一种基于信号量采集的液压系统节能方法研究

　　1 前言

　　在液压系统中有3种能量的转换形式:第1种是电动机将电能转换为机械能输入液压泵,第2种是由泵将输入的机械能转换为液压能,液压能是液压系统的动力源,它取决于系统的两个重要参量:压力和流量。第3种能量转换是由液压缸或马达将液压能转换为机械能输出,克服外负载做功,实现一定的速度或路径的往返循环。因此,从节能的角度来看的话,根据3种不同的能量转换形式,有不同的节能方法:第1种能量转换中需要提高电动机的效率,第2种需要提高液压泵的效率,而第3种则取决于液压缸或马达的效率。这3种节能的措施都与液压系统中的相关元件有关,因此提高液压系统中元件的质量也是一种重要的节能方法。

　　众所周知,液压泵输出的带液压能的压力油并不是立刻进入到液压缸或马达中去,而是要流经油管、阀等元件后才能到达液压缸或马达。携带液压能的压力油在流经管道、阀口、过滤器等处时,都会有压力的损失或流量的损失,这种压力和流量的损失引起的能量损失比前面3种能量转换过程的能量损失更加严重,对液压系统的影响也更大,因此现在许多院校和企业当前开展的节能方法研究也主要是针对减少液压能损失节能,如“零溢流”、“功率匹配”、“液压变频调速”的,这些方法的基本思想都是在保障系统正常工作的条件下,减少不必要的功率输入,使系统输入的压力和流量能够自适应工况的需要,使溢流损失为零或降到最低。但是这些方法有一个不足之处就是需要用流量或压力传感器检测溢流阀出口的流量或系统的工作压力,并构成闭环控制系统来调节泵的输出流量和压力。对于大型或多子系统的液压系统,这种方法需要很多的流量和压力传感器,使系统的制造成本大大增加。对于这类大系统,我们可以采用采集信号量方法来实现“零溢流”节能思想,以降低系统的投资成本。

　　2 信号量采集实现“零溢流”的方法

　　信号量采集的方法如图1所示。

　　对于大的液压系统通常是由多个子系统组成,每一个子系统又有若干个工况,每一种工况对应一定的压力和流量值。我们知道,液压工况的压力和流量值一般须在系统的设计之初确定,并以此作为选择液压泵的依据,因此,各子系统每一种工况的压力和流量值是已知的,如果知道了各子系统当前的工况状态,将各工况对应的流量相加就可以确定泵的供油量,而各工况中的最高压力值就是泵的输出压力值。这样,我们可以建立一个工况与压力、工况与流量的关系表,根据每一时刻采集的工况状态值,通过查表就可以求得一个压力和流量值,并以此值来控制泵的输出流量和压力,实现近似的“零溢流”节能。以3个子系统,每个子系统有3个工况为例,可以建立表1所示工况状态值与压力和流量关系表。