工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能分析 第一次

1、目錄第一章 前言2第二章 液壓系統(tǒng)的組成及其作用2第三章 液壓系統(tǒng)的原理4第四章 液壓系統(tǒng)的歷史6第五章 液壓系統(tǒng)節(jié)能的重要性8第六章 機械液壓系統(tǒng)節(jié)能措施106.1 目前國內(nèi)外工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能措施106.1.1 流量控制措施106.1.2 負荷傳感控制措施116.1.3 油泵功率控制措施146.1.4 機、電、液一體控制措施156.1.5 蓄能器緩沖吸能措施156.1.6 發(fā)動機無負荷起動措施16第七章 機械液壓系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展趨勢177.1新型環(huán)保型材料的利用1871.1盡量采用能再生利用的材料和資源187.1.2長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計原則187.1.3盡量采用低環(huán)境負荷材料18

2、7.1.4 廢棄零部件處理的污染最小化及綜合成本最優(yōu)化197.2新技術(shù)的應(yīng)用197.2.1機電液一體化控制197.2.2 柴油機電噴控制207.2.3 負荷傳感控制207.2.4 多路閥多方式組合控制217.2.5油泵多功能組合控制217.2.6油泵與發(fā)動機功率匹配智能化控制217.2.7 CAN總線控制22參考文獻：23工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能措施及發(fā)展趨勢摘要：闡述了工程機械液壓系統(tǒng)的工作原理、組成及作用。分析了目前機械液壓系統(tǒng)的節(jié)能措施，及液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：機械；液壓系統(tǒng)；節(jié)能；第一章 前言 隨著工程機械品種和數(shù)量的不斷增加，大量工程機械所消耗的資源、排放的污染物以及施工中產(chǎn) 生

3、的噪聲、 粉塵對環(huán)境產(chǎn)生了難以估計的影響，環(huán)境已成為阻礙工程機械發(fā)展的新因素。工程機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造要考慮適應(yīng)環(huán)境生態(tài)發(fā)展的要 求，開發(fā)研制環(huán)保、 節(jié)能型產(chǎn)品是今后工程機械發(fā)展的趨勢，研究工程機械的節(jié)能技術(shù)具有重要的實際意義。本文主要介紹了目前工程機械液壓系統(tǒng)的幾種節(jié)能技術(shù)及其發(fā)展趨勢。第二章 液壓系統(tǒng)的組成及其作用定義:液壓系統(tǒng)的作用為通過改變壓強增大作用力。一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、無件和液壓油。  動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞

4、泵，它們的性能比較如圖1-1所示。  執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動。  控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例?？刂崎y。  輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位

5、油溫計等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。  表1 各種液壓泵性能比較項目齒輪泵（外嚙合）葉片泵斜軸式柱塞泵斜盤式柱塞泵排量cm3/r1-500平衡式1-350不平衡式10-230100-10004-500最高壓力(MPa)1-25平衡式3.5-40 不平衡式3.5-1421-4021-40最高轉(zhuǎn)速r/min900-4000平衡式1200-3000不平衡式1200-1800750-3600750-3600最高效率(%)70-85平衡式70-90 不平衡式60-7088-9585-92對污染敏感性不易受污染影響，隨著齒輪的磨損，效率有所

6、降低對污染較敏感，葉片磨損時，效率降低到很小對污染最敏感，配流盤受損傷時效率降低對污染的斜軸式高， 配流盤滑靴磨損時 效率降低吸油性能轉(zhuǎn)速為1800r/min 時，允許吸入真空度為-26664.4-54328.8Pa(-20-40cmHg)轉(zhuǎn)速為1800r/min 時，允許吸入真空度為-13332.2-26664.4Pa(-10-20cmHg)轉(zhuǎn)速為1800r/min 時，允許吸入真空度為-3.9997-0Pa(-3-0cmHg)同軸斜式柱塞泵噪聲(dB)額定轉(zhuǎn)速300r/min時，噪聲83dB額定轉(zhuǎn)速1450-2400r/min時，噪聲76dB額定轉(zhuǎn)速1450-2400r/min時，噪聲87

