中包车液压同步控制系统节能措施.docx

中包车液压同步控制系统节能措施 (1.内蒙古科技大学 机械学院，内蒙古 包头 014010；2.包头轻工职业技术 学院，内蒙古 包头 014040) 摘 要：以中包车液压同步控制系统为例，论述了一些 节 能方面的有效措施，以提高液压系统的能源利用率。 关键词：中包车；同步控制系统；能量损耗；节能 中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号： 10076921(XX)14021802 中包车是连铸机整套设备中结构比较复杂的较大型关 键设备，用来运载中间罐, 在烘烤与浇 铸位置之间运行。 按工艺要求, 中包车应具备行走、升降、对中、称量、长 水口安装等多种 功能, 其同步升降装置是中间罐上升、下 降的关键机构。在实际中人们往往更重视液压系统 的控制 功能，而对系统的能耗却考虑的很少。实际上，系统的效 率一般也就只有 50%左右， 由此造成的能源浪费极为可观。 由此产生了各种不必要的损失，使系统温升提高，为了维 持 理想的油温，又不得不采取降温的措施，从而进一步加 剧了能量的无功消耗。因此，将节能 意识融于液压系统的 始终，也是一项极为重要的内容。 1 中包车液压同步控制系统 中包车液压同步升降控制系统如图 1 所示。 740)this.width=740“ border=undefined 1-4 液压缸，5-8 平衡阀，9-12 比例方向阀 中间罐车总重量 70t 上行时间 20st 总行程 500mm 由于在升降过程中有垂直大负载，并且可随意停留在 任何一个位置，所以选用平衡阀，型号 为 FD12FB2X/300B03 作为支撑；选用 Y 型中位机能的比例方向 阀，型号为 4WRE10W25-2X/G24K4 /V 作为主要控制元件来 控制液压缸的同步升降。在液压同步驱动系统中，控制四 个液压缸同 步的比例阀选用了德国 Rexroth 生产的 4WRE10 系列比例电磁阀，该阀在 10bar 的压差下最大控 制流量可 达 180L/min，最大工作压力可达 315bar。 2 系统产生能量损耗的原因 液压比例控制装置是一种能量转换装置，实现能量的 传递、转换以及信息的传递、变换来完 成各种自动、半自 动机械的传动与控制。液压比例控制装置一般是电能机 械能液压能 机械能。在这一过程中，每一环节都会产 生能量损耗。就机械方面而言，摩擦、惯性、刚性 及液体 的粘性、压缩性是造成系统能量损耗的根本原因。具体而 言，系统的能量损耗包括以 下几个方面： 2.1 液压泵和液压缸的能量转换损失 包括机械摩擦损失、压力损失和容积损失。这一损失 取决于元件加工质量、元件结构、磨损 情况及工况, 同时 还取决于元件类型。 2.2 油液流经比例阀时产生的流动损失 主要是油液流经小孔和缝隙时产生的压力损失, 取决 于流经比例方向阀的流量大小、阀的类 型及工况。 2.3 油液流经辅助元件时产生的流动损失 取决于元件数量、尺寸、连接方式等因素。 2.4 液压泵与负载运动特性不适而产生的匹配损失 这一能量损失取决于泵的工作压力与负载大小, 以及 泵的流量与负载运动速度的匹配情况。 2.5 液压系统设计不合理而产生的能量损失 这一部分能量损失取决于元件数量和元件布局。 3 降低系统能耗的措施 3.1 合理选择液压泵或马达 由于中间包升降时，系统的外负载为恒定值，各液压 缸负载的偏差很小，而且举升重量比较 大，因此在对系统 设计时，应优先考虑采用恒压柱塞泵。因为柱塞泵与其他 泵相比效率最高 ，而且采用恒压供油方式，可以避免溢流 损失，压力与负载也比较接近，压力过剩量小，流 量与负 载也相互匹配。