全液壓式港口機械的液壓系統(tǒng)節(jié)能技術

劉偉龍 劉紅喜 閆永毅

日照港集團股份有限公司 山東日照 276800

1 負荷敏感液壓系統(tǒng)

在現(xiàn)有全液壓式港口機械中，一般是單個或多個液壓泵驅動多個執(zhí)行機構，但正常工作中一般只有一個或部分執(zhí)行機構工作，其他執(zhí)行機構關閉，實際需要流量較小，而系統(tǒng)總流量為一定值，這時存在大量的溢流，造成驅動系統(tǒng)功率利用率的降低。負荷敏感液壓系統(tǒng)是指系統(tǒng)能自動地根據(jù)外界負載及速度的變化，以電液信號反饋到敏感控制閥或泵變量控制機構，穩(wěn)定工作時使泵向外界負載提供適當?shù)膲毫土髁浚瑥亩畲笙薅鹊販p少因壓力和流量變化而帶來的溢流損失，提高整個液壓系統(tǒng)的效率和驅動系統(tǒng)的功率利用率。壓力補償閥的工作原理是定差減壓，如圖。

在閥芯右端通入外界負載壓力油，左端通入閥出口壓力油，閥芯的力平衡關系式為：

由此式可以看出，在預壓縮量一定時，負載壓力與閥出口壓力差為恒定值。由于閥出口直接連接比例換向閥入口，所以可以確定比例換向閥兩端的壓差為恒定，從而保持換向閥開口不變，通過其流量也是不變的。

2 負荷敏感液壓系統(tǒng)工作原理

在負載敏感液壓系統(tǒng)實際工作前，先設定限壓閥的調定彈簧和LS 控制閥的調定彈簧，其實際工作狀態(tài)主要包括液壓系統(tǒng)的啟動狀態(tài)、液壓系統(tǒng)怠速狀態(tài)、執(zhí)行機構的啟動狀態(tài)、執(zhí)行機構的正常工作狀態(tài)和流量和壓力自調節(jié)狀態(tài)。

液壓系統(tǒng)在啟動時，系統(tǒng)無壓力，限壓閥和LS控制閥在調定彈簧的作用下，均工作在右位，油箱與負載敏感泵的變量機構右端相通，其在彈簧的作用下，泵的排量處于最大，此過程為一快速過程；之后，液壓系統(tǒng)在驅動系統(tǒng)的作用下處于怠速狀態(tài)，在執(zhí)行機構啟動之前，液壓系統(tǒng)壓力迅速升高，當壓力超過LS 控制閥的調定壓力時，LS 控制閥在左位工作，泵出口的壓力油進入到變量機構右端，推動變量機構活塞減小泵的排量，直至接近于零，整個系統(tǒng)處于低壓小流量狀態(tài)。

執(zhí)行機構啟動時，在打開比例換向閥的瞬間，由于所需流量迅速增大，系統(tǒng)壓力快速降低，LS 控制閥從左位變成右位工作，活塞向右移動，泵排量增大，系統(tǒng)流量增大；當比例換向閥閥芯位置固定時，系統(tǒng)提供的流量與執(zhí)行機構所需流量相同，此時泵的出口壓力等于外界負載壓力與LS 控制閥彈簧力之和，閥芯處于動態(tài)平衡，泵的排量保持恒定，泵出口壓力比負載壓力高出LS 彈簧力，此時也是執(zhí)行機構正常工作狀態(tài)。

負荷敏感液壓系統(tǒng)還具有外界負荷超載自我保護功能，即起限壓閥的作用。當泵出口壓力超過限壓閥彈簧設定值時，限壓閥在左位工作，系統(tǒng)壓力直接推動變量機構活塞左移，直至排量接近于零。對單路執(zhí)行機構而言的，對于多路執(zhí)行機構，其液壓系統(tǒng)中的LS回路壓力為所有執(zhí)行機構最大負載壓力，泵出口壓力就為最大負載壓力與LS 控制閥彈簧力之和。

3 液壓系統(tǒng)節(jié)能技術

3.1 柴油機與變量泵的功率匹配技術

由于港口流動機械作業(yè)的特殊性造成其作業(yè)負載變化較大，在起升貨物、開始行走等作業(yè)負載增大時，變量泵的輸出壓力增大，在發(fā)動機轉速感應極限控制下，變量泵的排量減小，外界負載較小時，泵的排量調整到最大值，保證變量泵與發(fā)動機的功率匹配，以使發(fā)動機工作在節(jié)能效果明顯的范圍內，降低發(fā)動機燃油消耗量，還可提高發(fā)動機的使用壽命。

3.2 負荷敏感節(jié)能技術

港口流動機械的液壓系統(tǒng)采用較為先進的負荷敏感節(jié)能技術，即采用負荷敏感控制閥組。系統(tǒng)運行中，高壓油由變量泵泵出，通過負荷敏感控制閥組直接驅動行走系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。負荷敏感節(jié)能技術能夠保證液壓系統(tǒng)供給執(zhí)行機構負載相匹配的壓力和流量，有效降低了液壓系統(tǒng)的設計功率儲備。在流動機械實際作業(yè)中，具有負荷敏感節(jié)能技術的液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)壓差反饋，同時在流量指令條件下能夠快速進行液壓泵對負載壓力的隨地控制操作的閉環(huán)系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)功率損失和發(fā)熱量，具有較好的節(jié)能效果，符合我國港口裝卸設備在節(jié)能降耗和防污減排的整體要求。

3.3 能量回收技術

港口流動機械是集裝箱裝卸機械，其具有負載質量大，集裝箱的起升和下降頻繁，行走和制動頻繁，造成液壓能與勢能或動能的轉換頻繁，如能將集裝箱的下降勢能和制動能量回后再利用，則可達到較好節(jié)能效果。港口流動機械可采用在液壓系統(tǒng)中配置蓄能器，集裝箱下降和整機制動所產(chǎn)生的壓力油儲存于蓄能器中，當集裝箱上升和整機行走時，蓄能器再將壓力油直接供于液壓油路中，大大節(jié)省了柴油機輸出功率，減少燃油消耗。同時蓄能器還能緩和沖擊、吸收壓力脈沖，使液壓系統(tǒng)運行更平穩(wěn)。

負荷敏感液壓系統(tǒng)能夠實現(xiàn)泵流量、壓力與執(zhí)行機構流量、壓力的完美匹配，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，提高驅動系統(tǒng)的功率利用率，最大限度地減少系統(tǒng)中的能量損失，為實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的節(jié)能減排創(chuàng)造了可能。在現(xiàn)有港口機械液壓系統(tǒng)的基礎上，只需將系統(tǒng)中的定量泵和各功能閥分別更換成負荷敏感泵和多路閥組，而執(zhí)行元件不用更換。因此，與液壓系統(tǒng)和執(zhí)行元件分別更換電力系統(tǒng)和電力元件相比，價格更加低廉。