7、dB額定轉(zhuǎn)速1450-2400r/min時，噪聲77d B對過濾精度要求30-50m20-30m15-25m15-25m易出故障的部位內(nèi)部摩擦副；支承軸套端面、齒輪及軸頸磨損，引起橡膠密封損壞、泵體內(nèi)孔及兩側(cè)板磨損配油盤三角槽極易堵塞，污染物侵入摩擦副，發(fā)生異常磨損連桿組件磨損或卡殆，應(yīng)注意油液清潔和吸油通暢，易出現(xiàn)突發(fā)性故障連桿球頭從驅(qū)動軸球窩中脫出，功率調(diào)節(jié)彈簧失效，兩對摩擦副磨損所有變量泵的變量 機構(gòu)，三對摩擦副磨 損液壓系統(tǒng)有許多突出的優(yōu)點，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如一般工。業(yè)用的塑料加工機械、壓力機械、機床等；行走機械中的工程機械、建筑機械、農(nóng)業(yè)機械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機械、提升

8、裝置、軋輥調(diào)整裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推進器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。第三章 液壓系統(tǒng)的原理液壓系統(tǒng)是由兩個大小不同的液缸組成的（如圖2），在液缸里充滿水或油。充水的叫“水壓機”；充油的稱“油壓機”。兩個液缸里各有一個可以滑動的活塞，如果在小活塞上加一定值的壓力，根據(jù)帕斯卡定律，小活塞將這一壓力通過液體的壓強傳遞給大活塞，將大活塞頂上去

9、。設(shè)小活塞的橫截面積是S1，加在小活塞上的向下的壓力是F1。于是，小活塞對液體的壓強為P=F1/SI, 能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞”。大活塞所受到的壓強必然也等于P。若大活塞的橫截面積是S2，壓強P在大活塞上所產(chǎn)生的向上的壓力F2=PxS2截面積是小活塞橫截面積的倍數(shù)。從上式知，在小活塞上加一較小的力，則在大活塞上會得到很大的力，為此用液壓機來壓制膠合板、榨油、提取重物、鍛壓鋼材等。圖2液壓傳動又稱為容積式液壓傳動,是用液體作為介質(zhì),利用液體的壓力能和動能來傳遞能量和進行控制的傳動裝置.通常把剩用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液體介質(zhì)稱為液壓油。液壓傳動元件體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,容液壓

10、傳動又稱為容積式液壓傳動,是用液體作為介質(zhì),利用液體的壓力能和動能來傳遞能量和進行控制的傳動裝置.通常把剩用液體壓力能的液壓系統(tǒng)使用的液體介質(zhì)稱為液壓油。 液壓傳動元件體積小,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊,容易進行無級調(diào)速和容易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,系統(tǒng)化,通用化.所以廣泛應(yīng)用于冶金機械,工程機械,礦山機械,農(nóng)業(yè)機械,汽車,船舶,飛機等.液壓系統(tǒng)雖然多種多樣,但從能量轉(zhuǎn)換的角度來看,它們的工作原理和組成基本相同。 典型的液壓系統(tǒng)包括液壓泵,液壓油的油箱,定向控制閥,流量控制閥,工作汽缸,柱塞閥和減壓閥.液壓系統(tǒng)中常用的三種典型液壓泵為齒輪泵,葉片泵和軸向往返泵.動力元件油泵是液體系統(tǒng)的心臟.液壓泵的操縱元件（包括流

11、量閥,溢流閥,方向閥,比例閥等）用來控制和調(diào)節(jié)液流的壓力。流量及方向,以滿足設(shè)備工作性能的要求,并實現(xiàn)各種不同的工作循環(huán),執(zhí)行元件把液體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,從而帶動機構(gòu)運動。 易進行無級調(diào)速和容易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,系統(tǒng)化,通用化.所以廣泛應(yīng)用于冶金機械,工程機械,礦山機械,農(nóng)業(yè)機械,汽車,船舶,飛機等.液壓系統(tǒng)雖然多種多樣,但從能量轉(zhuǎn)換的角度來看,它們的工作原理和組成基本相同。 第四章 液壓系統(tǒng)的歷史液壓系統(tǒng)和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。1795年英國約瑟夫·布拉(JosephBraman,1749-1814)，在倫敦用水作

