大型液压设备节能技术分析_罗成发.pdf

2 0 2 3年第9期大型液压设备节能技术分析罗成发,高 皓,蒋超阳,王登科,张晓峰(广西柳工机械股份有限公司,广西 柳州 5 4 5 0 0 7)摘 要:在当前的机械制造业领域开发进程中,液压设备节能控制技术作为一种比较普遍的控制技术,对提高液压设备的工作效能和制造效率,促进设备自动化行业的智能化和节能化发展,有着重大的意义。而为了更深入发掘并提高液压设备节能控制的使用效益,我们将就目前液压设备节能控制的发展现状以及未来趋势进行探讨。关键词:液压设备;节能;应用现状;发展 中图分类号:T G 5 0 2.3 2 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9-0 0 8 2-0 3A n a l y s i so fE n e r g y-s a v i n gT e c h n o l o g yf o rL a r g eH y d r a u l i cE q u i p m e n tL u oC h e n g-f a,G a oH a o,J i a n gC h a o-y a n g,W a n gD e n g-k e,Z h a n gX i a o-f e n g(G u a n gX iL i u g o n gM a c h i n e r yC o.,L t d.G u a n g x iL i u z h o u5 4 5 0 0 7)A b s t r a c t:I nt h ec u r r e n td e v e l o p m e n tp r o c e s s i nt h ef i e l do fm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y,t h ee n e r g y-s a v i n gc o n t r o l t e c h n o l o g yo fh y d r a u l i ce q u i p m e n t,a sar e l a t i v e l yc o mm o nc o n t r o l t e c h n o l o g y,i so fg r e a t s i g n i f i-c a n c e i n i m p r o v i n g t h ew o r k i n ge f f i c i e n c ya n dm a n u f a c t u r i n ge f f i c i e n c yo fh y d r a u l i c e q u i p m e n t a n dp r o m o t i n g t h ei n t e l l i g e n ta n de n e r g y-s a v i n gd e v e l o p m e n to f e q u i p m e n t a u t o m a t i o n i n d u s t r y.I no r d e r t o f u r t h e r e x p l o r ea n d i m-p r o v et h eu s e e f f i c i e n c yo f e n e r g y-s a v i n gc o n t r o l o f h y d r a u l i c e q u i p m e n t,w ew i l l d i s c u s s t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n ts t a t u sa n df u t u r e t r e n do f e n e r g y-s a v i n gc o n t r o l o fh y d r a u l i ce q u i p m e n t.K e yw o r d s:H y d r a u l i ce q u i p m e n t;E n e r g ys a v i n g;A p p l i c a t i o ns t a t u s;D e v e l o p m e n t作者简介:罗成发(1 9 8 8),男,广西柳州人,工程师,本科,主要从事履带式挖掘机液压系统设计和开发工作。0 引言随着我国科技与经济的迅猛发展,工业发展也逐渐趋向成熟化,越来越多的高新科技融入工业机械中,实现智能化机械生产,提高工业生产效率。液压设备是企业较为普遍的一类设备,现代液压设备已应用节能控制技术,以提升液压设备的工作效能,让工业产品的生产质量也得到稳定提高,这是促进机械控制领域的智能化与节能化共同发展的一项有利措施。社会环保理念日益深入人心,工业发展消耗能源的比重较大,为了提升液压机械应用效率,本文就此对液压设备的节能技术做出分析,希望能够不断创新液压设备节能控制技术,有效减少能源的消耗和浪费,实现低碳环保发展理念。1 液压系统能耗分析液压泵的液压系统能源类型大致包括以下两种:型液压系统能源,主要是指液压单元、装置的能源消耗,如液压系统能通过单元的内泄露、外部渗漏、气压损失、管道损失、溢出、节流等方式,尤其是由于单元结构和单元选择不当而造成的能量损失;压机的工作能量,如液压冲床曲柄滑块的加工速度降低,使得曲柄滑块的动能转化为能量消耗,而曲柄滑块的动能也就不会对铸件成型过程做出什么作用。1.1 液压系统能耗(1)内泄漏。各种液压部件都是由相互相对运动的配合零部件所构成,它们之间都存在着间隙,间缝隙二端压差系数的共同影响下,就必然产生了渗漏。而通常在控制系统中使用的溢流闸的阀口通过了长时间高压油的冲击,造成了气蚀损伤,阀口产生了长期隐性的渗漏,特别在高压状况下渗漏率较大。(2)外泄漏。元件、零部件的结合表面、管道接头、相对运动部分等处由于封闭不严,如阀门的结合表面、气管接头、油泵电机的轴封、气缸活塞杆等处,容易产生热外泄露而产生巨大能耗。(3)压力损失。