上料機液壓系統性能分析及節能改造

王玉玲

(太原工業學院，山西 太原 030008)

0 引言

液壓傳動裝置是一種以液壓油為介質實現能量轉換與傳遞的裝置，它具有結構簡單、輸出力大、能夠實現無級變速及易于實現自動化等優點，在工業生產的各個部門已經得到了廣泛應用。由于該傳動系統在能量傳遞的過程中存在著泄漏和壓力損失，因此，工作效率比較低，據資料統計液壓傳動系統效率只有70%左右。因此，為了提高液壓系統的效率，通過節能手段對液壓系統進行改造十分必要。本文以某上料機液壓系統的設計為例，首先分析該系統主要存在哪些能量損失，然后再有針對性地提出合理的節能改造方案。

1 上料機液壓系統的工作原理

驅動上料機的液壓系統要完成“快速上升→慢速上升→停留→快速下降”的工作循環，快速上升行程為350 mm，要求速度≥45 mm/s；慢速上升行程為100 mm，其速度為8 mm/s～45 mm/s；快速下降行程為450 mm，要求速度≥55 mm/s。驅動上料機液壓系統原理圖如圖1所示。

1.1 快速上升

電磁鐵2YA得電，電磁換向閥6右位接通，兩個雙聯葉片泵1和2同時向系統供油，其進油路為：雙聯葉片泵1和2→電磁換向閥6→液控單向閥7→單向順序閥8→液壓缸11下腔；回油路為：液壓缸11上腔→電磁閥9→電磁換向閥6→油箱。

1.2 慢速上升

液壓缸快速上升350 mm后行程開關發信號，電磁閥9的電磁鐵得電，系統壓力升高，外控順序閥5被打開，此時泵2卸荷，泵1向液壓缸供油，液壓缸慢速上升，實現了快速轉為慢速的換接，回油經過調速閥10再經過電磁換向閥6最后回到油箱。在此過程中，液壓回路采用調速閥的回油節流調速方式，特點是速度穩定，不會因重物重量的變化而變化，但存在著溢流損失和節流損失，所以慢速上升時壓力能損失最大。

1.3 止擋塊停留

當上料機滑臺升到規定高度時碰到止擋塊停留，液壓缸停止運動，此時，回路中的電磁閥全部斷電，電磁換向閥6的閥芯回到中位，液控單向閥7控制油通油箱，控制壓力為零，液壓缸因為下腔的油液被封死而被鎖緊。這樣，在液壓缸停留期間重物的位置保持不變。

1，2-雙聯葉片泵；3-溢流閥；4-單向閥；5-外控順序閥；6-電磁換向閥；7-液控單向閥；8-單向順序閥；9-電磁閥；10-單向調速閥;11-液壓缸

1.4 快速下降

電磁鐵1YA得電，換向閥6左位接通，兩個雙聯葉片泵1和2同時向系統供油，其進油路為：雙聯葉片泵1和2→電磁換向閥6→電磁閥9→液壓缸11上腔；回油路為：液壓缸11下腔→單向順序閥8→液控單向閥7→電磁換向閥6→油箱。

2 液壓系統性能分析

在液壓系統完成上述工作循環的過程中，液壓泵的效率、回路中的壓力損失及液壓缸的泄漏等都會影響液壓系統的效率。

2.1 回路壓力損失分析

通過對該液壓回路的性能驗算(計算過程略)，在滑臺自重為1 kN、提升5 kN貨物的情況下，回路的總壓力損失(沿程壓力、局部壓力損失)為0.4 MPa，主要壓力損失是慢速上升過程中調速閥兩端的壓降，這時的功率損失最大。

2.2 回路功率損失分析

通過計算(計算過程略)可知:快速上升時驅動泵的電機輸出功率為563.33 W，而有用功率為313.63 W，功率損失249.7 W；慢速上升時電機輸出功率為325 W，有用功率為48.25 W，功率損失276.75 W，此過程的功率損失大一些。

