液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中節(jié)能問題

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關(guān)于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能問題

3 e/ d, }& R; Q$ O/ r

/ y" }3 a9 p6 o , z/ V. }# D! X( P+ n , X+ _1 l+ _; T% h5 A4 P( Z& S! L- _/ S 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不但要實(shí)現(xiàn)其拖動(dòng)與調(diào)節(jié)功能，還要 盡可能地利用能量，達(dá)到高效、可靠運(yùn)行的目的。液壓系統(tǒng)的功率 損失會(huì)使系統(tǒng)的總效率下降、油溫升高、油液變質(zhì)，導(dǎo)致液壓設(shè)備發(fā)生故障。因此，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)必須多途徑地考慮降低系統(tǒng)的 功率損失。 幾種控制回路的功率損失 1 選用傳動(dòng)效率較高的液壓回路和適當(dāng)?shù)恼{(diào)速方式 目前普遍使用著的定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，其效率較低(<0.385)， 這是因?yàn)槎勘门c油缸的效率分別為85%與95%左右，方向閥及管路等損失約為5%左右。所以，即使不進(jìn)行流量控制，也有25%的功 率損失。加上節(jié)流調(diào)速，至少有一半以上的浪費(fèi)。此外，還有泄漏 及其它的壓力損失和容積損失，這些損失均會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致 液壓油溫升。所以，定量泵加節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)只能用于小流量系統(tǒng)。為了提高效率減少溫升，應(yīng)采用高效節(jié)能回路，上表為幾種回路功率損失比較。另外，液壓系統(tǒng)的效率還取決于負(fù)載。同一種回路，當(dāng)負(fù)載流量QL與泵的最大流量Qm 比值大時(shí)回路的效率高。例如可采用手動(dòng)伺服變量、壓力控 制變量、壓力補(bǔ)償變量、流量補(bǔ)償變量、速度傳感功率限制變 量、力矩限制器功率限制變量等多種形式，力求達(dá)到負(fù)載流量Q L與泵的流量的匹配。 2 對(duì)于常用的定量泵節(jié)流調(diào)速回路，應(yīng)力求減少溢流損失 2.1采用卸荷回路 機(jī)械的工作部件短時(shí)停止工作時(shí)，一般都讓液壓系統(tǒng)中的液 壓泵空載運(yùn)轉(zhuǎn)(即讓泵輸出的油液全部在零壓或很低壓力下流回油箱)，而不是頻繁地啟閉電機(jī)。 這樣做可以節(jié)省功率消耗，減少液壓系統(tǒng)的發(fā)熱，延長泵和電機(jī)的使用壽命，一般功率大于3kw的液壓系統(tǒng)都設(shè)有卸荷回路。下面介紹幾種典型的卸荷回路。 2.1.1采用三位閥的卸荷回路 采用具有中位卸荷機(jī)能的三位換向閥，可以使液壓泵卸荷。 這種方法簡單、可靠。中位卸荷機(jī)能是M、H、K型。圖1為采用 具有M型中位機(jī)能換向閥的卸荷回路。這種方法比較簡單，閥 處于中位時(shí)泵卸荷。它適用于低壓小流量的液壓系統(tǒng)；用于高壓 大流量系統(tǒng)，為使泵在卸荷時(shí)仍能提供一定的控制油壓[(2~3)× 105Pa]，可在泵的出口處(或回油路上)增設(shè)一單向閥(或背壓閥)。 但這將使泵的卸荷壓力相應(yīng)增加。 ( L$ F$ g0 R9 U$ z8 j* p% Q 圖1 三位閥卸荷回路 2.1.2采用二位二通閥的卸荷回路 圖2為采用二位二通閥的卸荷回路，圖示位置為泵的卸荷狀 態(tài)。這種卸荷回路，二位二通閥的規(guī)格必須與泵的額定流量相適 應(yīng)。因此這種卸荷方式不適用于大流量的場(chǎng)合，且換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生 液壓沖擊。通常用于泵的額定流量小于63L/min液壓系統(tǒng)。 圖2 二位二通閥卸荷回路 2.1.3用先導(dǎo)式溢滾閥的卸荷回路 如圖3所示，在先導(dǎo)式溢流閥1的遙控口接一小規(guī)格的二 位二通電磁閥2。其卸荷壓力的大小取決于溢流閥主閥彈簧的 強(qiáng)弱，一般為(2~4)×105Pa。由于閥2只須通過先導(dǎo)式溢流閥1 控制油路中的油液，故可選用較小規(guī)格的閥，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程 控制。