压力损失在液压控制系统中随处可见,阀口部、管道、管路连接处、管道弯头、变长度部,等等。都因为压力损失的发生而造成大量消耗,并使油液过热。(4)溢流、节流的损失。控制系统中的溢流阀如果总是处在溢流状态那么,也会产生较大的电能消耗;而一些控制系统中通过节流调速时,也会产生很大的电能消耗,尤其是在某些高压大流量的工作场所,消耗特别大。(5)压泵的保压过程,有时为开泵保压。(6)液压油过热时,必须以相应的功率使热能散去使水温下降至正常程度。28DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.09.023内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n1.2 压机运动能耗一套液压冲床的曲柄滑块往往几十吨重,每一次压制工件结束后都必须回程,而此时液压系统所供给的能源就只是将曲柄滑块位置提升了,而消耗的能源却只用来增加了对曲柄滑块的势能计算,对于加工产品来说,只能看作是无用功。为衡量这个过程中所耗费的电能,用人们最熟知的功率单位来间接表示电能的耗费。假设变压机的滑块总 重 为3 0 t,将 曲 柄 滑 块 由 下 部 抬 起,提 升 速 率 约 为2 5 0 mm/s,在不考虑摩擦损失和加减速的状况下,按照传统功率计算方法,升这样的一个曲柄滑块所需要功率大约为7 4千瓦,表明了其电量耗费的十分之大。为了高速锻造液压冲床,以便增加曲柄滑块的快速下行速度,有很大部分压力机都选择了使用带压力的低温充液罐里的液压油为液压机主油缸速度下降时进行充液。但这些充液方法往往存在着一些安全隐患,并且这些设备都相对笨重,而且成本比较高昂。我们现在一般采用的另一个替代方法,就是用低温或大流量的螺杆泵直接输送低温油给压力机提供速度逐渐降低的动力,这种方法成本低,而且结构简单紧凑。但因为螺杆泵是用电机驱动的,而且因为对压力机正常工作的要求,所以螺杆泵的驱动电机在高压机速度不要求快降时会始终在运行,而螺杆泵排放的低温油经过大电流后返回油缸,而这种工作过程中也形成了部分电动机的无用功率。2 液压机械节能控制技术2.1 排量控制技术排量控制技术是指调节泵排量,通常采用二种方法,分别是正向、负流量控制技术。首先说明了正流量控制,如图1正流量系统原理简图,这种节水控制方法是在负流量控制上开发起来的,是利用手柄动作来调节气压,从而调节水泵的排量。由于正流量节能控制器中的高压信号发自于先导阀门,所以对水泵的压力控制必须与先导阀门所产生的高压信号相符。图1 正流量系统原理简图一开始负电流控制是运用到挖掘机中,以后这种方法应用在液压机械上。负流速控制系统时,主控制器会发出信号,在流速已开始上升时,气缸将产生变化,并向左边拉动,进而调节油泵的压力大小,起到了调节油泵压力的目的。一般负压力节能控制系统的压力值都是在五至六帕,如图2负流量系统原理简图。图2 负流量系统原理简图2.2 L S负荷敏感控制L S负荷敏感控制器能够调整电流方向、机械负荷范围和电压高低。尽管这种方法能够实现提升液压设备的效率和节能的目的,但L S负荷敏感控制器还是面临某些困难。首先在阀门启动后,如果供油流量不能满足一定要求,就会降低到系统元件的工作效率;其次长时间应用,这种方法就会降低到液压控制系统的可靠性。所以,在液压机械系统的排量很大时,就不适宜采用L S压力敏感控制技术。2.3 电液比例阀控制液压机械系统工作中,能够利用电液比例阀的控制原理来改善信息传输方式,该技术能够减短信号运输与回应信息的时间,从而大大提高了现代液压机械系统效率。而且由于现代计算机信息系统安全技术的进展,将现代液压机械控制系统与电子计算机技术相结合,液压机械控制系统中运作的数据都能够利用电子计算机技术来控制。确保了液压机械系统处于最有效的状态,进而实现节电的目标。但同样使用电子计算机还是一个必然趋势。2.4 柴油机电喷控制发动机为液压现代机械设计中的发动机,如果能够进行发动机电喷测控,能够降低汽油的使用。目前发动机电喷测控方式可以分为电控喷射和涡轮增压二类。该方法主要是按照柴油的喷出时间和喷射流量,对压力控制做出适当的调节。在液压机械系统作业过程中,可通过这种方法去长时间地监控柴油的使用情况,并按照作业要求喷射适当的柴油流量,以防止产生无谓的柴油损失。2.5 多路阀门方式控制多路阀的路径一般有二个,但通常都提前设定好了优先返回路径,液压或机械系统的时候,液体会选择优先返回路径。工作人员想要提升效率,通常会选择优先回路与其它方式结合。想要实现节能的目的,工程人员也可以选择多路阀门的模式,这种方法可以协助人员迅速监测到压力的变动状况。3 液压机液压系统的节能措施3.1 节能液压元件的选择一般来说,水力部件在运行时与其接触部件之间形成382 0 2 3年第9期的能量泄漏、内摩擦和过热等,都是其能源的主要来源。其中,能量损失最高的是液压泵和电机,而许多阀类的能量损失则在之后,如溢流阀的溢流损失、水力缸或电机回油路上装置的背压阀的冲击破坏等。而节电型水力部件的使用也是其节电的主要措施,如通过压力调节灵敏的变量柱塞泵能够随着水压的不同而实现大流量的自动控制;通过改变截面水力缸能够减小在使用大流量、大功率水泵时所造成的能量损失;对自保护的电磁传感器进行瞬时充电操作能够使之实现开关电源或阀门工作的实现等,而在阀芯部分则不进行电能的保护;插装式锥阀可较大幅度降低各条流道的并联闸门的数量,从而减小了主回路的总电流。3.2 智能化电液比例控制方式电子信息技术的普及,工业机械都逐渐朝着智能化转型,液压机械的节能控制系统也在不断改革,电液比例控制也实现智能自动化操控,在运行时能够实时监测运行参数、液压实际情况,将机械内部的运行数据都反馈到计算机中,通过智能控制系统下达指令操作。这样的创新升级能够提升机械的整体运行效率和反应速度,降低因外界因素干扰而造成的系统运行故障,机械设备的电力信号参数系统和数据处理更加稳定,为液压机械运作提供详细的数据参考。3.3 提高液压泵的总效率油泵对液压装置的整体质量作用很大,是其初次动力的转换