探讨工程机械液压节能技术现状与发展

探讨工程机械液压节能技术现状与发展

宋立超 戚恒发

身份证号 :37152219900428****

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摘要：近年来，能源供不应求，环境污染严重，节能减排理念早已深入人心。尤其是在“十四五”规划中，我国明确提出要推进能源革命，在2030年之前达到碳达峰，2060年前实现碳中和。这就意味着我国承诺从碳达峰到碳中和的时间要远远短于发达国家所用的时间。同时，工程机械是高能耗机械设备，正因为工程机械的巨大能耗，也带来了更大的节能空间。因此，提高工程机械的能源利用水平刻不容缓。

关键词：工程机械；液压；节能技术

1机械液压节能技术的研究背景及发展历程

液压系统有着功率密度大、输出力大等一系列其他系统不具备的优点，因此在工程机械中有着广泛的应用。由于节流阀等阀控元件存在，导致不可避免的节流损失和管道阻尼损失，以至于工程机械的工作效率通常低于30%。随着全球经济的稳步增长，对工程机械的需求量逐年增长，年平均增长率超过26%,2018年销量达到113万台的历史新高。在20世纪60年代，机械液压逐渐开始发展，对工程机械的研究也越来越多。恒功率泵的出现，在有效提高柴油机的能量利用率的同时，又可以避免其过载，所以当时恒功率泵已经开始在我国机械领域使用；20世纪70年代，正流量控制系统逐渐在人们的视野中出现，在此系统中，多路阀的阀芯行程与泵输出的流量成正比例，此时，泵的排量随着阀芯位置的变化而发生改变；20世纪80年代，由于正流量系统存在的空流损失以及节流损失严重，负流量控制系统正式亮相。通过在旁通油路上设置流量检测装置，控制泵的排量，从而减少旁通油路的损失，解决了六通多路阀的中路回油能耗大的问题;20世纪90年代之后，负载敏感技术出现，并且广泛应用于挖掘机中。负载敏感技术的优势在于，当所受的外部负载发生变化时，可以自动调整泵和阀的流量，从而使液压系统向管路提供适应外部负载的流量和压力，进而提高能量利用率。

2工程机械液压系统节能技术分析

2.1流量控制措施

在液压系统中，可以对流量进行控制，达到节能的效果。如果工作装置需要流量，可通过调整主控制回路阀来匹配油泵的输出流量。当多个主控制回路阀置于中心时，油泵的输出流量最小。

2.2负荷传感控制措施

与其他控制措施相比，负载感应控制技术具有独特的优势，能够适应人为设定的特性。通常，具有负载感应功能的压力补偿阀可安装在油泵和控制阀之间、控制阀和执行器之间以及执行器和回油回路之间。但需要注意的是，如果压力补偿阀布置在不同的位置，其控制性能和精度会有所不同，但在任何情况下，流量都可以按需提供，起到节能的效果。压力补偿阀安装在油泵和控制阀之间，其压差用于实现按需流量输出。最大的优点是不受载荷的影响，实现多机构的复合作用。但是，如果有特殊情况，则不能使用高负载和低负载的机构。如果要组合多个机构，则应优先考虑低负载的动作。

2.3油泵功率控制措施

从定义上看，油泵的功率控制包含复杂的内容。在功率满足工况的前提下，可采用恒功率控制、工况功率控制或功率分级控制等方式进行控制，使发动机尽可能在允许的功率范围内运行。

2.4发动机无负荷起动措施

发动机和其他部件构成发动机空载起动装置。在设置和安装起动装置的过程中，电动机和延时开关一般在起动开关处并联，形成联动系统，即起动开关工作时，无需加强起动电机的功率，起动电机，电动卸荷阀和延时开关将工作。发动机空载起动装置具有明显的优点：不仅可以降低发动机的起动负荷，使其在任何气候条件下都能平稳起动，而且可以大大降低起动故障率。

2.5混合动力节能技术

初步研究发现，传统的液压动力系统存在许多问题，其中最重要的是工作效率低，特别是无法匹配负载。这类问题无法解决，将导致油耗水平的提高。有鉴于此，需要研究的是混合节能技术，以确保电池和柴油机同时工作，并最大限度地减少负载问题。值得注意的是，如果负载相对较小，柴油机需要承担发电任务并储存多余的电能。如果负载压力较大，储存的电能将被释放，为电机的工作提供动力。随着时代的发展，混合动力节能技术逐渐成熟，成为电机驱动液压系统的核心，显示出极强的输出功率和扭矩。从宏观上看，小松hb205-1和卡特彼勒336E均采用混合节能技术，其动力系统与传统设备相比具有显著优势，即降低能耗和噪音。混合动力节能技术的出现促进了机械行业的发展，特别是能源转换效率的提高，在一定程度上降低了成本，这符合时代的发展趋势。

3工程机械液压系统的节能发展前景或趋势

3.1机电液一体化控制

在20世纪80年代早期，电液比例控制最初被使用。20世纪90年代，为了加强工程技术的发展，设计了电液集成控制模式，使电液比例控制技术更加智能化。电液比例控制技术的出现，使电液集成控制过程更加方便，代表着产品性能的提高。利用计算机对其进行控制，不仅可以自动监测液压系统等运动参数，还可以自动控制发动机和液压系统，有效地达到高效节能的效果。例如，液压挖掘机将半自动控制应用于平地和斜坡的修整，驾驶员可以高效地完成操作，而不需要精通所有步骤和程序。

3.2柴油机电喷控制

现代汽车工业已逐渐采用电喷柴油机。这项技术在工程机械行业的应用已经开始，大规模推广指日可待。柴油机电控喷射系统通过控制喷射时间来调节相应的负荷。柴油机电控喷射系统包括三个方面：传感器、控制器（ECU）和执行元件。其主要功能是对喷射系统进行电子控制，以便及时控制喷射量和相应的操作。通过控制相应的温度、转速、压力等传感器，将实时检测数据同步反映到计算机系统中，并对控制系统中相应的运行参数进行比较。然后，通过数据计算，采用最优值控制实施操作，并运行燃油喷射系统，以确保柴油机处于良好状态。

3.3油泵多功能组合控制

为了不断满足工况和节能需求，各种节能措施和油泵的综合控制将得到越来越广泛的应用。在以往的液压系统中，油泵的控制效果主要包括切断压力等。随着各种技术的快速发展，油泵控制功能的组合越来越多。在控制方式上，包括微电子技术、计算机控制技术和BP神经网络控制技术。BP神经网络控制方法具有很大的优越性。它能有效地处理复杂的非线性和不确定系统控制。该方法模拟了人的某些特征，具有一定的学习功能和适应性。该控制方法作为控制的一个新分支，将逐步应用于液压系统的节能控制功能中。

3.4智能化控制和匹配油泵与发动机功率

采用计算机控制技术开发升级的操作手段，借助多种技术提升油泵功率。目的是提高发动机的输出功率，推动综合智能化目标的实现。目前，小松挖掘机的液压系统已得到全面加强，特别是发动机控制是通过两个微处理器完成的，以满足作业的精确控制要求，减少能量损失，提高工作效率。

4结论

工程机械的能源节约不止停留在减少燃油消耗指数上，更为重要的是机器整体作业功能、可靠度、使用年限等多个方面叠加的综合评价。譬如，发动机跟油泵的功率匹配程度高，就会有效减少主机运转的耗油量，缩减驾驶员的劳动强度、降低其操控熟练水平的硬性规定，从而有效提升作业效率及安全性能。

参考文献：

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