12、為工作介質(zhì),以水壓機的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質(zhì)水改為油,又進一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn) (1914-1918)后液壓傳動廣泛應(yīng)用,特別是1920年以后,發(fā)展更為迅速。液壓元件大約在 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初的20年間,才開始進入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年威克斯 (F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動 的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì)初康斯坦丁·尼斯克(G·Constantimsco)對能量波動傳遞所進行的理論及實際研究;1910年對液力傳動(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的貢獻，使這兩方

13、面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國機床中有30%應(yīng)用了液壓傳動。應(yīng)該指出,日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了近 20 多年。在 1955 年前后 , 日本迅速發(fā)展液壓傳動,1956 年成立了“液壓工業(yè)會”。近2030 年間，日本液壓傳動發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。邱興華在研究國外的液壓技術(shù)發(fā)展時，總結(jié)出在本世紀(jì)近二、三十年來，由于新的工程領(lǐng)域的開拓，對液壓元件及系統(tǒng)在應(yīng)用范圍及技術(shù)性能方面都提出了更高的要求?？梢哉f，這一段時期是國外液壓技術(shù)處于世界第四次產(chǎn)業(yè)革命時期，大體可分為： (1)高速發(fā)展時期(19591970)，主要發(fā)展高性能元件，實現(xiàn)高壓高速化。 (2)

14、重視環(huán)保時期(19711977)，高壓高速化會帶來工業(yè)噪音公害，要進一步改進元件、系統(tǒng)性能，實現(xiàn)低噪音化。 (3)重視可靠性的時期(19751980)，油的污染將直接影響元件 系統(tǒng)的可靠性，要對污染進行監(jiān)測、維護，以提高可靠性和壽命。 (4)重視節(jié)省資源、能源的時期(1980至今)，隨著石油資源開發(fā)的減少和能源價格的上升，應(yīng)使用高水基介質(zhì)代替液壓油，并設(shè)計使用低能耗系統(tǒng)。 (5)機電液一體化時期(198O至今)，使液壓裝置結(jié)合電子技術(shù)，組成高性能的機電液集成式元、部件，使主機實現(xiàn)高效自動化控制。 無論是從時間上劃分，還是依據(jù)國外液壓技術(shù)的發(fā)展形勢來研究液壓設(shè)備系統(tǒng)的發(fā)展歷程，當(dāng)中我們都可以看到

15、液壓設(shè)備系統(tǒng)不僅有著悠久的歷史，而且它的發(fā)展勢頭如雨后春筍，銳不可當(dāng)。在21世紀(jì)的今天，液壓技術(shù)的發(fā)展也是非常迅猛的。尤其在電子技術(shù)、微機控制日益發(fā)展的今天，液壓技術(shù)已迅速滲入到各個學(xué)科領(lǐng)域。第五章 液壓系統(tǒng)節(jié)能的重要性眾所周知，能量會互相轉(zhuǎn)換的，而把這個知識運用到液壓系統(tǒng)上解釋液壓系統(tǒng)的功率損失是最好不過了，液壓系統(tǒng)功率一方面會造成能量上的損失，使系統(tǒng)的總效率下降，另一方面，損失掉的這一部分能量將會轉(zhuǎn)變成熱能，使液壓油的溫度升高，油液變質(zhì)， 導(dǎo)致液壓設(shè)備出現(xiàn)故障。因此，設(shè)計液壓系統(tǒng)時，在滿足使用要求的前提下，還應(yīng)充分考慮降低系統(tǒng)的功率損失。第一，從動力源泵的方面來考慮，考慮到執(zhí)行器工作狀況的

