大型油压机液压系统节能分析

　　随着国防工业和重工业的发展，加工大型甚至超大型自由锻件的重型压机的市场需求量日益增大。而对于这类设备来说，液压系统的能量损失是一个很重要的问题，而泵控液压系统由于其优良的节能效果被大型和超大型的油压机采用。

　　目前油压机的传动方式主要分为闭式泵控、泵一蓄能器和泵一充液阀控制3种。其中泵控方式是通过改变回路中变量泵的方向和排量来调节执行元件的运动方向和速度，通常这种回路采用闭式容积调速回路。泵一蓄势器传动方式一般是指在液压系统中设置蓄势器，定量(或恒压变量)液压泵输出的压力液体通过液压阀驱动液压机动作。泵一充液阀传动方式是在油缸上腔安装充液阀并连接到上位油箱中，根据油路的循环方式，容积调速回路以分为开式回路和闭式回路。在开式回路中，液压泵从油箱吸油，执行元件的回油腔直接与油箱相连。闭式回路中，执行元件的回油腔直接与泵的吸油腔相连，结构紧凑，只需要很小的补油箱，空气和赃物不易进入回路。

　　1 泵一充液阀回路的工作原理

　　对于传动方式为泵一充液阀控制的油压机，如图1所示，采用的是单向定量泵。当电磁换向阀4在右位时，活动横梁处于快速下降的过程中，此时，在电动机的驱动下，泵开始向油缸上腔输油，在上腔油液压力以及横梁自重的情况下，油缸下腔的油液通过平衡阀直接流回油箱，则横梁自重所产生的那部分势能转化为油液的能量而全部损失了。若泵所提供的流量满足不了油缸上腔所需的全流量，此时，充液阀打开和泵同时向油缸上腔供油，以达到工作条件需要。

　　l一电动机 2一定量泵 3一充液阀 4一换向阀

　　5一平衡阀 6一充液阀7一油缸8一背压阀

　　图1 泵一充液阀液压回路示意图

　　在回程过程中，换向阀处于左位，此时泵通过平衡阀5向油缸下腔供油，推动活塞向上运动，此时，由于背压阀8的背压作用，油缸上腔的油液一部分通过充液阀流回上位油箱，当上位油箱油液充满后，剩下的油液全部流回油箱。这样，油缸上腔的油液能量也全部损失。

　　2 闭式泵控回路的工作原理

　　如图2示，相比传统的泵一充液阀回路来说，闭式泵控回路的工作原理如下：

　　1一电动机 2一变量泵 3一油缸 4一充液阀

　　图2 泵控液压回路示意图

　　采用变量泵控制的闭式液压控制回路，可使油压机运动部分(活动横梁) 的势能得到回收。如图1所示，在横梁快速下降过程中，由于采用双向变量泵控制闭式液压回路。当工作时，一方面，变量泵向上腔输油，另一方面，由于活动横梁自身质量很大，其自重对油缸下腔的油液必然会产生一定的压力，作用到变量泵的吸油口，活动横梁在自身重力和油缸上腔压力的共同作用下向下移动(当油缸上腔压力不为0时)，油缸下腔的压力油作用到变量泵的吸油口，泵处于马达的工况，可以使驱动变量泵的电机输出功率少于设备实际对外做功，通过调节变量泵的排量，来控制活塞的下降速度，实现活动横梁势能作用的回收。从而达到节能、减少发热的目的。若泵的输出不能满足活塞下降速度的要求，则此时油缸上腔压力为负压，充液阀打开，上位油箱的油通过充液阀和泵的输出流量同时加到液压缸上腔。设输人油缸上腔的压力为p1，流量为q1 ，此时，向油缸上腔输入油液泵所消耗的功率为