【文章內(nèi)容簡介】 償閥；梭閥 圖 4 負荷傳感控制原理圖在液壓系統(tǒng)中，大多采用異步電動機驅(qū)動，異步電動機變頻調(diào)速效率高、調(diào)速性能好，在其他領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。同樣，在液壓系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速可取得的應(yīng)用效果，尤其在大功率間歇運動的調(diào)速系統(tǒng)中，其優(yōu)越性更為顯著。交流變頻調(diào)速液壓系統(tǒng)避免了節(jié)流損耗和溢流、泄荷損耗，并大大提高了原動機——異步電動效率，顯著改善功率因數(shù)，是其他液壓調(diào)速方式所無法比擬的。變頻調(diào)速液壓系統(tǒng)是利用變頻器改變泵的轉(zhuǎn)速，使泵的輸出流量與系統(tǒng)要求相適應(yīng)，它可以使溢流損失降至最低，從而有效地節(jié)約能源。變頻液壓調(diào)速系統(tǒng)的原理如圖 5 所示，系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速電動機、定量泵——定量馬達構(gòu)成。高壓安全閥防止系統(tǒng)過載，液壓馬達（Tf）給馬達加載，光電編碼器時刻檢測馬達轉(zhuǎn)速并反饋給控制器，形成閉環(huán)實時控制系統(tǒng)。 圖 5 變頻液壓調(diào)速系統(tǒng)原理圖 CPS恒壓系統(tǒng) 日本近年來開發(fā)了定壓力源系(CPSConstant Pressure System)和適用的液力平衡式(FFC—Fluid Force Couple)液壓彩馬達 [10]。幾家名牌汽車制造公司生產(chǎn)了 CPS 公交汽車，在東京等 3 個城市中運營，尾氣排放和燃油費用各降低了 20％以上。如圖 6 所示，CPS 能保證液壓源為恒定壓力，擴大了液壓技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。公交汽車需要頻繁地加速、減速和起動、停車，采用 CPS 傳動控制可以將剎車時的熱能損失作為運動能量回收、蓄積起來，在加速時利用。 l 一發(fā)動機 2 一能源 g／馬達 3 一單向閥 4 一壓力補償器 5 一飛輪泵／馬達 6 一聯(lián)軸器(B 型 CPS) 7 一飛輪 8 一蓄能器 9 一驅(qū)動泵／馬達 10 一車輪 圖 6 CPS 系統(tǒng) 負流量控制是液壓泵中的流量 隨控制壓力信號 的增大而減小，即控制油壓與流量成反qP比。負流量控制的基本原理如圖 7 所示?？刂茐毫π盘?由液壓泵的回油經(jīng)過負流量調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生，其油壓的變化即可控制主泵流量。當主閥回油量大時，控制油路的壓力升高，泵的流量即減小，反之，油的流量增大。即液壓泵帶有負流量控制，可實現(xiàn)當系統(tǒng)換向閥處于中位時，通過負流量控制閥產(chǎn)生反饋信號，傳送到主泵控制閥，主泵的流量隨壓力信號增大而減小，避免了傳統(tǒng)的液壓機械靠溢流閥的溢流控制方式，最大限度地減少功率的損失和系統(tǒng)發(fā)熱，當安裝了壓力切斷閥后其節(jié)能效果更為明顯。如圖 7 中閥 6 為切斷閥，當執(zhí)行元件運動到極限位置時，主泵輸出壓力接近主泵溢流壓力時，切斷閥執(zhí)行切斷功能以減小泵的排量，消除系統(tǒng)過載時的溢流損失。與傳統(tǒng)的控制方式相比，該系統(tǒng)具有能進行最大流量限制，可靠性和穩(wěn)定性好，節(jié)能效果明顯，系統(tǒng)響應(yīng)快，可維護性能好等特點。 2 主換向閥；溢流閥；節(jié)流閥； 切斷閥；變量活塞；主泵 圖 7 負流量控制原理圖第二章 液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計　降低壓力損耗的節(jié)能設(shè)計降低液壓系統(tǒng)壓力損耗的途徑主要應(yīng)從合理選擇控制類元件的類型、布局及連接形式等方面來考慮。圖 為采用內(nèi)控形式、中位卸載機能電液換向閥的液壓系統(tǒng)。