浅谈液压传动系统的功率损失

　　1 引言

　　近年来, 我国的工程机械取得了蓬勃的发展, 其中,液压传动技术起到了至关重要的作用。并且, 随着液压传动技术的快速发展和广泛应用, 它已成为工业机械、工程建筑机械等行业不可缺少的重要技术。

　　然而, 尽管液压技术在机械能与压力能的转换方面,已取得很大进展, 但它在能量损失和传动效率上仍然存在着问题。因为, 在液压系统中, 随着油液的流动, 有相当多的液体能量损失掉, 这种能量损失不仅体现在油液流动过程中的内摩擦损失上, 还反映在系统的容积损失上, 使系统能量利用率降低, 传动效率无法提高。高能耗和低效率又使油液发热增加, 工作性能达不到理想的状况, 给液压技术的进一步发展带来障碍[1]。因此, 探索和研究高效液压传动技术, 提高其综合性能就成为了液压技术领域研究的重点之一。本文主要通过三个方面对液压传动技术的能量损失和传动效率进行了分析和研究。

　　2 液压泵

　　(1) 泵的功率损失

　　泵的功率损失主要包括容积损失和机械损失两方面。容积损失是泵在工作过程中其高压腔有少量压力油经间隙泄漏到低压腔。压力愈高, 油的粘度愈低, 泄漏量越大。因此泵的实际输出流量小于理论流量。机械损失主要由两部分组成: 一是泵在工作过程中, 泵内相对运动件之间的机械摩擦引起的转矩损失, 压力愈高, 其转矩损失就越大; 二是泵内油液的粘度所引起的转矩损失, 液压油在流动过程中体现出内摩擦力, 即粘性。油的粘度愈大, 泵的转速愈高, 这项损失就越大[1、 2]。

　　这两部分损失分别反映了泵的容积效率 η_v和机械效率η_m, 而泵的总效率 η为:

　　η=η_v×η_m

　　(2) 泵的效率以及泵的使用

　　在泵和执行组件的效率上, 针对容积效率和机械效率, 我国一般只重视容积损失的问题, 往往会忽略对泵结构和低摩擦问题的研究。而近年来, 国外较为重视泵和执行组件在运行过程中的机械损失的问题, 同时也开展了各种变量泵低摩擦密封材料的研究, 并已取得一定成效。针对液压泵, 应根据其适用场合来进行合理选取, 可考虑选用变量泵。因为在液压传动中采用定量泵来进行节流调速, 则需在油路中装有流量控制阀。该类油路执行元件的低速和微速实际上又是用流量控制阀大的节流损失和旁路大的溢流损失换来的, 所以造成系统能耗极高, 效率却极低。有资料表明, 当负载恒定或变化很小时, 进油节流调速和回油节流调速的回路效率仅为 0.2～0.6, 当负载变化较大时, 回路的最高效率仅为 0.385[1、 2]。显而易见, 从能耗角度来看, 用变量泵容积调速取代定量泵节流调速, 能较大地提高系统效率。因为, 变量泵能根据实际工况的变化自动调节其排量大小, 并依据负载所需的速度大小确定泵的输出流量, 这样, 系统中便不存在或较少存在多余流量。此外, 油路中取消了用于控制速度的流量控制阀, 避免了节流损失。但是, 在选取变量泵时, 应注意优先采用性能优良的高效液压泵, 同时不要将变量泵降低规格使用, 因为当工作压力和流量大于泵的额定值时, 泵的总效率将有所下降。