工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)及發(fā)展策略分析

張斌

摘要：隨著現(xiàn)代化、信息化、科技化水平不斷提高，我國重視現(xiàn)代工業(yè)化機械技術(shù)的研究，對應(yīng)的技術(shù)水平也有了很大提高，但是其內(nèi)部仍然存在一些缺陷，比如噪音污染嚴重、資源損耗過度等等，這些問題都限制了工程機械整體的長遠發(fā)展。為響應(yīng)國家號召，許多工程企業(yè)以生態(tài)文明建設(shè)為核心，實施了多角度的節(jié)能技術(shù)設(shè)計，落實開發(fā)了節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品，使得液壓系統(tǒng)的節(jié)能效益成為現(xiàn)實。液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的開發(fā)研究設(shè)計過程頗為復(fù)雜，要理論與實際結(jié)合，整體與部分統(tǒng)一觀察，全面分析，注重細節(jié)，滿足實際應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù);現(xiàn)代工程機械;未來發(fā)展前景趨向

中圖分類號：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0196-02

0? 引言

現(xiàn)代工程機械中使用的液壓系統(tǒng)采用了一種全新的液壓傳動技術(shù)，這種技術(shù)融入了計算機、自動控制、微電子、新材料和新工藝等等，這使得液壓系統(tǒng)應(yīng)用起來更靈活、更方便、更節(jié)能[1]。節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在諸多方面：首先是燃油的利用率得到了有效的提高，但更重要的是這一技術(shù)通過降低勞動強度、減少使用成本以及提升工作效率等方式全面提高了整個機械的質(zhì)量。

1? 節(jié)能設(shè)計在工程機械中的價值

1.1 確保了機械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定

機械液壓系統(tǒng)的核心是輔助系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，其穩(wěn)定性直接決定著機械制造水平，需要格外的重視，鑒于此，當(dāng)前的首要任務(wù)是強化機械液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定，促進機械行業(yè)的發(fā)展[2]。工程機械實施過程表現(xiàn)出了時間長、強度大的特點，如果液壓系統(tǒng)長時間處于負荷狀態(tài)，就會形成不必要的摩擦，引發(fā)一系列的噪音，此時，機械液壓系統(tǒng)的運行效率將會在短時間內(nèi)迅速下降，造成高能耗問題。為了有效緩解以上問題的發(fā)生，機械液壓系統(tǒng)設(shè)計需要充分考慮節(jié)能因素，其目的是減少液壓系統(tǒng)的負荷時間，避免不必要的機械摩擦，改善機械運行效率。

1.2 實現(xiàn)了機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

要想促使裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，就必須考慮節(jié)能技術(shù)，并借助多個手段實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)與制造業(yè)技術(shù)的結(jié)合，改善機械運行效率。當(dāng)前來說，節(jié)能技術(shù)已經(jīng)在機械產(chǎn)業(yè)中廣泛使用，實現(xiàn)了機械產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展，符合我國的綠色環(huán)保發(fā)展理念[3]。初步研究發(fā)現(xiàn)，隨著節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，機械的液壓系統(tǒng)的能耗顯著下降，對應(yīng)污染物的排放量不斷降低，與生態(tài)環(huán)境保護理念相一致，在一定程度上實現(xiàn)了綠色經(jīng)濟建筑，推動了機械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2? 工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)分析

國內(nèi)外工程機械液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境存在較多的問題，研究發(fā)現(xiàn)，其總體來看呈現(xiàn)惡劣的態(tài)勢，載荷變化較大，在很多時候形成了不必要的經(jīng)濟損失，如：發(fā)動機的功率與油泵的功率不匹配、不契合引起的能量損失[4-7]。為了更好地減少工程機械液壓系統(tǒng)面臨的困境，改善其應(yīng)用環(huán)節(jié)造成的能量損失，實現(xiàn)智能化系統(tǒng)控制，更好地發(fā)揮節(jié)能效果，我們應(yīng)該重視發(fā)動機與油泵的匹配，從而有效利用發(fā)動機無負荷起動措施等相關(guān)改善措施，實現(xiàn)智能化控制，最終達到其能夠在任何工作狀態(tài)下功率利用率都能達到最佳的目標(biāo)。

2.1 流量控制措施

在液壓系統(tǒng)中，可以對流量大小進行控制以達到節(jié)能的效果。如果工作裝置需要流量，就可以通過調(diào)節(jié)主控路閥來匹配油泵輸出的流量，當(dāng)主控多個路閥置于中心位置是，油泵的輸出流量最小。

