液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

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(diǎn)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(jì)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(jì)

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

液壓技術(shù)憑借易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化,轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),潤(rùn)滑良好,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),成功地應(yīng)用在電力,較大的負(fù)荷,運(yùn)行過(guò)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(jì)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(jià)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(huì)”概念的提出,進(jìn)行液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)和研究是非常有必要的。

一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換和傳輸過(guò)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(huì)使液壓能轉(zhuǎn)化為熱能,這不僅浪費(fèi)了大量能源,也會(huì)造成系統(tǒng)的溫度,特別是急劇惡化老化會(huì)使工作液。

(1)動(dòng)力元件的能量損失。動(dòng)力元件即液壓泵,是產(chǎn)生壓力流量的元件。它能將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?在這個(gè)過(guò)程中能量損失主要由于泄漏引起的體積損失和機(jī)械損失由摩擦引起的,分別利用容積效率、機(jī)械效率和表達(dá),泵的總效率等于容積效率乘以機(jī)械效率。液壓泵的總效率對(duì)整個(gè)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(yùn)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(jī)械能的過(guò)程,與電源組件有一個(gè)體積損失和機(jī)械損失。

(3)控制元件的能量損失。控制元件主要指各類液壓控制閥,它們是水阻力。雖然他們可以實(shí)現(xiàn)手段的信號(hào)轉(zhuǎn)換,測(cè)試和調(diào)整等方面的控制,但液體流動(dòng)的液體通過(guò)電阻時(shí)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(duì)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(dòng)會(huì)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?yàn)橐毫髟诠艿乐辛鲃?dòng)時(shí)的兩種能量損失,即液流流經(jīng)直管時(shí)的沿程阻力損失和流經(jīng)彎頭、閥門等時(shí)的局部阻力損失。

2節(jié)能措施

(1)能量的儲(chǔ)存和回收。如果系統(tǒng)中自身帶有回饋回路,可把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)或回收并加以利用,這是一項(xiàng)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(shí)的能量損失,主要是提高液壓元件在能量轉(zhuǎn)換時(shí)的轉(zhuǎn)換效率,適當(dāng)減小流經(jīng)液壓元件時(shí)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(guò)提高元件的精度,利用新型節(jié)能元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3節(jié)能設(shè)計(jì)方法

合理設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)力部件,控制部件和輔助部件——校驗(yàn)計(jì)算等。節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)按照這個(gè)順序考慮,但本人為了敘述的方便,先對(duì)液壓系統(tǒng)圖進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì),然后對(duì)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(jī)地結(jié)合在一起,形成一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)圖。從液壓節(jié)能的角度來(lái)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(gè)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(shí)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(chǎng)合。例如:卸荷回路是在液壓泵不停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),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(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的壽命;而保壓回路是使系統(tǒng)在液壓缸不動(dòng)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(jī)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(jiǎn)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(jì),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(shí)際工作情況,當(dāng)要求的系統(tǒng)輸出直線運(yùn)動(dòng)和力,應(yīng)選擇液壓缸致動(dòng)器。其主要參數(shù)根據(jù)工作壓力和機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定。但混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)械能(扭矩和轉(zhuǎn)速)時(shí),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(guò)剩和壓力過(guò)剩造成的損失,達(dá)到節(jié)能的目的。

(2)動(dòng)力元件的選擇。動(dòng)力元件即液壓泵的選擇要注意以下幾個(gè)方面:第一,每個(gè)液壓泵存在一個(gè)最佳速度范圍。選擇,努力使液壓泵工作在這個(gè)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(jì),注重與其他組件的流動(dòng),以減少能源的損耗造成的輔助元件。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理的設(shè)計(jì)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(guò)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)

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