圖中單向閥的作用為：① 提供換向閥所需最低控制壓力，一般為 ～1 Mpa；② 平衡垂直缸下落部分重力使空載下行動作平穩(wěn)。經(jīng)分析可知，上述作用只分別在換向動作瞬間和空載下行時才是必要的，在其余時間是壓力損耗，從節(jié)能的角度來看，這種為了滿足某一局部需求而增加系統(tǒng)額外損耗的設(shè)計是不合理的。圖 　液壓系統(tǒng)圖　　圖 為仍采用內(nèi)控形式電液換向閥的液壓系統(tǒng)，但沒有利用換向閥中位卸載機能而采用電磁溢流閥控制系統(tǒng)加載和卸載，取消了單向閥，避免了相應(yīng)的壓力損耗。在液壓缸有桿腔與換向閥間接入單向節(jié)流閥，通過調(diào)整節(jié)流閥開度獲得液壓缸空載下行平穩(wěn)所需的背壓，避免了其他運行狀態(tài)的壓力損耗。采用單向節(jié)流閥的原因是：① 調(diào)節(jié)范圍大，可避免平衡閥控制壓力選擇不當帶來的弊端；② 當采用變量泵系統(tǒng)時可獲得更好的節(jié)能效果。因平衡閥提供的是固定背壓，而節(jié)流閥提供的背壓與流量有關(guān)，當因負載的增加，系統(tǒng)壓力增高至泵變量狀態(tài)時，實際上已無需以背壓來保持液壓缸下行的平穩(wěn)性，節(jié)流閥與流量同步減小的背壓更接近于符合這一要求，所以比采用平衡閥更合理。圖 　液壓系統(tǒng)圖　　在圖 或圖 所示系統(tǒng)中，換向閥與液壓缸油口應(yīng)選擇合理的匹配方案。因換向閥內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的差異，各油口間具有不同的壓降特性，國外產(chǎn)品大多提供這類特性曲線。對于一般油口非對稱設(shè)置的較大通徑的換向閥，其 A－T 油口壓降小于 B－T 油口壓降。對上述系統(tǒng)而言，因液壓缸無桿腔排量大于有桿腔排量，故應(yīng)將液壓缸無桿腔與換向閥 A 口連接，有桿腔與換向閥 B 口連接，以降低壓力損耗。對于系統(tǒng)實際排量接近或短時間大于換向閥額定排量時，這種選擇尤為必需，所降低的壓力損耗可從閥的流量特性曲線查出。小通徑換向閥也存在這類油口選擇問題，但一般影響較小。這也是設(shè)計者容易忽視的問題。　　當系統(tǒng)需要流量接近或相同而壓力不同的多種功能要求時，應(yīng)盡可能采用多級恒壓泵或由先導式溢流閥、小通徑換向閥、遠程調(diào)壓閥或疊加式溢流閥組合控制的多級壓力系統(tǒng)，避免采用減壓閥獲得相應(yīng)壓力，以降低壓力損耗?！　∫簤合到y(tǒng)的管路和過濾器配置不當也會造成過高的壓力損耗，應(yīng)根據(jù)具體情況合理確定所需規(guī)格?！〗档土髁繐p耗的節(jié)能設(shè)計降低液壓系統(tǒng)流量損耗的途徑主要應(yīng)從合理選擇動力源類型方面來考慮，也就是選擇與負載要求的壓力流量特性盡可能適應(yīng)的液壓泵?！　τ谝髩毫咏蛳嗤?，流量變化較大的液壓系統(tǒng)，如節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、泵保壓系統(tǒng)、要求快速響應(yīng)的中位常閉換向閥系統(tǒng)、蓄能器系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和電液比例換向閥系統(tǒng)等，一般應(yīng)采用恒壓變量泵作為動力源，避免采用定量泵溢流閥系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，以降低溢流或旁流流量損耗。恒壓變量泵的主要特征是：在系統(tǒng)壓力達到泵的設(shè)定壓力前為定量泵特性；達到設(shè)定壓力時，泵的流量隨負載需要自動調(diào)整；無負載時，泵的流量自動降至 0，但其輸出壓力維持恒定。由于沒有多余的流量損耗，故在上述液壓系統(tǒng)中能取得良好的節(jié)能效果。　　對于功率較大、負載緩慢增加且有較長保壓時間要求的系統(tǒng)，也可采用恒壓恒功率變量泵。上述兩種泵的壓力流量輸出特性見圖 3。圖 3　壓力流量輸出特性曲線　　對于要求分別具有不同壓力、不同流量的多執(zhí)行器系統(tǒng)，可采用雙壓、雙流量恒壓變量泵或負載傳感變量泵。