16、多樣化，有時系統(tǒng)需要大流量，低壓力；有時又需要小流量，高壓力。所以選擇限壓式變量泵為宜，因為這種類型 的泵的流量隨系統(tǒng)壓力的變化而變化。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時，流量比較大，能滿足執(zhí)行器的快速行程。當(dāng)系統(tǒng)壓力提高時流量又相應(yīng)減小，能滿足執(zhí)行器的工作行程。這樣既能滿足 執(zhí)行器的工作要求，又能使功率的消耗比較合理。第二，液壓油流經(jīng)各類液壓閥時不可避免的存在著壓力損失和流量損失，這一部分的能量損失在全部能量損失中占有較大的比重。因此，合理選擇液壓器，調(diào)整壓力閥的壓力也是 降低功率損失的一個重要方面。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍選取并保證其最小穩(wěn)定流量能滿足使用要求，壓力閥的壓力在滿足液壓設(shè)備正常工作的情況下，

17、盡量取較低的壓力。第三，如果執(zhí)行器具有調(diào)速的要求，那么在選擇調(diào)速回路時，既要滿足調(diào)速的要求，又要盡量減少功率損失。常見的調(diào)速回路主要有：節(jié)流調(diào)速回路，容積調(diào)速回路，容積節(jié)流調(diào) 速回路。其中節(jié)流調(diào)速回路的功率損失大，低速穩(wěn)定性好。而容積調(diào)速回路既無溢流損失，也無節(jié)流損失，效率高，但低速穩(wěn)定性差。如果要同時滿足兩方面的要求，可采用差壓 式變量泵和節(jié)流閥組成的容積節(jié)流調(diào)速回路，并使節(jié)流閥兩端的壓力差盡量小，以減小壓力損失。第四，合理選擇液壓油。液壓油在管路中流動時，將呈現(xiàn)出黏性，而黏性過高時，將產(chǎn)生較大的內(nèi)摩擦力，造成油液發(fā)熱，同時增加油液流動時的阻力。當(dāng)黏性過低時，易造成泄 漏，將降低系統(tǒng)容積效率

18、，因此，一般選擇黏度適宜且黏溫特性比較好的油液。另外，當(dāng)油液在管路中流動時，還存在著沿程壓力損失和局部壓力損失，因此設(shè)計管路時盡量縮短 管道，同時減少彎管。液壓元件是構(gòu)成液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展與應(yīng)用直接改變液壓技術(shù)。經(jīng)過了多年的發(fā)展，液壓元件也不斷更新，不斷改變，不斷取得新的成果。近幾年，液壓元件的小型化、模塊化、節(jié)能化、環(huán)?；榷加辛撕艽蟮母倪M。元件的小型化，如電磁閥的驅(qū)動功率逐漸減小，從而適應(yīng)電子器件的直接控制，同時也節(jié)省了能耗。元件的功能日益復(fù)合，如螺紋捅裝閥的大量運用，使系統(tǒng)的功能拓展更靈活。特別是新材料的應(yīng)用和非礦物油介質(zhì)元件的研究開發(fā)，新材料如陶瓷技術(shù)的使用是與非礦物油介質(zhì)元件的

19、要求及提高摩擦副的壽命聯(lián)系在一起的。新型磁性材料的運用是與電磁閥、比例閥的性能提高結(jié)合在一起的。由于磁通密度的提高，可以使閥的推力更大，其直接作用便是閥的控制流量更大，響應(yīng)更快，工作更可靠第六章 機械液壓系統(tǒng)節(jié)能措施 現(xiàn)在工程機械上應(yīng)用的液壓系統(tǒng)采用的是融入自動控制、計算機、微電子及新材料、新工藝等的全新的液壓傳動技術(shù),使液壓系統(tǒng)能較方便地實施節(jié)能控制。節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用不僅提高燃油利用率,更重要的意義在于能降低使用成本、減輕勞動強度、提高工作效率等整機質(zhì)量的全面提高。6.1 目前國內(nèi)外工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能措施工程機械液壓系統(tǒng)由于工作條件惡劣,載荷變化大,通常會造成較大的能量損失。其損失主要包