2.2 負荷傳感控制措施

相較于其他控制措施而言，負荷傳感控制技術(shù)有其獨特的優(yōu)勢，可以按照人為設(shè)定的特點自行適應(yīng)。一般情況下，可以在油泵和操縱閥之間、操縱閥和執(zhí)行器之間、執(zhí)行器和回油路之間設(shè)置安裝有負荷傳感作用的壓力補償閥，但是需要注意的是，將壓力補償閥布置在不同的位置，它的控制性能和精度會有所不同，但無論如何都可以實現(xiàn)流量按需提供，起到節(jié)能的效果。將壓力補償閥安裝在油泵與操縱閥之間，利用其壓差實現(xiàn)流量按需輸出，最大的優(yōu)勢就是不會受到負荷大小的影響實現(xiàn)多機構(gòu)復(fù)合動作[8]。但是如果存特殊的情況，那么高負荷和低負荷的機構(gòu)不能，如果還要進行多機構(gòu)復(fù)合動作，那么就應(yīng)該優(yōu)先滿足低負荷的動作。

2.3 油泵功率控制措施

從定義上看，油泵功率控制包含復(fù)雜的內(nèi)容，其在動力滿足工況的前提下，可以通過恒功率控制、工況功率控制或者功率分級控制等方法對其進行控制，使發(fā)動機盡可能的在功率允許的范圍內(nèi)運作。

2.4 發(fā)動機無負荷起動措施

發(fā)動機等元件組成了發(fā)動機無負荷起動裝置。在設(shè)置安裝起動裝置的過程中，一般會將電動馬達和延時開關(guān)并聯(lián)于起動開關(guān)處，三者形成一個連動系統(tǒng)，也就是說，當(dāng)起動開關(guān)運作時，不需要再對起動馬達的動力進行加強，起動馬達、電動卸荷閥以及延時開關(guān)就會工作。發(fā)動機無負荷起動裝置優(yōu)勢明顯：既能夠減輕發(fā)動機的啟動負荷使其無論在何種氣候條件下都能順利啟動，也能夠大大降低起動故障率。

2.5 混合動力節(jié)能技術(shù)

初步研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的液壓動力系統(tǒng)存在的多個層面的問題，其中最主要的是工作效率低，尤其是無法實現(xiàn)匹配負載，該類問題無法解決，將導(dǎo)致耗油水平的增加。鑒于此，當(dāng)前需要研究的是混合動力節(jié)能技術(shù)，確保電池和柴油機在同一時間內(nèi)進行工作，最大程度上降低負載問題。值得注意的是，如果負載比較小，柴油機就需要擔(dān)負起發(fā)電的任務(wù)，將多余的電能儲存起來，如果負載壓力大，就會將儲存的電能釋放，為電機的工作提供電力。隨著時代的發(fā)展，混合動力節(jié)能技術(shù)逐漸成熟，成為了最核心的電機驅(qū)動液壓系統(tǒng)，表現(xiàn)出了極強是輸出功率和扭矩[9]。從宏觀角度來看，小松HB205-1和卡特彼勒336E型搭配了混合動力節(jié)能技術(shù)，其動力系統(tǒng)較傳統(tǒng)的設(shè)備有著顯著的優(yōu)勢，即耗能的降低和噪音的減少?；旌蟿恿?jié)能技術(shù)的出現(xiàn)促進了機械行業(yè)的發(fā)展，尤其是實現(xiàn)了能源轉(zhuǎn)換效率的提高，在一定程度上減少了成本，與時代的發(fā)展趨勢一致。

3? 工程機械液壓系統(tǒng)的節(jié)能發(fā)展前景或趨勢

我國重視信息化技術(shù)的研究，現(xiàn)代工業(yè)化機械技術(shù)的研究，對應(yīng)的技術(shù)水平也有了很大提高。在未來的時間里，工程機械液壓系統(tǒng)還將繼續(xù)完善，并向著智能化、一體化趨勢發(fā)展，這就需要設(shè)計人員的共同努力，實施了多角度的節(jié)能技術(shù)設(shè)計，落實開發(fā)了節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品，使得液壓系統(tǒng)的節(jié)能效益成為現(xiàn)實。

3.1 機電液一體化控制

二十世紀八十年代初，電液比例控制初步使用，九十年代，為了強化工程技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計出了機電液一體化控制模式，使得電液比例控制技術(shù)更加智能化，電液比例控制技術(shù)的出現(xiàn)使得機電液一體化控制過程更加便捷，代表著產(chǎn)品性能的改進。運用計算機對其進行控制不僅可以自動監(jiān)測液壓系統(tǒng)等運動參數(shù)，而且能夠自動控制發(fā)動機和液壓系統(tǒng)有效實現(xiàn)高效節(jié)能的效果，比如液壓挖掘機，將半自動操縱應(yīng)用于平地、斜坡修整工作中，司機不需要再對所有步驟程序樣樣精通樣樣熟練就可以高效的完成作業(yè)。

