挖掘机节能液压控制系统的应用研究

挖掘机节能液压控制系统的应用研究

赵小垒、李磊

内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司

内蒙古包头市014080

摘要：液压挖掘机系统主要包括电源系统、液压系统、传动系统以及行走系统，这些系统之间能够相互作用，操作人员就能够通过改变挖掘机的位置及状态，对各项工程作业进行调整优化，但液压挖掘机控制系统在实际应用过程中，还存在能源消耗以及无功功率损失等一系列问题，这就需要操作人员明确挖掘机节能液压控制系统的应用，明确节能液压系统的发展趋势，最大程度降低液压挖掘机的能源浪费，真正实现液压挖掘机应用的节约能源和降低排放，进而提升挖掘机节能液压控制系统的可靠性以及液压元件的使用寿命。

关键词：挖掘机；节能液压控制系统；应用

随着我国经济的快速发展，我国的挖掘机市场越来越大。挖掘机工作的环境具有复杂性和长时间作业的特点，作业时所承担负荷的变化非常大。通常，平均外在负荷只有最大负荷的 50％～ 60％，但利用率只达到总利用率的 30％左右。当发动机的输出功率过高时，而液压泵无法将发动机的输出功率完全吸收，或者液压元件出现故障导致漏油时，都会损失挖掘机功率。此外，液压系统节流调节、回转机构或者铲斗等机械装置工作时，都会或多或少地出现功率损失。因此，节能控制技术在挖掘机应用过程中有着非常重要的作用。

一、挖掘机液压系统

1、挖掘机液压系统组成及动力模式。挖掘机的液压系统主要是由液压油箱、主泵、多路阀、各管路及执行各动作的油缸、马达等设备有机组装成一个整体，通过能源燃烧将内能转换成机械能，并传送到液压泵中，液压泵又将机械能转换成液压能，并将液压能传送到液压缸和马达，进而转换成机械能传送到工作位置，进行工作。由于挖掘机的工作环境不同，其负载也不同，因此，挖掘机的动力系统也应随着负载得到调节。现行的挖掘机通常将动力模式分为三种：节能模式、重载模式、轻载模式。三种动力模式所对应的发动机功率分别为：节能模式发动机功率为 85%、轻载模式发动机功率为 60%、重载模式发动机功率为 100%。因此，对于不同的工作环境和负载，应使用适合的挖掘机动力模式，才能最大化利用发动机功率，进而节约能源。

2、液压泵与发动机功率匹配。挖掘机是通过发动机将能量传递到液压泵再到负载进行工作的，期间由内能转换成液压能，液压能又转换成机械能。在这个过程中，由发动机将获得的能量传递给液压泵这一步骤是至关重要的，随着外界负载的变化，发动机的功率也会相应发生变化，液压泵如果不能实时与发动机功率进行匹配，就会影响液压系统的稳定性。因此，当外界负载变化时，液压泵的功率能否实时与发动机功率进行匹配，将会影响发动机功率和液压泵功率的利用率以及整个液压系统的工作稳定性。当外界负载增大时，液压系统中的变量泵排量就会相应增大，造成变量泵的吸收扭矩增大，进而导致发动机转速降低。发动机都是恒扭矩调节的，因此，为稳定发动机的转速，在不改变外界负载时，要将变量泵的排量减小，进而减小变量泵的吸收扭矩；当外界负载减少时，为稳定发动机转速，就要将变量泵的排量增大，进而增大变量泵的吸收扭矩。外界负载发生变化，会导致发动机变化，而发动机变化就会导致变量泵的变化，但发动机是恒扭矩调节的，转速是在一个稳定范围内，因此，为使发动机转速始终处在一个稳定的范围内，就需要实时调节变量泵，进而提高挖掘机液压系统工作效率。

二、挖掘机液压系统能耗分析

挖掘机主要通过液压系统来实现控制驱动，其工作原理是化学能向机械能的转变，在能量传递和利用的过程中，不可避免的会产生能量损耗，主要体现在以下方面：

1、机械损耗。挖掘机本身属于一种功率较大的机械设备，其机械损耗是不可避免的，主要是相对运动和机械摩擦造成能量的损失。挖掘机液压系统运行过程中，摩擦损耗主要集中在摩擦工作较为频繁的部位，例如，液压缸活塞以及发动机，在工作过程中，这些部位会产生较大的机械能量损失，同时还会升温，需要冷却系统进行降温处理。尤其是在长期工作状态下，挖掘机的工作强度增加，发动机需要提高转速，柴油机的摩擦损耗增加，使得挖掘机处于过负荷状态，长期下去容易影响挖掘机的使用寿命。