雙壓、雙流量恒壓變量泵的輸出特性可調(diào)整為相當于 2 臺不同壓力、不同流量的恒壓變量泵，利用泵上附設(shè)的電磁閥來轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，適合于雙執(zhí)行器系統(tǒng)。負載傳感變量泵的輸出特性為：在泵的額定壓力和流量范圍內(nèi)，其實際輸出壓力和流量能同時隨負載需要自動調(diào)整；無負載時，泵的流量自動降至 0，且輸出壓力較低，適合于多執(zhí)行器系統(tǒng)。由于上述 2 種泵能同時降低壓力和流量損耗，故具有更好的節(jié)能效果?！　∩鲜龆鄨?zhí)行器系統(tǒng)也可采用電液比例恒壓變量泵，但這種泵及控制系統(tǒng)的成本較高，主要適用于計算機控制的液壓系統(tǒng)?！　「綆е赋觯瑢τ诹懔髁繒r輸出壓力較高的各種恒壓變量泵，一般仍需設(shè)置卸載回路，因這類泵在高壓零流量時的功率損耗和磨損均大于零壓全流量時的功率損耗和磨損?！　￡P(guān)于各種恒壓變量泵的原理、性能和選用，文獻［2］有詳細的論述。濟南 7313 工廠可提供大部分品種的國產(chǎn)化產(chǎn)品，價格比進口產(chǎn)品低得多。　降低電機損耗的節(jié)能設(shè)計　　三相異步電機是液壓系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的原動機，電機的節(jié)能途徑主要應(yīng)從降低空載或輕載運行時的損耗來達到?！　「鶕?jù)電機原理，額定功率為 Δ 接法的三相異步電機在低于臨界負載率運行時轉(zhuǎn)換成 Y 接法運行，可降低損耗和提高功率因數(shù)。一般電機的臨界負載率約為 ，即電機實際負載功率在額定功率的 倍以下運行時采用 Y 接法具有節(jié)能效果。　　一般液壓系統(tǒng)的空載或輕載運行狀態(tài)在時間上占一定比例。顯然，只要在系統(tǒng)需輸出較大功率時提供相應(yīng)的控制信號，使電機接成 Δ 接法運行，在系統(tǒng)卸載或輕載狀態(tài)時使電機接成 Y接法運行，就能實現(xiàn)上述節(jié)能要求?！　D 為電機 YΔ 自動轉(zhuǎn)換運行控制電路，圖中 K1K12 為運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)信開關(guān)。電機起動時為 Y 接法，當要求系統(tǒng)在達到一定壓力電機轉(zhuǎn)換成 Δ 接法運行時，K1 可采用壓力繼電器；當要求系統(tǒng)在執(zhí)行某一動作電機轉(zhuǎn)換成 Δ 接法運行時，K1 可直接利用該動作執(zhí)行電器的一組觸點來聯(lián)鎖控制；當要求系統(tǒng)在執(zhí)行某一動作到達某一位置(行程)電機轉(zhuǎn)換成 Δ 接法運行時，K1 可采用檢測該位置的行程開關(guān)所控制的繼電器的一組觸點；亦可采用其他速度、流量信號來控制轉(zhuǎn)換。但對于負載壓力不穩(wěn)定的系統(tǒng)不宜采用壓力繼電器控制形式。圖 　電機 YΔ 自動轉(zhuǎn)換運行控制電路　　上述轉(zhuǎn)換壓力可根據(jù)電機的臨界負載功率、系統(tǒng)流量來計算得到?！　‘斚到y(tǒng)需要功率較小的其他動作時，應(yīng)盡可能將所需功率限制在電機的臨界負載功率內(nèi)，以便電機運行在 Y 接法狀態(tài)?！　嵺`證明，通過分析系統(tǒng)的各種實際功能要求，從節(jié)能的角度比較各種控制回路的優(yōu)劣，合理選擇動力源類型，能找到更多的節(jié)能途徑。第三章 液壓系統(tǒng)元件的節(jié)能油液的泄漏可分為外泄漏和內(nèi)泄漏，外泄漏主要是指液壓油從系統(tǒng)泄漏到環(huán)境中，內(nèi)泄漏是指由于高低壓側(cè)的壓力差的存在以及密封件失效等原因，使液壓油在系統(tǒng)內(nèi)部由高壓側(cè)流向低壓側(cè)。外泄漏人們可以直接觀察到并予以重視和處理，內(nèi)泄漏往往易被忽視。防止泄漏需要不斷改進密封材質(zhì)，推廣應(yīng)用各種兼容性好且抗磨的密封材料，采用無外泄漏密封結(jié)構(gòu)和密封系統(tǒng)，將泄漏量控制在最低限度內(nèi)。此外，需重視元件的加工、裝配、保管各個環(huán)節(jié)，提高加工水平以提高閥類元件通道內(nèi)表面的光潔度和精度，在裝配、保管過程中注意防塵、清洗去毛刺等，對精密零件還應(yīng)注意包裝、防碰、防潮，減少內(nèi)摩擦、發(fā)熱和內(nèi)泄漏。 