工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的發(fā)展

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一、工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀

(一)變量泵控制方式

當(dāng)工程機(jī)械處在難度較大的施工空間時，變量泵可利用控制排量來解決相關(guān)問題，通過控制壓力感應(yīng)、發(fā)動機(jī)功率以及切換節(jié)流調(diào)速等方法，減少能源的消耗；正是因?yàn)槠渚哂兄T多優(yōu)點(diǎn)，所以在當(dāng)前工程機(jī)械液壓節(jié)能工作中被推廣普及，并且取得了良好的節(jié)能效果。變量泵僅能控制排量，隨著控制手段的不同，其輸出性質(zhì)也會發(fā)生變化，所以根據(jù)不同的空間應(yīng)該選擇針對性的控制方式，進(jìn)而使控制輸出適當(dāng)。變量泵的主要控制途徑包括排量控制、LUDV控制和LS負(fù)載敏感控制，下文將圍繞這三點(diǎn)詳細(xì)說明。首先，排量控制從字面來理解，就是對排量的直接控制，通過調(diào)整控制壓力來取得預(yù)期的排量值，主要包括正、負(fù)兩種流量控制方式，正流量控制即用節(jié)流調(diào)速替代容積調(diào)速，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的工作效率，最早用于液壓挖掘機(jī)當(dāng)中。就挖掘機(jī)來說，一般是使用先導(dǎo)式三位六通多路閥，特點(diǎn)是泵排量和先導(dǎo)操縱壓力有變化上的一致性，但是也存在缺陷，即梭閥組使系統(tǒng)更加復(fù)雜，也降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。而負(fù)流量控制系統(tǒng)能有效改善六通多路閥中可能出現(xiàn)的空流及節(jié)流損失，屬于負(fù)荷傳感系統(tǒng)的范疇，最早應(yīng)用在PC系列挖掘機(jī)中，在后來應(yīng)用范圍逐漸拓展。例如，日立建機(jī)以及卡特彼勒等挖掘機(jī)制造商在許多機(jī)械生產(chǎn)中都是用了負(fù)流量控制系統(tǒng)。然后，LS負(fù)荷敏感控制能夠使輸出壓力、流量與負(fù)載需求保持一致，以增強(qiáng)液壓設(shè)備工作效率。其存在的缺陷主要為當(dāng)閥開度過大，或者泵的供油輸出法沒有達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的流量標(biāo)準(zhǔn)時，其負(fù)載元件的速度會受到不良影響，最終導(dǎo)致液壓系統(tǒng)整體的穩(wěn)定被打破。因此在系統(tǒng)流量較高時不宜使用LS控制系統(tǒng)。最后，LUDV系統(tǒng)是單泵單回路系統(tǒng)，主要為了彌補(bǔ)LS負(fù)載敏感系統(tǒng)的缺陷，與一般負(fù)載傳感系統(tǒng)不同的是，其將壓力補(bǔ)償閥設(shè)置在節(jié)流閥的后部，另外梭閥的極限壓力決定負(fù)載壓力信號，適用于負(fù)載大小差異不明顯的設(shè)備中，例如小型挖掘機(jī)。

(二)電液比例控制的智能化

電液比例技術(shù)能夠優(yōu)化繁復(fù)的液壓信號傳遞管道，通過電信信號傳送液壓數(shù)據(jù)參數(shù)，大大縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時間，也便利了挖掘機(jī)的的操作。計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步為電液比例控制的智能化提供了技術(shù)支撐，體現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)能夠檢測液壓系統(tǒng)以及柴油機(jī)的壓力、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為調(diào)整挖掘機(jī)動力系統(tǒng)的憑證，確保系統(tǒng)的工作狀態(tài)保持高效、節(jié)能。總的來說，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)電液比例控制的智能化是未來技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。

(三)多路閥多方式組合控制

六通道多路閥是工程機(jī)械中最常采用的系統(tǒng)形式，多路閥系統(tǒng)中的優(yōu)先回路可由直通供油路組成；并聯(lián)回路在中位時能夠由直通供油路以及并聯(lián)供油路共同組成，同時能夠反饋壓力、功率以及流量的變化情況，使其負(fù)荷傳感閥的控制功能更為全面。比如在通用閥中組合進(jìn)油聯(lián)，從而體現(xiàn)流量負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)?？偟膩碚f，多路閥組合的智能化與液壓系統(tǒng)的節(jié)能效果成正比。

(四)混合動力系統(tǒng)

