工程机械液压传动系统节能技术综述

工程机械液压传动系统节能技术综述

罗呈龙

大连光洋自动化液压系统有限公司  辽宁 大连  116610

摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，市场经济在快速发展，社会在不断进步，在“中国制造２０２５”的背景下，工程机械节能技术愈发受到重视。针对工程机械液压系统节能技术，从液压元器件改进、液压系统匹配技术及动势能量回收和利用三方面，介绍和总结了国内外提高能量利用率技术的主要进展和成果，结合目前新时代的特点和存在的问题提出见解，为未来液压节能技术的发展提供思路和参考。

关键词：工程机械；节能；液压元件；动力匹配；能量回收

引言

液压机械传动系统是液压挖掘机的重要组成部分，作业功率较高、耗能较大，很大程度上决定了挖掘机能耗量。因此，控制该系统作业能耗是改善液压挖掘机作业性能的重要研究内容。以往关于这方面的研究，采用非电控节能装置，通过调控液压阀，实现泵变量摆角的有效控制，达到节能目的。

1大功率液压机械传动系统的做功特征

大功率液压机械传动系统，是机械动力传输的根基部分，依据其做功传输的实际作用，可分为分流和回流两部分。(1)分流部分，是指大功率液压机械系统，按照液压动力系统的实际需要，实行动力传输与供应。更详细地说，就是大功率液压系统，机械做功的供应部分。进行动力传输与调节时，它需要按照液压排放的实际需求，提供充足的动力供应。(2)回流部分，是指依据大功率的调节情况，实现动力条件的综合回流调配，由此，大功率液压机械传动系统，又必须满足动力传输速率稳定，动力传输过程低损耗，高品质的周期循环要求。

2工程机械液压传动系统节能技术综述 

2.1高效节能控制

高效节能控制措施的实施采用的是神经元控制体系，将神经元控制体系和大功率液压机械传动系统的控制结合在一起，进而在其结合过程中，能够发挥出对应的节能控制管理措施。通过这种控制措施的实施能够提升整体的系统控制运行质量，对于保障控制系统的运行具有重要性研究意义。按照大功率液压机械传动系统高效节能控制措施的实施。在进行大功率液压机械传动系统高效节能措施的处理中，对于原有的系统内增加控制神经单元，即在系统控制中，对系统内增加PID控制神经单元，借助这种神经控制单元将对应的高效节能措施应用到现实的系统控制中，以此提升系统的应用效率提升。

2.2势能回收

势能回收是指工程机械中需承担负载的部件将下降势能储存在储能装置中，并在液压系统需要补偿时释放。工程机械势能回收一般分为两种方式，即油电混合和油液混合，前者储能装置主要是蓄电池和超级电容，后者储能装置主要是液压蓄能器。对比传动混合动力系统的优缺点，设计了基于液压蓄能器和液压马达的油液混合动力回收系统，将蓄能器并联在回油路中，动臂下降，无杆腔液压油液力升高，流入蓄能器，气囊被压缩，在再次上升阶段时，接入无杆腔，完成势能的利用，结果表明节油率达到１０．７４％。

2.3构建一体化结构

神经元结构，液压缸内部原料存储、液压缸管道调节供应、液压资源综合处理、以及液压条件科学调配的方法，均是连贯性的传输系统动力处理过程，一气呵成的动力处理措施，可有效避免大功率液压机械做功时，出现功率过大、或过小，导致液压机械系统，做功不稳定的问题发生。例如，某次液压系统的功率为15kW，若运用传统的液压机械系统，进行机械动力调整时，系统操作人员，需从液压系统各个部分的做功情况，损耗情况等方面，对液压系统进行动力调节。而采用神经元节能调节模式后，检测人员只需按照本次机械动力的实际需求，确定机械传输做功的具体值后，通过设计一个动力传输功率调控程序，进行功率控制即可。这种系统性的动力探索过程，可直接在系统设计环节，确定本次液压机械系统做功传输的实际功率量，然后一次性从动力供应源处开始，进行机械做功功率的评估与传输。机械动力系统的整体做功情况，均是从整体上进行问题的把握，液压泵、液压阀、液压缸、以及液压马达、液压管道各个部分之间相互承接。因而，实际进行液压系统时，需要损耗的有用功则相对较少。

2.4基于液压回路系统的节能措施

根据液压系统的原理，液压回路主要由三部分组成：液压动力源、液压管道及液压缸。它可以通过机械完成任务的不同按照相关不同的原理来控制压力、速度和方向，在液压系统中具有重要地位。液压系统中液压回路在节能环保方面的贯彻程度仍然存在较大的进步空间。下面介绍较成熟的节能液压回路系统。（1）定量泵加变频调速电动机电液系统。现今液压系统大多以异步电动机为运行动力，所谓异步电动机，就是指它的转子组不需要和其他电源相连，由定子直接取自交流电力系统。这种情况下，使电机结构更加简单、成本更合理、运行效率更加可靠。更值得一提的是，异步电动机的变频系统变速效率高，性能水平也超过同类型的其他电动机，在液压系统中广泛应用。变频调速技术可以改善机器的运行效率，提高功率因数，在很大程度上远远超过了其他液压调速技术。应用变频调速技术有助于改变溢流损耗，通过改变液压泵的输出功率，也在一定的程度上更加适合液压系统的系统配置。在这样一种情况下，就能最大程度上减少液压系统的溢流损失、节流损失和卸载能耗，达到节能环保的作用。（2）负载敏感控制系统。负载敏感控制系统是一种闭环控制系统，根据不同设备、不同负载、不同操作者的不同情况控制液压泵的输出压力和流量，根据不同情况实现泵输出的流量、压力与负载的需求相匹配。在这种情况下，可以说就不存在溢流损失，充分利用机械的原动功率。由于负载敏感控制系统节能效果明显，现已被广泛地应用于工程机械及矿山机械等行业。负载敏感控制系统在结构组成上包括比例换向阀、负载敏感阀、变量泵、液压马达和液压缸五部分，工作原理是利用压力作为反馈信号，敏感控制泵输出流量，实现科学控制液压节能系统的压力控制。（3）二次调节静液传动系统。二次调节静液传动系统的构成有：恒压源、二次元件、工作机构和调控机构，实质上是一种压力耦联系统，二次元件直接与恒压源相连，通过控制二次元件的排量与负载功率进行匹配，使自身闭环反馈基本上可以维持一次元件在恒压点工作，理论上不存在节流损失。系统中的储能器能够吸收压力峰值时的高压，减少了系统中限压元件的发热，节约了冷却费用。由于系统中无节流元件，理论上二次元件可从系统中无损耗地获取能源，极大地提高了系统的效率。

结语

１）液压元件方面，关于柱塞泵和多路阀的改进研究逐步完善，主要针对其结构和表面处理，应多注重材料领域的新成果，可以加深研究智能材料液压元件的研究设计，虽然液压元件的提升空间较小，但每一小步都会带来巨大的经济效益，故仍需努力。２）功率匹配方面，负载敏感技术在工程机械中已经日益成熟，但是目前尚没有一个系统可以完成发动机－泵－负载的全局匹配，多为泵－负载功率匹配，也有部分企业通过发动机转速感应完成发动机－泵功率匹配，所以未来关于全局匹配的研究会日益受到研究者们的重视。

参考文献

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[3]孟志明,贺元成,康帅帅等.液压节能技术的现状与发展[J].机械工程师,2014,(1):114-117.