這種型式卸荷回路適用于流量較大的液壓系統(tǒng)。 圖3 先導(dǎo)閥卸荷回路 卸荷回路還有很多，如雙聯(lián)泵供油系統(tǒng)中常用外控制序閥的 卸荷回路；壓力補(bǔ)償變量泵的卸荷回路；液壓泵卸荷時(shí)系統(tǒng)仍需 保持壓力的保壓卸荷回路；適應(yīng)于大流量系統(tǒng)的二通插裝閥卸荷 回路；“蓄能器＋壓力繼電器＋電磁溢流閥”構(gòu)成的卸荷回路 等。 2.2采用雙泵雙壓供油回路 圖4是雙泵供油的快速運(yùn)動(dòng)回路。 液壓泵1為高壓小流量泵， 其流量應(yīng)略大于最大工作速度所需要的流量，其工作壓力由溢流 閥5調(diào)定。泵2為低壓大流量泵(兩泵的流量也可相等)，其流量 與泵1流量之和應(yīng)等于液壓系統(tǒng)快速運(yùn)動(dòng)所需要的流量，其工作 壓力應(yīng)低于液控順序閥3的調(diào)定壓力。 圖4 雙泵雙壓供油回路 這種快速回路功率利用合理，效率較高，缺點(diǎn)是回路較復(fù)雜，成本較高。 3 采用容積調(diào)速回路和聯(lián)合調(diào)速回路 1)利用改變量泵或變量液壓馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的回路，稱為容積調(diào)速回路。這種調(diào)速回路無溢流損失和節(jié)流損失，故效率高、發(fā)熱少，適用于高壓大流量、大功率設(shè)備的液壓系統(tǒng)。 2)聯(lián)合調(diào)速回路無溢流損失，其效率比節(jié)流調(diào)速回路高。在采用聯(lián)合調(diào)速方式中，應(yīng)區(qū)別不同情況而選不同方案：對(duì)于進(jìn)給速度要求隨負(fù)載的增加而減少的工況，宜采用限壓式變量泵節(jié)流調(diào)速回路；對(duì)于在負(fù)載變化的情況下進(jìn)給速度要求恒定的工況，宜采用穩(wěn)流式變量泵節(jié)流調(diào)速回路；對(duì)于在負(fù)載變化的情況下，供油壓力要求恒定的工況，宜采用恒壓變量泵節(jié)流調(diào)速回路。 4 發(fā)揮蓄能器的功用 4.1作輔助動(dòng)力源 總的工作時(shí)間較短的間歇工作系統(tǒng)或在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)速度差別很大的系統(tǒng)，使用蓄能器作輔助動(dòng)力源可降低泵的功率，提高效率，降低溫升，節(jié)省能源。圖5 所示為一液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)。當(dāng)液壓缸帶動(dòng)模具接觸工件慢進(jìn)和保壓時(shí)，泵的部分流量進(jìn)入蓄能器1被儲(chǔ)存起來，達(dá)到設(shè)定壓力后，卸荷閥2打開，泵卸荷。此時(shí)，單向閥3使壓力油路密封保壓。當(dāng)液壓缸快進(jìn)快退時(shí)，蓄能器與泵一起向缸供油，使液壓缸得到快速運(yùn)動(dòng)。故系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需按平均流量選用泵，使泵的選用和功率利用比較合理。 圖5 液壓機(jī)液壓系統(tǒng) 4.2回收能量 蓄能器在液壓系統(tǒng)節(jié)能中的一個(gè)有效應(yīng)用是將運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能和下落質(zhì)量的位能以壓力能的形式回收和利用，從而減小系統(tǒng)能量損失和由此引起的發(fā)熱。如為了防止行走車輛在頻繁制動(dòng)中將動(dòng)能全部經(jīng)制動(dòng)器轉(zhuǎn)化為熱能，可在車輛行走系的機(jī)械傳動(dòng)鏈中加入蓄能器，將動(dòng)能以壓力能的形式回收利用。 5選用高效率的節(jié)能液壓元件 在液壓元件的選用方面，應(yīng)盡量選用那些效率高、能耗低的。如：選用效率高的變量泵，根據(jù)負(fù)載的需要改變壓力，可節(jié)約能源的損耗；選用集成閥以減小管連的壓力損失；選擇壓降小、可連續(xù)控制的比例閥等等。 6 合理選用控制元件及系統(tǒng)管路 各類控制元件應(yīng)根據(jù)其在系統(tǒng)中相應(yīng)位置可能出現(xiàn)的最大壓 力和流量來確定其規(guī)格，不宜過大或過小。對(duì)于系統(tǒng)管路，應(yīng)盡量 縮短管長，減小彎頭，彎頭處的角度不宜過小(通常應(yīng)≥90 o) ；應(yīng)根據(jù)管道類型合理選擇管中流速，管路系統(tǒng)應(yīng)盡量采用集成化方式進(jìn)行連接。設(shè)計(jì)方案中還應(yīng)注意優(yōu)化管路系統(tǒng)，在滿足功能要求的前提下，力求系統(tǒng)簡單可靠，避免多余的元件和油路，以達(dá)到節(jié)能效果。