目前混合動力系統(tǒng)已經(jīng)被用于工程機(jī)械以及汽車制造中。例如公交車以及液壓挖掘機(jī)?；旌蟿恿ο到y(tǒng)主要分為電能以及壓力兩種類型的儲能方式。一方面，以電能為儲能方式的混合動力系統(tǒng)又分為串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)以及混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)指發(fā)動機(jī)不與動力傳動系統(tǒng)直接接觸，保證在高效率區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。電動機(jī)能夠隨著負(fù)荷的改變自動調(diào)整自身的轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)以及蓄電池是電動機(jī)運(yùn)行主要的能量供應(yīng)設(shè)備。此種方式能夠保證發(fā)動機(jī)的運(yùn)作穩(wěn)定，所以排放以及能量效率都較高，缺陷是電動機(jī)額定功率決定了系統(tǒng)的負(fù)載能力，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速的高低控制是關(guān)鍵。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的動力來源主要是發(fā)動機(jī)以及蓄電池和電動機(jī)，相互之間利用轉(zhuǎn)矩合成器和動力傳動系統(tǒng)連接，發(fā)動機(jī)能夠?yàn)闄C(jī)械行駛提供轉(zhuǎn)矩，同樣可由兩者共同驅(qū)動。當(dāng)運(yùn)行速度低、負(fù)荷不高時僅依靠電驅(qū)動即可。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是將電動力和發(fā)動機(jī)結(jié)合驅(qū)動，因此動力供應(yīng)充足。其對控制系統(tǒng)的要求較高，能夠避免串聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)械制動時電動機(jī)替代了發(fā)電機(jī)的功能，并且能夠收集制動的能量。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是以上兩種系統(tǒng)的結(jié)合，可分為助力型、雙模式型及續(xù)駛里程延長型。另一方面，以壓力作為儲能方式的混合動力系統(tǒng)分為Cumulo驅(qū)動系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動系統(tǒng)以及CPS系統(tǒng)。Cumulo系統(tǒng)主要用于公共汽車制造，其特點(diǎn)是汽車的液壓泵與傳動軸向連接，汽車制動時傳動軸會作用于液壓泵，使備罐里的油液泵入壓縮器，壓縮器再使氮?dú)膺M(jìn)入兩個高壓容器中，汽車啟動時氣體又會返還到系統(tǒng)中成為驅(qū)動的動力。此種方式能夠大大降低汽車的燃料消耗，并且其制動器的使用壽命更長，并且緩解了汽車尾氣對環(huán)境的不良作用。二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動系統(tǒng)，此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是柴油機(jī)僅提供車輛的恒轉(zhuǎn)速行駛能量，或者彌補(bǔ)系統(tǒng)中漏掉的液壓，能夠保證柴油機(jī)在正確的工作區(qū)域內(nèi)。CPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，并且具有較高的運(yùn)行效率，所以也是當(dāng)前汽車回收能量的主要方式，利用發(fā)動機(jī)以及飛輪的聯(lián)合驅(qū)動產(chǎn)生動力，在利用定壓源液壓驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量的傳送，并且實(shí)現(xiàn)汽車的速度控制功能。

二、工程機(jī)械液壓節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢

功率匹配是工程機(jī)械液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的核心，只有改變傳統(tǒng)的局部功率匹配，實(shí)現(xiàn)全面的功率匹配，才能使節(jié)能目的得到實(shí)現(xiàn)。局部功率匹配在實(shí)際操作中必須要控制泵排量才能使發(fā)動機(jī)與泵相匹配，同樣要調(diào)節(jié)泵排量才能實(shí)現(xiàn)泵與負(fù)載的匹配，因此在調(diào)節(jié)中容易出現(xiàn)相互影響的情況，必須要統(tǒng)籌考慮才能保證正常運(yùn)行。變量泵以及負(fù)載敏感系統(tǒng)是挖掘機(jī)主要的液壓節(jié)能方式，首先通過負(fù)載敏感系統(tǒng)中泵有隨負(fù)載壓力和流量做出相適應(yīng)調(diào)整的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)泵和負(fù)載之間的匹配，再以兩者的匹配功率為前提選擇發(fā)動機(jī)的工作地點(diǎn)，最后調(diào)控發(fā)動機(jī)油門的數(shù)值，確保發(fā)動機(jī)在運(yùn)行過程中不會偏離最佳工作點(diǎn)，如此便可以實(shí)現(xiàn)全局的功率匹配。

三、結(jié)束語

綜上所述，由于工程機(jī)械呈多樣化發(fā)展趨勢，那么工程機(jī)械在使用中對環(huán)境產(chǎn)生的不良因素就更多，而環(huán)境問題已經(jīng)成為制約工程機(jī)械進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙。因此開發(fā)具有環(huán)保、節(jié)能性質(zhì)的工程機(jī)械產(chǎn)品很有必要，工程機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)要秉承與生態(tài)環(huán)境和諧相處的理念，而這一理念也將成為未來工程機(jī)械發(fā)展的主要方向。使工程機(jī)械設(shè)備符合目前環(huán)保節(jié)約型社會理念的具體方式有：減少發(fā)動機(jī)排放、增強(qiáng)液壓系統(tǒng)工作效率、減少噪音以及減震等等，而節(jié)能技術(shù)主要由液壓、控制兩個系統(tǒng)體現(xiàn)，所以也是節(jié)能技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵部分。

作者：安陽 葉兵 單位：貴陽永青儀電科技有限公司