元件的能量損失。執(zhí)行元件主要指各種液壓缸和液壓馬達(dá),其中的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的過程,與電源組件有一個體積損失和機械損失。

(3)控制元件的能量損失?？刂圃饕父黝愐簤嚎刂崎y,它們是水阻力。雖然他們可以實現(xiàn)手段的信號轉(zhuǎn)換,測試和調(diào)整等方面的控制,但液體流動的液體通過電阻時可產(chǎn)生壓降,這是必然結(jié)果,能耗,系統(tǒng)總效率。

(4)輔助元件的能量損失。輔助元件有油管及管接頭、密封件、油箱和蓄能器等,當(dāng)然具體的系統(tǒng)中所使用的輔助元件不同,這要根據(jù)系統(tǒng)的布局而定。輔助元件的能量損失主要是節(jié)流損失,這對系統(tǒng)的總效率也有較大的影響。

(5)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與布局造成的能量損失。為克服阻力管,液體流動會消耗一部分能量,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布局不同,能量損失也不同。一般情況下,更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),液壓系統(tǒng),液壓元件越多,能量損失就越大。主要因為液流在管道中流動時的兩種能量損失,即液流流經(jīng)直管時的沿程阻力損失和流經(jīng)彎頭、閥門等時的局部阻力損失。

2節(jié)能措施

(1)能量的儲存和回收。如果系統(tǒng)中自身帶有回饋回路,可把部分能量儲存起來或回收并加以利用,這是一項比較有效的節(jié)能措施。

(2)提高液壓元件本身的工作效率。提高液壓元件本身的工作效率是指降低工作液體流經(jīng)時的能量損失,主要是提高液壓元件在能量轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)換效率,適當(dāng)減小流經(jīng)液壓元件時的能量損失,減小流經(jīng)輔助元件的節(jié)流損失,這些可以通過提高元件的精度,利用新型節(jié)能元件來實現(xiàn)。

3節(jié)能設(shè)計方法

合理設(shè)計的液壓系統(tǒng)可以有效降低系統(tǒng)的能量損失,一般液壓系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)遵循以下步驟:分析工作——選擇正確的組件——繪制液壓系統(tǒng)圖——確定動力部件,控制部件和輔助部件——校驗計算等。節(jié)能設(shè)計時也應(yīng)按照這個順序考慮,但本人為了敘述的方便,先對液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行節(jié)能設(shè)計,然后對液壓元件進(jìn)行節(jié)能選擇。

3.1 液壓系統(tǒng)圖的擬定

擬定液壓系統(tǒng)原理圖的是選擇合適的條件,液壓基本回路,并選定電路有機地結(jié)合在一起,形成一個完整的液壓系統(tǒng)圖。從液壓節(jié)能的角度來看,應(yīng)是首選的節(jié)能比較電路和系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu),使每一個組件布局。

(1)關(guān)于選擇節(jié)能回路。常用的節(jié)能回路有保壓回路、卸壓回路、卸荷回路、蓄能器回收回路等。選擇時為了能夠最大限度地發(fā)揮節(jié)能效果,應(yīng)注意各種回路的應(yīng)用場合。例如:卸荷回路是在液壓泵不停止轉(zhuǎn)動時,使其輸出的流量在壓力很低的情況下流回油箱,以減小功率損耗,降低系統(tǒng)發(fā)熱,延長泵和電動機的壽命;而保壓回路是使系統(tǒng)在液壓缸不動或僅有微小位移下穩(wěn)定地持續(xù)住壓力。

(2)優(yōu)化系統(tǒng)機構(gòu),合理布局。滿足性能要求的前提下,結(jié)合循環(huán),要重視優(yōu)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),合理布局。簡單可依賴。例如:避免冗余液壓元件和管路,盡量采用一體化設(shè)計,管盡可能短,盡量減少數(shù)量的關(guān)節(jié),以減少沿程和局部阻力損失,以達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2 液壓元件的選擇

(1)執(zhí)行元件的選擇。根據(jù)實際工作情況,當(dāng)要求的系統(tǒng)輸出直線運動和力,應(yīng)選擇液壓缸致動器。其主要參數(shù)根據(jù)工作壓力和機構(gòu)參數(shù)的確定。但混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,應(yīng)注重優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù),提高加工技術(shù)和密封條件正確處理泄露和機械效率之間的矛盾,以達(dá)到節(jié)能的目的。

將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭敵鲚S的機械能(扭矩和轉(zhuǎn)速)時,應(yīng)選擇執(zhí)行元件液壓馬達(dá)。該模型主要根據(jù)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載所需的位移,從產(chǎn)品的樣品直接選擇。但要使所選擇的流量和壓力的液壓馬達(dá),分別和選定的液壓泵和液壓系統(tǒng)的工作壓力匹配。以保證液壓馬達(dá)在高效率的狀態(tài)下工作,以減少流量過剩和壓力過剩造成的損失,達(dá)到節(jié)能的目的。

(2)動力元件的選擇。動力元件即液壓泵的選擇要注意以下幾個方面:第一,每個液壓泵存在一個最佳速度范圍。選擇,努力使液壓泵工作在這個范圍內(nèi),泵效率。其次,整體效率的液壓泵工作在額定工作條件是最高的,當(dāng)負(fù)載壓力,流量的液壓泵是接近額定值電路效率。因此,要使液壓泵壓力,流量與負(fù)載匹配,從而使電路的條件下,高效率的工作。

(3)控制元件和輔助元件的選擇。主控制單元根據(jù)相應(yīng)位置的最大工作壓力和最大流量的選擇。而在輔助元件的選擇和設(shè)計,注重與其他組件的流動,以減少能源的損耗造成的輔助元件。

4結(jié)語

通過合理的設(shè)計可以降低液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)造成的能量損失。在滿足使用要求的前提下,通過合理的選擇效率高的液壓元件,選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)能電路,優(yōu)化結(jié)構(gòu)和布局合理,降低了系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)能量損耗,具有較高的效率,以達(dá)到節(jié)約能源的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁承訓(xùn).液壓與氣壓傳動(第二版).北京:機械工業(yè)出版社,2010.

[2] 李芝.液壓傳動.北京:機械工業(yè)出版社,2003.

[3] 強寶民.基于節(jié)能的液壓系統(tǒng)分析與設(shè)計.機床與液壓,2008.