20、括:發(fā)動機與油泵功率匹配不合理而造成的能量損失; 液壓油流經(jīng)控制閥中位時的空負荷回油流量壓力損失; 超載時的溢流損失; 液壓油流經(jīng)管路的壓力損失。要使工程機械液壓系統(tǒng)減少能量損失,實現(xiàn)智能控制,達到節(jié)能效果,首先應(yīng)從發(fā)動機與油泵的功率匹配著手,盡量減少流量損失,降低系統(tǒng)壓力損失,以達到在任何工作狀況下功率利用率最佳。6.1.1 流量控制措施在液壓系統(tǒng)中,當(dāng)主控多路閥置于中位時,油泵輸出流量最小,當(dāng)工作裝置需要流量時,油泵輸出流量與其相匹配,避免多余流量超載溢流,以減少流量損失。如日本小松PC - 5 型挖掘機采用開式中心負荷傳感系統(tǒng)(見圖3) ,該系統(tǒng)是在主控多路閥回油路設(shè)置節(jié)流傳感閥,由該閥

21、產(chǎn)生的壓差控制反向控制閥,使油泵流量大小實現(xiàn)按需變化。當(dāng)主控多路閥閥芯在中位(不工作) 、節(jié)流傳感閥的壓差( Pe - Pm ) 達到最大時,作用在反向控制閥左側(cè)Pe 與反向控制閥輸出壓力Pi 之和大于作用在反向控制閥右側(cè)Pm 與反向控制閥彈簧力之和, 結(jié)果反向控制閥閥芯滑動,使反向控制閥輸出壓力Pi減到最小,主泵排量也減到最小。圖3開式中心負荷傳感系統(tǒng)當(dāng)主控多路閥閥芯移動(工作) ,節(jié)流傳感閥的壓差( Pe - Pm) 減小時,作用在反向控制閥左側(cè)Pe 與反向控制閥輸出壓力Pi 之和小于作用在反向控制閥右側(cè)Pm 與反向控制閥彈簧力之和,結(jié)果反向控制閥閥芯滑動,使反向控制閥輸出壓力Pi 增加,

22、主油泵排量隨操縱主控多路閥閥芯移動行程的增加而增加。6.1.2 負荷傳感控制措施負荷傳感控制技術(shù)不受負荷壓力變化和油泵流量變化的影響,能按人為設(shè)定的特點自適應(yīng)。負荷傳感控制液壓系統(tǒng)中有定量、變量泵系統(tǒng)之分。起負荷傳感作用的壓力補償閥布置位置有: 油泵與操縱閥之間; 操縱閥與執(zhí)行器之間; 執(zhí)行器和回油路之間。壓力補償閥的布置位置不同,其控制精度及性能也有所變化,但均能實現(xiàn)流量按需提供,有效地實現(xiàn)節(jié)能。如小松PC - 6 型挖掘機液壓系統(tǒng)(見圖4) 和力士樂公司提供的由M4 系列多路閥組成的控制系統(tǒng)(見圖5) 為流量與負載壓力無關(guān)(LS) 的負荷傳感控制系統(tǒng),其負荷傳感控制壓力補償閥布置在泵與操縱

23、閥之間。把壓力補償閥布置在油泵與操縱閥之間,利用壓力補償閥的壓差,控制油泵排量控制機構(gòu),使油泵能按需輸出流量,減少流量損失,達到節(jié)能的目的,其最大優(yōu)點是可以實現(xiàn)多機構(gòu)復(fù)合動作,不受負荷大小的影響。但在總流量欠飽和的情況下(需要的總流量大于油泵輸出的總流量) ,多機構(gòu)復(fù)合動作時,優(yōu)先滿足低負荷動作,高負荷與低負荷的機構(gòu)不能同時動作。圖4 PC- 6 型挖掘機LS 控制圖5 M4 多路閥LS 控制系統(tǒng)力士樂公司提供的由M6 和M7 系列多路閥組成的控制系統(tǒng)為與負載壓力無關(guān)流量分配(LUDV)的負荷傳感控制系統(tǒng)(見圖6) ,其負荷傳感控制壓力補償閥布置在操縱閥與執(zhí)行器之間,可組成定量泵和變量泵控制系

