1.韓寶慶 2.劉 蒙

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液壓挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)研究

1.韓寶慶 2.劉 蒙

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液壓挖掘機是重型機械設(shè)備，廣泛應(yīng)用在水利、交通、礦產(chǎn)、電力等工程建設(shè)中，其功率較大，因此能耗也較高。因為設(shè)備在工作中會在多個環(huán)節(jié)存在功率的損耗，造成一定的浪費，從而降低其使用效率。液壓挖掘機的理論工作效率為95%，但實際運行中很難達到這個值。對此，人們需要積極地采用節(jié)能技術(shù)以能夠減少挖掘機工作中的燃油消耗，提高設(shè)備的功率效率，節(jié)約成本，節(jié)約能源。現(xiàn)階段設(shè)備生產(chǎn)廠家都非常重視挖掘機節(jié)能技術(shù)的研發(fā)與使用，并取得了一定的成果。

液壓挖掘機；節(jié)能控制；系統(tǒng)

1 液壓挖掘機的特點

1.1 液壓挖掘機的結(jié)構(gòu)特點

液壓挖掘機是挖掘機的主要種類，其主要結(jié)構(gòu)和功能部分由液壓系統(tǒng)組成，利用帕斯卡原理通過油泵、缸體、馬達、閥門的組合，做到對挖掘機動力部分和工作部分的有效組合，在結(jié)構(gòu)上構(gòu)成挖掘施工的主要功能部分，實現(xiàn)在施工中對土方、原材料、礦石、煤炭的挖掘。

1.2 液壓挖掘機的系統(tǒng)特點

液壓挖掘機系統(tǒng)由動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)采用不連續(xù)的策略進行組合，通過對挖掘機位置的改變和挖掘機狀態(tài)的調(diào)整實現(xiàn)挖掘操作。由于系統(tǒng)間的配合存在一定的消耗，液壓挖掘機的運行中會在系統(tǒng)上表現(xiàn)出能耗和無功損失，形成液壓挖掘機工作中的能量浪費，這是液壓挖掘機工作中必然產(chǎn)生的客觀現(xiàn)象。

2 液壓挖掘機能量損失的主要途徑

由于液壓挖掘機是依靠液壓系統(tǒng)來驅(qū)動，從而實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)化為機械能的，其在能量傳遞過程中的能量損失是不可避免的，其主要出現(xiàn)在一下幾個方面。

2.1 機械損失

機械損失在實際情況中是不可避免的，只能盡量減少，在實際工作環(huán)境中，只要存在摩擦和相對運動就會產(chǎn)生機械損失。在液壓挖掘機工作時，由于摩擦而發(fā)生能量損失，主要體現(xiàn)在摩擦頻繁的部位，如液壓缸活塞和發(fā)動機。這些部位由于相對運動頻繁，其機械損失巨大，并且會產(chǎn)生很多的額熱量，需要冷卻系統(tǒng)。但是值得注意的是，隨著液壓挖掘機工作強度的增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高，其柴油機摩擦的能量損失將不斷加大。因此，不能長期是液壓挖掘機處于過荷狀態(tài)，不但降低其使用壽命，還降低工作效率，加大成本。

2.2 泵的能量損失

液壓泵在工作過程中也會存在能量損失，主要是由于泄露而產(chǎn)生的容積損失造成的能量損耗，以及泵中液體流動產(chǎn)生的摩擦使得能量發(fā)生損耗。因此泵的能量轉(zhuǎn)化效率一般都不會很高，由于其轉(zhuǎn)換時發(fā)熱是不可避免的，產(chǎn)生熱量就會造成能量的損耗。同時，泵自身的氣密性和其本身的質(zhì)量對其能量轉(zhuǎn)化效率也有很大的影響，氣密性好的泵，其由于容積損失造成的能量損耗就會大大減少，而其表面光滑，潤滑性好的話，就會使得其摩擦造成的能量損失降低。

2.3 發(fā)動機和泵匹配時能量損失

在液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)中，由于發(fā)動機的功率和泵的功率不可能完全同步，就使得發(fā)動機的輸出功率大于液壓泵的吸收功率，造成了其能量的損耗。這會使得一部分超出的功率白白浪費掉，造成了環(huán)境污染的同時，浪費了大量的燃料，并浪費了大量的不可再生資源。同時，在發(fā)動機和泵相結(jié)合的時候，其存在一個聯(lián)合工作特性。其實際的工作效率和泵的壓力和轉(zhuǎn)速等有密切關(guān)系，由于其實際的工作情況不可能和當初設(shè)計的理想情況完全相吻合，而發(fā)動機自身的狀態(tài)也不可能一直處于完美的工作狀態(tài)，其必然會造成能量的損耗。

3 液壓挖掘機節(jié)能控制方法

液壓挖掘機的節(jié)能環(huán)節(jié)主要在于液壓泵，基于液壓泵的回路不同，這里以定量與變量兩種泵對其節(jié)能控制技術(shù)進行探討。

3.1 定量泵的節(jié)能方法

(1)多泵驅(qū)動回路。單定量泵是液壓系統(tǒng)中最為基本的泵，而其應(yīng)用的范圍也有極大的限制。如果作業(yè)需求多速度、多載荷，它的工作效率將低于35%。因此，該種驅(qū)動回路匹配多載荷、多液壓的液壓挖掘機，相比節(jié)約功耗達到50%。(2)壓力匹配液壓回路。和普通回路相比，壓力匹配液壓回路中溢流閥除了排除多余的油液外還可以作為一種壓力補償法，這就保證了當負載變化時，節(jié)流閥的進、出口壓差都是一個常量。從節(jié)能角度來看，液壓泵的工作壓力能自動和負載壓力相適應(yīng)，而且自始至終都比負載壓力大，從而提高效率，減小損失。

3.2 變量泵的節(jié)能方法

(1)恒壓變量泵。該設(shè)備能夠基于壓縮泵流量輸出以達到挖掘機運行的目的，且相對溢流閥控液壓能夠節(jié)約其在溢流閥中流出的多余油量。因此可以有效地減少油量的浪費。(2)恒功率變量泵。該泵的原理是基于輸出壓力控制油量輸出的多少。其能夠?qū)⒃瓌訖C保持在滿負載狀態(tài)下，所以具備了高功率、高效、低耗的特點。

本文通過對液壓挖掘機能量損耗的研究，提出了各種不同的節(jié)能控制方法。節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用一方面可以提高其能量利用率，減少其燃油成本，而另一方面還間接的提高了發(fā)動機功率的利用率，提高了發(fā)動機的性能。為了實現(xiàn)國內(nèi)液壓挖掘機在國際市場的競爭力，研究液壓挖掘機的節(jié)能控制系統(tǒng)，具有十分重要的意義。

[1]朱傳寶，涂曉丹，鄧園.液壓挖掘機節(jié)能控制系統(tǒng)研究[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2011，05：109-112.