因此，系统的功率损失小，系统效率高。 常用液压泵的效率见表 1 所示。 740)this.width=740“ border=undefined 当泵或马达的转速提高时，其流量成正比例增加，相 对泄漏量减少，容积效率会提高，但由 于转速提高，相对 滑动表面摩擦增加，机械效率降低。因此最佳转速一般在 1 0001 800r/ min 范围内。同时，如果马达转速较低，压 差较大，容积效率就会下降，其总效率也会下降 ，液压泵 的转速过低时，吸油膜不易形成，机械效率就会降低。 3.2 合理选择控制元件 各类控制元件应根据其在系统中相应位置和可能出现 的最高压力和最大流量来确定其规格， 不宜过大或过小。 液压阀产生的压力损失与流量的平方成正比。为减少压力 损失，必须保证 通过液压阀的流量不超过阀本身的额定流 量。同时应尽量考虑采用新型的二位插装阀。二位 插装阀 是集成元件，其内部通道连接使阀体本身无泄漏，插装阀 锥口节流损失小，元件集成 式连接也起到良好的节能作用。 3.3 合理选择油液粘度 油液粘度越大，压力损失和发热量就越大；粘度越小， 泄漏就越大，系统效率就会相应减小 。所以液压油存在一 个最佳粘度值，使得系统的效率得到最高。可将不同粘度 值的运行参数 进行统计，比较相应的系统功率，从而确定 油液的最佳粘度。 3.4 合理选择管道 压力损失正比于液体在管道中的平均流速，因此要根 据流速来确定管径。为减少管路压力损 失，液体流速要有 一定的限制。压力高、管路短、粘度低时取最大值，反之 取小值。同时还 应注意减少管路长度和局部阻力个数，在 设计液压系统时尽量减少不必要的弯曲，缩短管路 长度。 2 个局部阻力要相距有足够距离，避免互相干扰，增加压力 损失。在装配液压系统时 ，油管的弯曲半径不能太小，一 般应为管道半径的倍。应尽量避免小于 90的弯管。 3.5 选择优质密封圈 对于液压系统，良好的密封不仅可以提高容积效率， 还可以避免对环境造成污染。对于有相 对运动的表面，可 考虑选用橡塑混合材料。使用该材料，可以减小相对运动 表面间的摩擦力 ，密封效果得到明显改善，密封元件寿命 能延 1 倍以上。 3.6 对系统进行合理布局 液压泵站与执行元件间的距离，应尽量靠近，以减少 管路损失。在空间允许的情况下，可将 液压泵站、阀站布 置在中包车上，但需要注意的是，采用这种方式会使车体 比较庞大、车体 重、车上的液压管线布置困难，维修也不 方便。 3.7 采用现代液压技术是提高系统效率、降低能耗的 重要手段 采用定量泵和比例阀的压力匹配系统，系统效率可提 高 30%；变量泵和比例节流阀、变量泵 和比例换向阀、多 联泵和比例节流溢流阀系统，效率可提高 28%45%。节能 效果更好一些的 有负载信号传感液压泵、负载信号传感液 压控制阀、功率匹配式液压系统等。因此在设计初 ，可以 从这些方面考虑，系统效率会大大提高。同时，由于比例、 伺服元件及传感器的使用 ，系统便于自动控制。而且随着 自动化等技术的进步，系统的控制精度会极大的提高，结 构 调整也比较方便。这些特点会使得中包车运行中更为平 稳，设备运行更为可靠。 4 结论 液压控制系统中的能量转换环节较多，如何在保证功 率和性能的前提下，提高系统的效率， 是液压控制技术的 发展方向。系统的最大化效率不是单个执行元件的最大化 效率，而是各环 节综合后的最大化效率。伴随着科技的发 展及交叉学科的深度化，节能方法将会有根本性的 变化。 就液压技术本身而言，节能的最有效方法就是在设计时， 应尽量使泵输出的流量、压 力与负