金楓液壓

樓主：幾個(gè)圖片可否單獨(dú)傳上來，在這里看不到。

貝貝

比較新一點(diǎn)的是變頻容積控制，伺服電機(jī)帶定量泵進(jìn)行控制，利用變轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)速度、位置和力控制

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不好意思，圖片傳不上來

魚化龍

最近在收集液壓節(jié)能技術(shù)方面的資料。
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魚化龍

液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)綜述
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機(jī)  械  工  程  學(xué)  報(bào)CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

2010年4月10日初稿，2010年4月20日修改稿

zhuxiaohua

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" S. q/ Q; B; o* v5 n9 e$ f, D' Q! |9 B關(guān)于節(jié)能我來說一點(diǎn)，現(xiàn)在德國和日本正在推廣的一種節(jié)能方式:
# }; a( D" ^  o: s! M定量泵（內(nèi)嚙合齒輪泵或柱塞泵）+伺服電機(jī)
1.通過伺服電機(jī)上面自帶的編碼器進(jìn)行對(duì)泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行半閉控制，使其液壓系統(tǒng)流量能夠達(dá)到半閉環(huán)控制；也就是所通過對(duì)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制流量。
2.在泵的壓力油口接一個(gè)壓力傳感器來進(jìn)行壓力全閉環(huán)控制，通過壓力傳感器的信號(hào)控制伺服電機(jī)輸出的扭矩來控制液壓系統(tǒng)的所需的壓力。
) e; P' E! g; \' u9 k: T3.如果定量泵用的是內(nèi)嚙合齒輪可以正反轉(zhuǎn)，或者柱塞泵斜盤擺角可以正負(fù)擺動(dòng)，那么就可以通過伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)對(duì)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行瞬間泄壓。
/ V) g" x7 ]7 d4.通過伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，在一些閉式液壓系統(tǒng)，可以對(duì)油缸進(jìn)行換向、或者對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，這樣減少了通過閥來進(jìn)行控制動(dòng)作，可以簡化油路和成本。這個(gè)應(yīng)用在德國已經(jīng)推廣了。
5.伺服電機(jī)本身要比異步電機(jī)要節(jié)能，而且轉(zhuǎn)速可以達(dá)到3000r/min，那么我們可以選用轉(zhuǎn)速比較高泵來達(dá)到所需流量，這樣泵的排量相應(yīng)就減少了很多。
' z- Y: |/ H. t: `* g/ w6.在使用中，這種節(jié)能單元在成本要高一點(diǎn)，但是節(jié)能效果還有可以，要是我們大功率的伺服電機(jī)和高性能的泵能夠大批量國產(chǎn)化，那不久將來，我們這種節(jié)能方式很快就普及。就目前這些節(jié)能單元錢還是讓國外人給賺走了。所以我們要多努力，多努力！
# ?, O5 y' d9 q8 i% {還有很多，希望大家積極補(bǔ)充！

sam_mm

很好的介紹，感謝分享。

大海無邊

(通過伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，在一些閉式液壓系統(tǒng)，可以對(duì)油缸進(jìn)行換向、或者對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，這樣減少了通過閥來進(jìn)行控制動(dòng)作，可以簡化油路和成本)有沒有高手知道怎么玩？