24、統(tǒng),在總流量欠飽和的情況下,各執(zhí)行機構(gòu)也能按比例關(guān)系分配,高負荷與低負荷的機構(gòu)能同時動作。圖6 M6 和M7 系列多路閥LUDV控制系統(tǒng)東芝IB 系列多路閥中壓力補償閥布置在操縱閥的回油路上(見圖7) 。把壓力補償閥布置在操縱閥的回油路上的優(yōu)點是可以利用壓力補償閥的節(jié)流補償作用,防止因重力作用過快下降或產(chǎn)生真空,在油路上設(shè)置單向閥可利用重力組成再生回路。圖7 東芝IB系列多路閥控制回路6.1.3 油泵功率控制措施油泵功率控制是動力在滿足工況要求下,盡量使發(fā)動機在允許的功率范圍內(nèi)工作,其控制方法: 恒功率控制; 功率分級控制; 工況功率控制。如小松PC - 6 型挖掘機油泵功率控制方式(見圖8)

25、 既有恒功率控制,又有功率分級控制,一般分功率調(diào)定為總功率的85 %、68 %左右。韓國大宇DH - 型挖掘機油泵功率控制嵌入挖掘、裝車、提升等作業(yè)模式。油泵的輸出功率及流量受油泵控制器的電流控制。指令電流的大小取決于作業(yè)內(nèi)容、方式。PC 電液控制閥接受指令電流,指令電流的大小可改變油泵伺服活塞的推力,伺服活塞的運動使油泵的輸出功率及流量按需提供。圖8 功率控制方式6.1.4 機、電、液一體控制措施工程機械的設(shè)計與開發(fā)在降低能耗、延長使用壽命、提高作業(yè)性能等方面已被高度重視,采用機、電、液一體控制技術(shù)已較普遍,在挖掘機行業(yè)更為特殊。如神鋼SK - 6 型挖掘機,操作采用電腦模糊控制技術(shù),發(fā)動機

26、采用全功率控制( ESS) 系統(tǒng),作業(yè)采用智能控制( ITCS) 系統(tǒng)。作業(yè)過程中可以隨時監(jiān)控操縱的動作,自動調(diào)整油泵流量,并控制發(fā)動機輸出功率,從而實現(xiàn)燃耗低、作業(yè)率高和性能好。目前,挖掘機都裝有微型計算機控制器,由控制器接收發(fā)動機及其他信號參數(shù)。通過傳感器及開關(guān)發(fā)出電子信號,由主控制器接收經(jīng)處理后送到各執(zhí)行機構(gòu)(如電機、電磁閥) ,目的是為了更好地控制發(fā)動機、油泵和液壓閥。通常方法是: 發(fā)動機由主控制器向調(diào)速電機發(fā)出電子控制信號,使調(diào)速電機轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度,通過調(diào)整連桿使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速隨信號高低而變化。油泵由壓力調(diào)節(jié)器控制,使主泵的排量控制在發(fā)動機允許的功率范圍內(nèi)。 液壓系統(tǒng)由壓力傳感器發(fā)出電

27、子信號,通過電磁閥控制各分系統(tǒng)。日立EX - 5 型挖掘機控制系統(tǒng)(見圖9) 以主控制器為中心,將各種信號傳送到主控制器,由主控制器發(fā)出執(zhí)行信號,采用機、電、液一體控制技術(shù)大幅提高了整機性能。圖9 EX- 5 型挖掘機控制系統(tǒng)簡圖6.1.5 蓄能器緩沖吸能措施蓄能器緩沖吸能在較大型工程機械油泵、油馬達組成的閉式回路中采用較普遍,如挖掘機的平臺回轉(zhuǎn)、輪胎式機械行駛和其他運動較頻繁的循環(huán)作業(yè)系統(tǒng),工作時系統(tǒng)壓力沖擊、制動功率損失較大。為了克服這些缺點,在系統(tǒng)中設(shè)置合適的蓄能器能有效回收制動能量,并減少制動壓力沖擊,使回轉(zhuǎn)作業(yè)平穩(wěn),其方法如圖10 所示。該系統(tǒng)由油泵、油馬達和蓄能器組成閉式回路,工作