2、泵能量损耗。液压泵是挖掘机液压系统的重要组成部分，其能量损耗主要是泄露造成容积损失、泵内液体流动摩擦能量损失，严重影响了泵的能量转化效率。同时，液压泵在进行能量转化的工程中，也会产生发热现象，这些热量得不到有效利用，进而形成能量损耗。

3、匹配能量损耗。挖掘机液压系统中，发动机需要和泵进行有效的配合，但是，实际工作中，发动机的功率不可能与泵的功率实现完全同步，一般会存在发动机输出功率比液压泵吸收功率大的情况，在这种情况下，没有被有效吸收和利用的功率就会被浪费掉，不仅影响周围的环境，同时造成发动机大量的燃油损耗，还增加了运行成本。发动机的工作效率还和液压泵的压力、转速等相关，实际运行状况容易受到人为因素、环境因素影响，使得这种联合工作特性难以与理想的设计相符，能量损耗也是不可避免的。

三、液压挖掘机节能控制方法

1、液压系统的节能控制。从挖掘机节能液压控制系统的应用来说，液压系统节能控制工作主要体现在对液压泵的节能控制上，这种有效的控制不仅能够提升泵自身的质量，还能够有效调整泵的流量。一般来说，液压泵自身质量问题属于一种硬件性问题，这就需要相关工作人员立足科技发展，积极探索液压泵运用过程，全面提升液压泵的运用质量和效果。需要注意的是，控制泵流量的方式有很多，例如，正流量控制回路、负流量控制回路以及负荷控制等方式，在这些控制方式中最有效的是极限负荷控制，这种极限负荷控制能够确保发动机的功率得到充分的利用，避免发动机处于一种超负荷的状态，极限负荷控制在液压挖掘机运行过程中非常重要。此外，工作人员还需要在应用极限负荷控制方式的过程中，充分协调液压系统中多泵消耗的功率，确保发动机能够在接近额定功率的范围内运行。

2、发动机与液压系统联合节能控制。为了更好地实现挖掘机的液压节能控制目标，相关工作人员需要基于理论角度，确保发动机输出功率与液压泵吸收功率相符，使发动机内的燃料能够得到充分的燃烧，在降低挖掘机运行成本的同时，减少发动机与液压泵的实际工作强度，降低能源的损耗，从而达到延长发动机使用寿命的目的，最终改善挖掘机的整个动力系统，加强挖掘机工作的安全性、可靠性以及抗干扰性。此外，我国现阶段很多液压挖掘机在实际运行过程中，需要根据挖掘机的实际运行情况确定其工作负荷，这就导致液压挖掘机的实际工作负荷变化比较大，相关工作人员就需要采用大功率发动机满足其负荷需求。

3、发动机与变量泵的匹配控制。一般来说，液压挖掘机工作环境与工作目标具有较大差异，且这种不同的工作环境决定了挖掘机对发动机功率的实际需求。所以，在液压挖掘机实际工作过程中，还需要设定好发动机功率，避免因为设定的功率过大导致能源浪费，而如果功率设定过小，也会而影响液压挖掘机的正常作业。因此，在液压挖掘机在实际运行过程中，操作人员需要根据使用场地和实际需求的不同，选择合适功率及模式，确保发动机的输出功率与实际需求功率相符，最大程度避免发动机功率的浪费及消耗，全面提高能量的利用效率，降低降低燃料损耗，节约成本，减少对环境的污染。

综上所述，提高液态挖掘机的能量利用率对各行业发展及节能控制系统研究非常重要，通过分析液压挖掘机能量损耗，明确液压挖掘机的工作原理，相关工作人员提出了液压系统的节能控制、发动机与液压系统联合节能控制、发动机与变量泵的匹配控制等多种液压挖掘机节能控制的方法，以期能够提升挖掘机能量的利用率并减少挖掘机的燃油成本，从而加强挖掘机发动机的性能，这对于我国研究挖掘机节能液压控制系统具有重要的意义。              

参考文献：

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