摘要：隨著能源的緊張，節(jié)能技術被廣泛研究和應用。基于其在國內(nèi)外發(fā)展和應用的現(xiàn)狀，分析了液壓系統(tǒng)能量損失的原因，從液壓系統(tǒng)的五大組成部分出發(fā)，介紹了幾種相比而言率低能耗的節(jié)能措施，并展望它們的應用前景。

關鍵詞：液壓系統(tǒng);能耗分析;節(jié)能措施

    0 概述

    隨著能源的日益緊缺，節(jié)能無疑具有十分重要的現(xiàn)實意義。在設計液壓系統(tǒng)時，設計人員更多的是將注意力集中在實現(xiàn)系統(tǒng)的功能和提高可靠性上，在能耗方面考慮得不夠多，由此不但造成液壓油溫度升高而增大了泄漏量，降低了密封效果，危及到裝備使用的可靠性和安全性，而且這也是與當前建設節(jié)約型社會不相符的。因此，應該將節(jié)能技術應用到液壓系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)，對于已有裝備，應用已發(fā)展成熟的節(jié)能技術進行改造;對于正在設計中的液壓系統(tǒng)，要充分考慮對整個系統(tǒng)節(jié)能控制，避免以后不必要的損失，延長裝備的使用壽命，提高系統(tǒng)工作的可靠性?；诖耍瑥姆治鲆簤合到y(tǒng)能量損失的原理出發(fā)，介紹了幾種的節(jié)能措施，并對它們的應用前景進行了展望。

    1 液壓系統(tǒng)的能耗分析

    液壓系統(tǒng)包括五大部分:（1）能源裝置;（2）執(zhí)行裝置;（3）控制調(diào)節(jié)裝置;（4）輔助裝置;（5）傳動介質(zhì)。每一個環(huán)節(jié)功能的實現(xiàn)都是通過能量來驅(qū)動的，工作過程的三次能量轉(zhuǎn)換包括在液壓泵中形成高壓油時機械能轉(zhuǎn)換為壓力能，將壓力能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動執(zhí)行裝置工作以及高壓油經(jīng)過系統(tǒng)各液壓元件時的熱量。能量的轉(zhuǎn)換過程必然伴隨著能量損失。

    液壓系統(tǒng)的總效率是電動機、液壓泵、液壓執(zhí)行器和液壓回路等的效率之乘積，任一項效率的降低都會影響液壓系統(tǒng)的總效率，只有當所有項都為zui高值時，總效率才會zui高。

    2 液壓系統(tǒng)的節(jié)能措施

    液壓系統(tǒng)能好的主要原因是壓力損失和旁路損失，節(jié)能的目的就是減少這兩種損失提高整個系統(tǒng)的效率。下面從主動使用能源節(jié)能和能量回收節(jié)能兩大方面介紹了比較實用的措施。

    2.1 選擇率低能耗的液壓泵

    泵作為初次能量轉(zhuǎn)換裝置，對液壓系統(tǒng)的總效率影響很大。選擇合適的動力源，對提高能源利用率非常重要。常用液壓泵的效率，如表1所示，可以看出，從節(jié)能的目標出發(fā)，柱塞泵運行效果，其次是螺桿泵，葉片泵、齒輪泵次之。對于復雜，流量精度要求比較高的系統(tǒng)應盡量選擇組合泵源，通過變頻調(diào)速可以使效率更高，輸出功率也可以適時調(diào)節(jié)。

    不同功能的液壓回路要求不同的動力源，大體分為三類:（1）對于壓力接近或相同，流量變化較大的液壓系統(tǒng)一般應采用恒壓變量泵作為動力源;（2）對于功率較大、負載緩慢增大且有較長保壓時間要求的系統(tǒng)如泵保壓系統(tǒng)、蓄能器系統(tǒng)等也可以采用恒壓恒功率變量泵;（3）對于要求具有不同壓力、不同流量的多執(zhí)行元件系統(tǒng)可采用雙壓、雙流量恒壓變量泵或負載傳感變量泵。