28、時由油馬達帶動的機構(gòu)產(chǎn)生的制動慣性依靠蓄能器能有效吸收,采取一些措施也可將吸收的能量釋放或回收利用。圖10 油泵、油馬達和蓄能器組成的系統(tǒng)6.1.6 發(fā)動機無負荷起動措施工程機械及其他機械使用液壓傳動技術(shù)其傳動方式多數(shù)采用由發(fā)動機直接驅(qū)動液壓油泵,該驅(qū)動方式簡單方便、經(jīng)濟可靠。但因發(fā)動機直接驅(qū)動液壓油泵,發(fā)動機的起動往往困難。發(fā)動機一轉(zhuǎn)動,液壓油泵輸出就具有部分負荷或滿負荷。為解決發(fā)動機帶負荷起動的問題,多數(shù)采取加大起動馬達的動力。加大起動馬達的動力有助于對發(fā)動機的起動,但對電瓶的容量又帶來問題。電瓶的容量不足,發(fā)動機無法起動,尤其是在低溫環(huán)境下,更無法起動，甚至?xí)龎钠饎玉R達,影響機械有效作

29、業(yè)率,提高了使用成本。發(fā)動機無負荷起動裝置(見圖11) 主要由發(fā)動機、起動馬達、起動開關(guān)、延時開關(guān)、油泵、電動卸荷閥等元件組成。起動裝置中起動馬達和延時開關(guān)并聯(lián)連接于起動開關(guān),起動馬達和延時開關(guān)與起動開關(guān)連動,延時開關(guān)工作,電動卸荷閥也工作。即起動開關(guān)工作,起動馬達、延時開關(guān)、電動卸荷閥均工作,無需加大起動馬達的動力,從而實現(xiàn)發(fā)動機無負荷起動,克服發(fā)動機帶負荷無法起動的缺陷。當(dāng)發(fā)動機起動正常后,延時開關(guān)在設(shè)定的時間內(nèi)復(fù)位,電動卸荷閥斷電,使液壓系統(tǒng)供油正常,機械進入作業(yè)狀態(tài)。圖11 發(fā)動機無負荷起動示意圖發(fā)動機無負荷起動裝置能有效地減輕發(fā)動機的起動負荷,在任何氣候條件下均能順利地起動發(fā)動機。該

30、起動裝置能有效地減少起動故障率,提高環(huán)境適應(yīng)性和使用性。第七章 機械液壓系統(tǒng)節(jié)能的發(fā)展趨勢隨著工程機械品種和數(shù)量的不斷增加大量工程機械所消耗的資源、排放的污染物以及施工中產(chǎn)生的噪聲、粉塵對環(huán)境產(chǎn)生了難以估計的影響，“環(huán)境”已成為阻礙工程機械發(fā)展的新因素。工程機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造要考慮適應(yīng)環(huán)境生態(tài)發(fā)展的要求，開發(fā)研制環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品是今后工程機械發(fā)展的趨勢。研究工程機械的節(jié)能技術(shù)具有重要的實際意義。 7.1新型環(huán)保型材料的利用71.1盡量采用能再生利用的材料和資源在各系統(tǒng)及部件設(shè)計中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環(huán)境無害的材料，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)盡可能采用比較

31、容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒材料提高工程機械材料的再生率。7.1.2長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計原則通常來說，延長產(chǎn)品壽命就等于減少了機械的生產(chǎn)量和降低其報廢量，降低產(chǎn)品能耗可減少對環(huán)境的污染，而減輕產(chǎn)品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環(huán)境負荷的角度盡可能考慮各系列產(chǎn)品同類零部件的互換性和通用性。為此應(yīng)在保持主機各項性能參數(shù)前提下，盡量減少主機和附屬作業(yè)裝置或機具的體積和重量，提高動力傳動系統(tǒng)零部件的強度和耐久性能實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的輕量化和高效率。7.1.3盡量采用低環(huán)境負荷材料工程機械零部件設(shè)計中應(yīng)盡可能不使用氟利昂（空調(diào)）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機駕駛室和內(nèi)飾上使