3.2 柴油機電噴控制

當(dāng)代汽車行業(yè)已逐步采用電噴柴油機，工程機械行業(yè)對該項技術(shù)應(yīng)用已拉開序幕，大面積推廣將指日可待。柴油機電控噴射系統(tǒng)采用管控噴油時長的方式調(diào)整相應(yīng)負荷量。柴油機的電控噴射體系包含傳感器、控制器（ECU）以及執(zhí)行組件等三個方面，主要功能是用電子控制噴油系統(tǒng)，進而及時操控噴油量和相應(yīng)的運轉(zhuǎn)情況。通過控制溫度、旋轉(zhuǎn)速度、壓力等相應(yīng)的傳感器，實時檢測數(shù)據(jù)同步反映到計算機系統(tǒng)，比對控制系統(tǒng)中對應(yīng)的運行參數(shù)，繼而通過數(shù)據(jù)運算，采取最佳值控制實施操作，運行噴油體系，確保柴油機處于良好狀況。

3.3 油泵多功能組合控制

為不斷滿足工況以及節(jié)能需求，油泵的各個節(jié)能舉措及其綜合操控將越來越被普及應(yīng)用。之前的液壓系統(tǒng)里，油泵的控制功效主要包括切斷壓力等。伴隨著各項技術(shù)的快速發(fā)展，油泵的控制功能出現(xiàn)了越來越多的組合?？刂品绞椒矫?，包含了微電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等[10]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法有極大優(yōu)勢，它能有效應(yīng)對復(fù)雜非線性以及不確定系統(tǒng)性控制。該方法通過模擬人類的一些特征，因此具備一定的學(xué)習(xí)功能和適應(yīng)能力，這種控制方法已作為只能控制的一個全新分支，將逐步被用于液壓系統(tǒng)的節(jié)能控制功能方面。

3.4 智能化控制和匹配油泵與發(fā)動機功率

采取計算機控制技術(shù)發(fā)展升級操作手段，借助多個技術(shù)促進油泵功率，其目的是改善發(fā)動機輸出功率，帶動實現(xiàn)全面智慧化目標(biāo)。當(dāng)前，小松挖掘機的液壓系統(tǒng)實施了全面的強化，尤其是發(fā)動機控制是通過2個微小處理器來完成，從而達到了操作作業(yè)的精準(zhǔn)控制需求，實現(xiàn)了減少能量損失、提高工作效率的目的。

3.5 CAN總線控制

CAN（ControllerAreaNetwork）總線控制技術(shù)是從20世紀80年代初開始，德國的Bosch公司基于現(xiàn)代汽車冗雜的控制和測試儀數(shù)據(jù)交換問題，采取CAN技術(shù)，能將發(fā)動機、液壓、電子以及操縱組合等多個控制系統(tǒng)的控制器優(yōu)化組合，占據(jù)空間小，布線相對簡易，方便維修，能系統(tǒng)提升整機性能。通過利用該技術(shù)，機械裝備的可靠性、智慧化、擴容性、適應(yīng)性獲得了極大提升。CAN總線控制技術(shù)迅速發(fā)展的同時，將被大規(guī)模應(yīng)用到工程機械中。

4? 結(jié)語

工程機械的能源節(jié)約不止停留在減少燃油消耗指數(shù)上，更為重要的是機器整體作業(yè)功能、可靠度、使用年限等多個方面疊加的綜合評價。譬如，發(fā)動機跟油泵的功率匹配程度高，就會有效減少主機運轉(zhuǎn)的耗油量，縮減駕駛員的勞動強度、降低其操控熟練水平的硬性規(guī)定，從而有效提升作業(yè)效率及安全性能。通過CAN總線控制技術(shù)則能縮減接插件的數(shù)量，提高空間利用率，便于保養(yǎng)維修，降低事故率。積極利用節(jié)能技術(shù)是提高機械效能的首要手段。為響應(yīng)國家號召，許多工程企業(yè)以生態(tài)文明建設(shè)為核心，實施了多角度的節(jié)能技術(shù)設(shè)計，使得液壓系統(tǒng)的節(jié)能效益成為現(xiàn)實。液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的開發(fā)研究設(shè)計過程頗為復(fù)雜，需要進行全面分析，尤其是注重細節(jié)設(shè)計，最大化滿足實際應(yīng)用需求。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，節(jié)能新技術(shù)及新措施將不斷出現(xiàn)并更新。在未來的時間里，機械液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)還將繼續(xù)完善，尤其是做到能耗的降低，符合我國國情。

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