液压传动与控制系统的新型节能技术探讨

　　液压传动与控制技术是工业中应用较为普遍的一种传动技术,与机械传动和电气传动相比,具有功率质量比大、工作压力和流量可调性好、可实现无级调速等优 点;但由于存在多次能量转换,相对能耗较大,为适应节能环保的要求,必须发展节能型液压系统和元件。节能是液压技术的重要课题之一,也是液压传动技术的发 展趋势[1-4]。在当今创建节约型社会和节能型企业中,将节能意识融于液压系统设计与改造过程中是非常必要的。

　　1　液压传动与控制系统的能量损失与节能措施

　　液压传动与控制系统能量损失产生的原因一般有以下三个方面[5]: 1)能量转换损失,液压系统能量转换元件对能量进行转换时产生的损失,包括机械摩擦损失、压力损失和容积损失。2)能量传输损失,液压工作介质在整个液压 系统中传输时所产生的能量损失,即流动损失。3)能量匹配损失,动力源提供的能量与负载所需要的能量不相适应而产生的能量损失。液压系统的总能量损失是上 述3类能量损失的总和。

　　为提高能量的利用率,减少能量浪费,液压传动与控制系统可从以下几个方面采取措施达到系统节能的目的: 1)提高液压元件本身的效率和减少控制该元件的能量损耗; 2)改善液压泵和原动机的匹配关系; 3)减少传输中的压力损失; 4)减少液压泵与负载之间的功率过剩; 5)能量贮存和回收。

　　在不断提高元件质量和开发与应用新型节能元件的同时,创新性地合理设计和使用液压传动与控制回路能取得可观的节能效果。

　　2　负载敏感控制节能液压系统

　　负载敏感系统起源于20世纪80年代,是感受系统压力-流量需求,且仅提供所需求流量和压力的液压回路[6]。完全负载敏感系统由负载敏感控制阀和负载敏感控制变量泵组成。图1为普通负载敏感液压系统的原理图。

　　系统采用阀前补偿的形式,将负载压力反馈到压力补偿阀,以保证负载发生变化时,节流阀口两端的压差保持不变。根据节流孔的流量特性方程可 知,通过节流孔的流量Q是开口面积A和压差ΔP的函数,若ΔP保持不变,流量Q不受负载变化的影响,只与开口面积有关。系统同时利用梭阀将最大的负载压力 通过LS(Load Sensing,简称为LS )通道反馈给负载敏感变量泵,与泵出口压力相比较,带动泵的变量机构,使负载敏感变量泵的输出流量与负载变化相适应,同时泵出口的压力只比负载压力略高 (一般为1~2MPa)。

　　该系统既节能又解决了滑阀的微调性能和复合操作性能。在整个滑阀行程中,液压泵的流量始终等于执行元件的流量,无多余的流量损失。液压泵的压力略高于负载 压力,其压差仅为2MPa以内,即只有一小部分能量损失,是较理想的节能系统。图2为一个定量泵系统和负载敏感系统的能耗比较示意图。