控制泄漏的主要措施有： （1） 采用間隙補償。內(nèi)泄漏量與間隙關(guān)系的計算公式為： LgpdQ23)(1540????，由此可見，內(nèi)泄漏量與間隙厚度的立方成正比，減小間隙能顯著減少內(nèi)泄漏量由于油膜潤滑和零件的加工工藝及熱脹冷縮等因素必須保證一定的間隙，因此液壓元件間隙密封的首要問題是控制間隙的大小。（2）考慮制造和裝配因素，減小泄漏。 嚴格控制配合零件表面的加工質(zhì)量，使配合表面幾何形狀誤差、表面粗糙度符合標準。裝配前應(yīng)對零件進行仔細檢查，嚴格清洗，并按裝配工藝要求進行裝配，杜絕因裝配引起的泄漏。（3）合理選擇液壓油。液壓油作為液壓傳動的介質(zhì)，它的黏度隨溫度，壓力，剪切速度等條件的變化而變化。若液壓油的潤滑性、腐蝕性以及剪切安定性差，會導致粘附在活塞桿上的油液有可能被過量擠出造成活塞桿外伸時帶出的油液層增厚，加劇滲油現(xiàn)象。此時在油液的選用方面，安裝形式 連接方式 優(yōu)點 缺點 應(yīng)用于發(fā)展通過管子、管接頭和法蘭組裝連接簡單，布局方便，容易查找故障原因不緊湊、容易產(chǎn)生振動、噪聲和泄漏，維修不方便小流量一般使用螺紋管，大流量的則是用法蘭連接，這種連接方式不太多見管式連接 屏面式管式安裝按需組成各種系統(tǒng)，元件集中整齊，連接牢固，密封性好配管工作量和安裝空間均較大將液壓閥安裝在座板上，再通過座板上螺紋孔，用管子、管接頭連接每個板式閥配備一塊連接板（座板由閥的生產(chǎn)廠供應(yīng)）油路板安裝結(jié)構(gòu)緊湊，閥間通道短，動作反應(yīng)快。壓力損失、振動、漏油均較少油路板按某個液壓系統(tǒng)專門設(shè)計，不便于系統(tǒng)的改進這種連接是將液壓閥集中安裝在油路板上，元件之間的油路通道是通過預先設(shè)計加工的孔來連接的板式連接油路集成塊安裝油路壓力損失小、系統(tǒng)振動與漏油小、易實現(xiàn)三化。便于批量生產(chǎn)但是整體較重，設(shè)計工作量大，加工工藝復雜，不能隨意修改系統(tǒng)這種連接是將閥固定在油路集成塊的前面、右面和背面，集成塊左面安裝接頭用來連接執(zhí)行機構(gòu)標準化的疊加閥互相直接連接而成系統(tǒng)更簡單、集中、緊湊、組裝靈活，便于油路改進閥間局部損失距離較近，易使局部損失呈幾何倍增加閥體做成標準尺寸的長方形，使用時將元件在座板上疊積，然后用拉桿緊固疊加式集成連接將插裝閥直接插入布有孔道的閥塊的插座孔中，構(gòu)成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強、性能可靠、流動阻力小、控制方式靈活等閥間局部損失距離較近，易使局部損失呈幾何倍增加根據(jù)閥的不同功能由閥芯、閥套等構(gòu)成的組件（插入件）插入專用的閥塊孔內(nèi)，配以蓋板、先導閥組成不同要求的液壓回路應(yīng)選擇運動粘度 C)40~5(/107~3o2sm??）（， ）） C85~40(/12.~(o2sm?的液壓油。（4）正確的密封。密封防漏主要從密封件材料和形式兩方面考慮。密封材料一般應(yīng)具有耐腐蝕性高、耐磨性好、不易老化、工作壽命長等特點[8]。對密封形式應(yīng)綜合考慮密封部位的尺寸結(jié)構(gòu)和對偶件運動性質(zhì)、密封的工件條件、密封的性能等幾方面。此外還應(yīng)考慮考慮工藝成本，如密封件的價格、安裝和維修費用等。在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中，不但要實現(xiàn)其拖動與調(diào)節(jié)功能，還要 盡可能地利用能量，達到高效、可靠運行的目的。液壓系統(tǒng)的功率 損失會使系統(tǒng)的總效率下降、油溫升高、油液變質(zhì)，導致液壓設(shè)備發(fā)生故障。因此，設(shè)計液壓系統(tǒng)時必須多途徑地考慮降低系統(tǒng)的 功率損失。 幾種控制回路的功率損失 選用傳動效率較高的液壓回路和適當?shù)恼{(diào)速方式 目前普遍使用著的定量泵節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，其效率較低()， 這是因為定量泵與油缸的效率分別為 85%與 95%左右，方向閥及管路等損失約為 5%左右。所以