從以上的數據可以看出:液壓元件的功率損失是影響系統效率的主要因素，其中液壓泵的能耗最大，其次是各種控制閥，如溢流閥上的溢流損失、調速閥及背壓閥的壓力損失等。

3 上料機液壓系統改造

對液壓系統進行改造既要保證原系統的各項功能指標，同時也要考慮經濟性，使液壓系統高效、經濟、可靠地運行。

3.1 能源裝置的改造

液壓泵是液壓系統的能源裝置，它把電機輸入的機械能轉換為壓力能。在能量轉換的過程中，因為存在著油液的泄漏和機械摩擦，會有部分能量轉換成熱能而損失掉，而這方面的能量損失在液壓系統的能耗中占相當大的比例。所以，合理選擇液壓泵對降低液壓系統的能耗、提高系統的效率至關重要。

根據系統工作過程中的壓力和流量，原液壓系統采用YB1-6.3/6.3型的雙聯葉片泵作為能源，采用定量泵—調速閥的回油節流調速方式，其中的溢流閥3起溢流穩壓作用，回路中存在著溢流損失和節流損失，因而功率消耗較大?，F將能源裝置改造為一臺限壓式變量泵和一臺定量葉片泵(兩個泵的額定流量可以相同也可以不同)，改造后的液壓系統原理圖如圖2所示。

在滑臺快速上升時兩個泵同時向液壓缸供油，當滑臺慢速上升時負載壓力升高外控順序閥5被打開，此時定量泵2卸荷，變量泵1為液壓缸提供壓力油，此時的溢流閥3作安全閥用，回路中沒有溢流損失。改造后的液壓回路采用了由限壓式變量泵和調速閥組成的容積節流調速方式，該調速方式速度穩定性好，不會因重物重量的變化而變化，回路中只存在調速閥上的功率損耗，所以液壓系統效率提高了。

3.2 在回路中增設蓄能器

原回路在液壓缸下腔進油路上設置了液控單向閥7，在液壓缸運動到頂端停留期間，換向閥6位于中位，液控單向閥7的外控口通油箱無控制壓力，液壓缸下腔的壓力油不能通過液控單向閥7流回油箱，從而液壓缸被鎖緊，防止重物下落并保持重物的位置不變。由于液控單向閥的閥座一般為錐閥式結構，密封性好，泄漏極少，鎖緊精度只受液壓缸制造精度的影響。因此，為了防止液壓缸泄漏，改造后的液壓回路中增設了蓄能器12。

1-變量液壓泵；2-定量液壓泵；3-溢流閥；4-單向閥；5-外控順序閥；6-電磁換向閥；7-液控單向閥；8-單向順序閥；9-電磁閥；10-單向調速閥；11-液壓缸；12-蓄能器

蓄能器是液壓系統的儲能元件，它可以儲備多余的液壓能并在需要的時候釋放能量，是節能的重要途徑。在液壓缸下腔的油路中增設蓄能器，當滑臺上升時系統雙泵供油，蓄能器可以將多余的壓力能存儲起來，在液壓缸停留期間可以補充液壓缸的泄漏，從而保持重物的位置不變。

4 結語

原液壓系統選用雙聯式定量葉片泵作為能源，慢速上升時采用了定量泵—調速閥的節流調速方式，存在著溢流損失和節流損失，回路效率低。改造后的液壓系統中用兩臺不同類型的液壓泵做能源，慢速上升時采用了由限壓式變量泵和調速閥組成的容積節流調速方式，回路中只有節流損失而無溢流損失，系統效率提高了；同時，液壓系統中增加了蓄能器補充了液壓元件的泄漏，還可以吸收液壓沖擊、降低振動和噪聲?？傊?，改造后的液壓系統降低了能量消耗，提高了液壓系統的效率，成本比原回路稍高一些。