    2.2 基于功率匹配的節(jié)能手段

    液壓系統(tǒng)是基于功能如何實現(xiàn)來設計的。功率匹配的液壓系統(tǒng)就是有什么樣的負載特性曲線就會有什么樣的輸出功率與之相適應，不會產(chǎn)生過多的流量或壓力通過溢流閥溢出。也就是說當沒有負載時，發(fā)動機低速轉(zhuǎn)動使泵輸出功率zui小;當有負載時，發(fā)動機根據(jù)不同的工況需要的功率決定自身轉(zhuǎn)速，控制泵的工作方式。這樣不會使泵不論在空載還是滿載時都高速運轉(zhuǎn)，既浪費了燃油，增加了液壓泵的磨損，又使系統(tǒng)生熱過多，密封圈損壞是泄漏增加，也增加了裝備的不安全性。

    以變量柱塞泵的功率匹配液壓系統(tǒng)為例說明。把執(zhí)行機構(gòu)的負載轉(zhuǎn)換成脈沖信號，通過微機控制步進電機的旋轉(zhuǎn)運動控制發(fā)動機的油門開口度，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速也隨之被控制，從而控制了流出液壓泵油液的流量和壓力，并實時檢測油門位置和發(fā)動機轉(zhuǎn)速，自動地輸出與負載相匹配的功率。實現(xiàn)了對流量的控制，泵的壓力自動隨負載變化，因此節(jié)能效果。這種現(xiàn)代的節(jié)能控制技術綜合了自動控制技術和比例控制技術，所以價格昂貴，適用于自動化程度較高的系統(tǒng)。其中，PID控制器采用了離散形式。

    2.3 采用能量回收措施節(jié)能

    采用能量回收措施節(jié)能，主要是在液壓系統(tǒng)中安裝蓄能器。它可用來貯存或回收能量， 作為系統(tǒng)的輔助動力源，與液壓泵一起向系統(tǒng)供油。通過對蓄能器參數(shù)和液壓泵參數(shù)的合理匹配可以大幅減小液壓泵及原動機的容量而不影響系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，使系統(tǒng)能量得以合理應用， 減少系統(tǒng)發(fā)熱和溫升，提高系統(tǒng)效率。目前，蓄能器作為輔助動力源已在各類液壓設備中得到了廣泛應用， 成為實現(xiàn)液壓系統(tǒng)節(jié)能的重要技術手段之一。執(zhí)行器的不同，實現(xiàn)能量回收的油路也不相同。

    2.3.1 執(zhí)行器為液壓缸

    該類型裝置可實現(xiàn)對負載機械能的回收。定量泵/馬達1具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、泵、馬達4個象限功能，一般選用柱塞式結(jié)構(gòu);蓄能器3為儲能元件。當變量泵/馬達4處于馬達工況時，液壓缸2驅(qū)動外負載做功;而當變量泵/馬達4作為泵時，可將負載的機械能轉(zhuǎn)化為液體的壓力能回收能量。系統(tǒng)多余的壓力油液由蓄能器3儲存。載慢速提升。接通二通換向閥后，負載3下落使液壓馬達變?yōu)楸茫瑥挠拖湮洼斎藟毫τ拖?，隨著5中的液面升高，壓力上升而產(chǎn)生連續(xù)制動效果。zui后的制動由關閉二通換向閥來完成。高壓安全閥4限制沖擊壓力。閥6是油箱5的安全閥。

    3 總結(jié)

    液壓系統(tǒng)節(jié)能的目的是使泵的流量與負載所要求的流量相一致，在不影響系統(tǒng)功能的前提下，盡量減少滋流損失。以前單一追求功能的設計思想已經(jīng)行不通了，基于功率匹配是現(xiàn)時的大趨勢。此外，提高初始的能量轉(zhuǎn)換效率也非常有必要，這就要求在電動機一液壓泵，液壓泵一液壓泵的組合上不斷進行優(yōu)化，并且不斷在實踐中通過改進液壓元件的分布結(jié)構(gòu)來節(jié)約能源，節(jié)約液壓系統(tǒng)的運行成本。上述是從節(jié)約使用能源來達到節(jié)能的目的。現(xiàn)在，能量回收利用技術也是節(jié)能技術的一部分，而且變得越來越重要，它將節(jié)能效果推向了一個，也應用到了幾乎每一個液壓系統(tǒng)中。

    展望前景，隨著計算機技術、微電子技術和比例控制技術的發(fā)展，不斷將這些新技術與節(jié)能理念相結(jié)合，這些將極大地提高液壓系統(tǒng)的效率，提高產(chǎn)品的市場競爭力。