工程机械液压节能技术的发展

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一、工程机械液压节能技术的现状

(一)变量泵控制方式

当工程机械处在难度较大的施工空间时，变量泵可利用控制排量来解决相关问题，通过控制压力感应、发动机功率以及切换节流调速等方法，减少能源的消耗；正是因为其具有诸多优点，所以在当前工程机械液压节能工作中被推广普及，并且取得了良好的节能效果。变量泵仅能控制排量，随着控制手段的不同，其输出性质也会发生变化，所以根据不同的空间应该选择针对性的控制方式，进而使控制输出适当。变量泵的主要控制途径包括排量控制、LUDV控制和LS负载敏感控制，下文将围绕这三点详细说明。首先，排量控制从字面来理解，就是对排量的直接控制，通过调整控制压力来取得预期的排量值，主要包括正、负两种流量控制方式，正流量控制即用节流调速替代容积调速，从而增强系统的工作效率，最早用于液压挖掘机当中。就挖掘机来说，一般是使用先导式三位六通多路阀，特点是泵排量和先导操纵压力有变化上的一致性，但是也存在缺陷，即梭阀组使系统更加复杂，也降低了系统的响应速度。而负流量控制系统能有效改善六通多路阀中可能出现的空流及节流损失，属于负荷传感系统的范畴，最早应用在PC系列挖掘机中，在后来应用范围逐渐拓展。例如，日立建机以及卡特彼勒等挖掘机制造商在许多机械生产中都是用了负流量控制系统。然后，LS负荷敏感控制能够使输出压力、流量与负载需求保持一致，以增强液压设备工作效率。其存在的缺陷主要为当阀开度过大，或者泵的供油输出法没有达到系统规定的流量标准时，其负载元件的速度会受到不良影响，最终导致液压系统整体的稳定被打破。因此在系统流量较高时不宜使用LS控制系统。最后，LUDV系统是单泵单回路系统，主要为了弥补LS负载敏感系统的缺陷，与一般负载传感系统不同的是，其将压力补偿阀设置在节流阀的后部，另外梭阀的极限压力决定负载压力信号，适用于负载大小差异不明显的设备中，例如小型挖掘机。

(二)电液比例控制的智能化

电液比例技术能够优化繁复的液压信号传递管道，通过电信信号传送液压数据参数，大大缩短系统的响应时间，也便利了挖掘机的的操作。计算机技术的不断进步为电液比例控制的智能化提供了技术支撑，体现在利用计算机能够检测液压系统以及柴油机的压力、柴油机转速等运行数据，以数据为调整挖掘机动力系统的凭证，确保系统的工作状态保持高效、节能。总的来说，以计算机技术为支撑，实现电液比例控制的智能化是未来技术发展的主要趋势。

(三)多路阀多方式组合控制

六通道多路阀是工程机械中最常采用的系统形式，多路阀系统中的优先回路可由直通供油路组成；并联回路在中位时能够由直通供油路以及并联供油路共同组成，同时能够反馈压力、功率以及流量的变化情况，使其负荷传感阀的控制功能更为全面。比如在通用阀中组合进油联，从而体现流量负荷传感控制系统。总的来说，多路阀组合的智能化与液压系统的节能效果成正比。

(四)混合动力系统

目前混合动力系统已经被用于工程机械以及汽车制造中。例如公交车以及液压挖掘机。混合动力系统主要分为电能以及压力两种类型的储能方式。一方面，以电能为储能方式的混合动力系统又分为串联式混合动力系统、并联式混合动力系统以及混联式混合动力系统。串联式混合动力系统指发动机不与动力传动系统直接接触，保证在高效率区域内运行。电动机能够随着负荷的改变自动调整自身的转矩以及转速，发电机以及蓄电池是电动机运行主要的能量供应设备。此种方式能够保证发动机的运作稳定，所以排放以及能量效率都较高，缺陷是电动机额定功率决定了系统的负载能力，所以电动机转速的高低控制是关键。并联式混合动力系统的动力来源主要是发动机以及蓄电池和电动机，相互之间利用转矩合成器和动力传动系统连接，发动机能够为机械行驶提供转矩，同样可由两者共同驱动。当运行速度低、负荷不高时仅依靠电驱动即可。此系统的优点是将电动力和发动机结合驱动，因此动力供应充足。其对控制系统的要求较高，能够避免串联系统的发电机，当机械制动时电动机替代了发电机的功能，并且能够收集制动的能量。混联式混合动力系统是以上两种系统的结合，可分为助力型、双模式型及续驶里程延长型。另一方面，以压力作为储能方式的混合动力系统分为Cumulo驱动系统、二次调节静液驱动系统以及CPS系统。Cumulo系统主要用于公共汽车制造，其特点是汽车的液压泵与传动轴向连接，汽车制动时传动轴会作用于液压泵，使备罐里的油液泵入压缩器，压缩器再使氮气进入两个高压容器中，汽车启动时气体又会返还到系统中成为驱动的动力。此种方式能够大大降低汽车的燃料消耗，并且其制动器的使用寿命更长，并且缓解了汽车尾气对环境的不良作用。二次调节静液驱动系统，此系统的优点是柴油机仅提供车辆的恒转速行驶能量，或者弥补系统中漏掉的液压，能够保证柴油机在正确的工作区域内。CPS系统的结构简单，并且具有较高的运行效率，所以也是当前汽车回收能量的主要方式，利用发动机以及飞轮的联合驱动产生动力，在利用定压源液压驱动系统实现能量的传送，并且实现汽车的速度控制功能。

二、工程机械液压节能技术发展趋势

功率匹配是工程机械液压系统节能技术的核心，只有改变传统的局部功率匹配，实现全面的功率匹配，才能使节能目的得到实现。局部功率匹配在实际操作中必须要控制泵排量才能使发动机与泵相匹配，同样要调节泵排量才能实现泵与负载的匹配，因此在调节中容易出现相互影响的情况，必须要统筹考虑才能保证正常运行。变量泵以及负载敏感系统是挖掘机主要的液压节能方式，首先通过负载敏感系统中泵有随负载压力和流量做出相适应调整的特点来实现泵和负载之间的匹配，再以两者的匹配功率为前提选择发动机的工作地点，最后调控发动机油门的数值，确保发动机在运行过程中不会偏离最佳工作点，如此便可以实现全局的功率匹配。

三、结束语

综上所述，由于工程机械呈多样化发展趋势，那么工程机械在使用中对环境产生的不良因素就更多，而环境问题已经成为制约工程机械进一步发展的主要障碍。因此开发具有环保、节能性质的工程机械产品很有必要，工程机械产品的开发要秉承与生态环境和谐相处的理念，而这一理念也将成为未来工程机械发展的主要方向。使工程机械设备符合目前环保节约型社会理念的具体方式有：减少发动机排放、增强液压系统工作效率、减少噪音以及减震等等，而节能技术主要由液压、控制两个系统体现，所以也是节能技术优化的关键部分。

作者：安阳 叶兵 单位：贵阳永青仪电科技有限公司