32、用難以自然分解且對環(huán)境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費和環(huán)境污染。在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機設(shè)計中一些附屬零部件選用新型環(huán)保型材料很重要。 7.1.4 廢棄零部件處理的污染最小化及綜合成本最優(yōu)化工程機械產(chǎn)品在設(shè)計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收。7.2新技術(shù)的應(yīng)用 7.2.1機電液一體化控制機電液一體化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用,使產(chǎn)品的自動化水平大為提高。尤其是電液比例控制在20世紀(jì)80 年代初開始應(yīng)用,進入90 年代后,隨著電液比例控制和計算機技術(shù)的發(fā)展,電液

33、比例控制技術(shù)進一步智能化,該技術(shù)的應(yīng)用已成為國外產(chǎn)品性能先進的顯著標(biāo)志,并在繼續(xù)發(fā)展和提高。用計算機控制能夠自動監(jiān)測液壓系統(tǒng)、發(fā)動機及其他運動參數(shù),并能自動控制發(fā)動機及液壓系統(tǒng)在高效節(jié)能的狀態(tài)下工作。對于液壓挖掘機,在進行平地、斜坡修整等工況下實現(xiàn)半自動操縱,可降低司機的操縱熟練程度,提高工作效率。國外挖掘機均已不同程度地配備了計算機控制技術(shù),如美國CA T 的發(fā)動機轉(zhuǎn)速自控(AEC) 系統(tǒng),日本日立的發(fā)動機控制器(EC) 和泵閥控制器( PVC) 系統(tǒng)、小松的閉式中心負荷傳感(CLSS) 和機電液自控( PEMC) 系統(tǒng)、加藤的油泵自控(APC) 系統(tǒng)、神鋼的人工智能控制( ITCS) 系統(tǒng)

34、,韓國大宇的電子動力優(yōu)化( EPOS) 系統(tǒng)、現(xiàn)代的電腦輔助動力選擇(CAPO) 系統(tǒng)等。由于功率實時控制,參數(shù)自動監(jiān)控,自動實現(xiàn)故障診斷,及時提醒維護和保養(yǎng),所以機械性能得到大幅度提高,其作業(yè)效率高、燃油消耗少、工況自適應(yīng)性強、操縱簡單。7.2.2 柴油機電噴控制現(xiàn)代柴油機一般采用電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù),電噴柴油機在汽車行業(yè)已開始應(yīng)用,而在工程機械領(lǐng)域剛起步,不久將普遍推廣。柴油機的電控噴射系統(tǒng)是通過控制噴油時間來調(diào)節(jié)負荷的大小。柴油機電控噴射系統(tǒng)由傳感器、控制單元( ECU) 和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對噴油系統(tǒng)進行電子控制,實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采

35、用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器,將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機,與控制單元( ECU) 中儲存的參數(shù)值進行比較,經(jīng)過處理計算,按照最佳值對執(zhí)行機構(gòu)進行控制,驅(qū)動噴油系統(tǒng),使柴油機運作狀態(tài)達到最佳。工程機械的柴油機采用電噴控制技術(shù),可以使噴油泵的循環(huán)供油量和噴油提前角不再受轉(zhuǎn)速的影響,使機械一直工作在最佳狀態(tài),并且動力響應(yīng)速度快,油耗小,功率利用率高。工程機械用柴油機采用電噴控制技術(shù)是節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié)和發(fā)展趨勢。7.2.3 負荷傳感控制液壓系統(tǒng)負荷傳感控制技術(shù)自20 世紀(jì)60 年代提出,70 年代后開始廣泛使用,經(jīng)不斷改進提高,在工程機械中應(yīng)用已較普遍。設(shè)有負荷傳感控制技術(shù)的液壓系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性和操縱性,可提高元件的使用壽命,即使操縱人員在不熟練的情況下,也能很快地適應(yīng)復(fù)合動作操縱的要求。因此,在國外工程機械上,負荷傳感控制技術(shù)的應(yīng)用還在不斷發(fā)展和提高。7.2.4 多路閥多方式組合控制工程機械廣泛采用四通道、六通道多路閥,在多路閥的系統(tǒng)中有直通供油路可組成優(yōu)先回路;中位時直通回油和并聯(lián)供油路可組成并聯(lián)回路,并將壓力、流量和功率變化的信號組合進行反饋,實現(xiàn)控制功能較全面的負荷傳感閥。如Nordhydraul