浅析液压传动系统中的能耗问题

1、浅析液压传动系统中的能耗问题目录浅析液压传动系统中的能耗问题 1摘要1关键词1、 、-刖言11液压传动的认知21.1液压传动的组成21.2液压元件分类31.3液压传动的优点32液压系统的功率损失计算 42.1泵的功率损失42.2管路系统的损失 42.3马达和油缸的损失43减少能耗，充分利用能量53.1减少能量损失53.2泄露控制54液压系统发热的控制55、液压系统的冷却66能耗分析的发展情况7谢辞7参考文献8浅析液压传动系统中的能耗问题摘要：液压传动是工业生产中不可或缺的一部分，其应用范围极其广 泛，给工业生产中带来许多便利，但也有些与不足，由于能耗问题大 大制约了其工作效率。本文就液压传动系

2、统其结构、工作原理、能耗 原因,对液压传动系统中的能耗问题给予分析。关键词：液压传动；构成；认知；原理；分析；结论液压传动应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等； 行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业用的冶金机械、 提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降 装置、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等；船舶用的甲板 起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线控 制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装 置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等

3、。我国液压行业已形成了门类齐全，有一定生产能力和技术水平，初级规模的 生产科研体系。目前全国约有近 300家企业，还有液压研究所，国家级液压元件 质量监督检测中心以及国家重点实验室。目前，液压元件产品约有1000个品种,近1000个规格。通过科技攻关和技术引进，产品水平有一定的提高，生产出一些 具有世界水平的产品。另外，在 CAD和CAT技术、污染控制、故障诊断、机电一 体化、海水及高水剂溶液的应用、现代控制技术的应用等方面取得了令人欣喜的 成果，并以用于生产。我国液压工业重视同国外企业进行有效的经济和技术合作， 近年来先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等制造技术，为提高产品水平 和生产能

4、力起了重要的作用。走向二一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突 破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。液压传动是工业的重要的部分，但在液压传动系统中不可避免的会出现能耗 问题，能耗问题是无法从根本上避免的，我问要做的事尽可能的减少其危害，尽 量提高其工作效率，从而提高工业生产力，创造更多的价值，本文介绍了液压传 动系统的构成应用及工作原理等一系列问题借此给液压传动系统的能耗问题以分 析，给出一些合理的建议。1液压传动的认知：1795年英国约瑟夫布拉曼（Joseph Braman,1749-1814），在伦敦用水作为工 作介质，以水压机的形式将其应用于工业上， 诞

5、生了世界上第一台水压机。1905年 将工作介质水改为油，又进一步得到改善。第二次世界大战（1941-1945）期间，在美国机床中有30沁用了液压传动。应 该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近 20多年。在1955年前后，日 本迅速发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。近2030年间，液压传动 发展迅速，在机械方面有广泛的发展领域。液压传动有许多突出的优点，因此它的应用非常广泛，如一般工。业用的塑 料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、 汽车等；钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等；土木水利工程用 的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥

6、梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装 置、核发电厂等等；船舶用的甲板起重机械（绞车）、船头门、舱壁阀、船尾推 进器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工 业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方 向舵控制装置等。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的 压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借 助于液压执行元件（缸或马达）把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构， 实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的 作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类

7、似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分 析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。1.1液压传动的组成液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制 元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。1.1.1动力元件（油泵）它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能；是液压传动中的动 力部分。1.1.2执行元件（油缸、液压马达）它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运 动。1.1.3控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的 速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向

8、进行调节控制。1.1.4辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、 管件各种管接头（扩口式、焊接式、卡套式）、高压球阀、快换接头、软管总成、 测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。1.1.5工作介质工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现 能量转换。1.2液压元件分类动力元件 齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵 执行元件一一液压缸：活塞液压缸、柱塞液压缸、摆动液压缸、组合液压缸 液压马达：齿轮式液压马达、叶片液压马达、柱塞液压马达控制元件方向控制阀：单向阀、换向阀压力控制阀：溢流阀、减压阀、顺序阀、压力继电器等流量控制阀：节流阀、调速

9、阀、分流阀辅助元件 蓄能器、过滤器、冷却器、加热器、油管、管接头、油箱、压力 计、流量计、密圭寸装置等。1.3液压传动的优点1.3.1体积小、重量轻，例如同功率液压马达的重量只有电动机的10%20%因此惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；1.3.2能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1： 2000（ 一般为1： 100）。1.3.3换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋 转和直线往复运动的转换；1.3.4液压泵和液压马达之间用油管连接，在空间布置上彼此不受严格限制;1.3.5由于采用油液为工作介质，元件相对运动表面

10、间能自行润滑，磨损小，使用 寿命长；1.3.6操纵控制简便，自动化程度高1.3.7容易实现过载保护1.3.8液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。2液压系统的功率损失计算2.1泵的功率损失泵的功率损失主要包括溶积损失和机械损失。容积损失是泵在工作过程中其 高压腔有少量压力油经间隙泄漏到底压腔。压力越高油的粘度越低，泄漏量越大。 因此泵的实际输出流量小于理论流量。机械损失主要由两部分组成：一是泵在工 作过程中，泵内相对运动件之间的机械摩擦引起的转矩损失：二是泵内油液的粘 度所引起的转矩损失。这量损失分别反映了泵的容积效率n v和机械效率n m泵的总效率n为：n = n v

11、x n m2.2管路系统的损失管路系统中的损失包括压力损失和溶剂损失。液压系统管路通常由若干段管 道串联而成，其中每一段形成局部阻力。构成管路系统压力损失是沿程压力损失 和局部压力损失。再保证相邻两局部阻力处之间有足够距离的情况下，管路系统 的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有串联起来的局部损失之和，1r 2即：ZAP =2AP k + ZAP r =艺入 y + 1/d x v /2g + 艺 S v/2g2.3马达和油缸的损失马达的结构和泵相似，工作过程中同样存在着容积损失和机械损失，油缸工 作过程中也存在着摩擦阻力、密封阻力及惯性阻力，存在着泄漏和外泄漏。它们 反映了执行组件的容积效率

12、和机械效率。液压系统的总效率为：n =n p xn c x n 1泵的总效率执行组建的总效率n i 回路的总效率n 液压系统的总效率上诉各项能量损失转变为热能，使油液温度升高 液压系统的总发热量为：Q=P(1- n ) 式中Pi-液压泵的输出功率液压系统的总效率系统所产生的热量主要由邮箱散发到空气中。当系统工作一段时间后，处于热平衡状态，油温不再升高，继续工作所产生的热量将由热表面散发。散热量计 算可用：Ce=k?A2A t式中k 散热系数，取决于通风情况和冷却方法A散发面积A t 系统温度系统达到热平衡状态时：Q=Q即 p i(l- n )=K?A?A t则 A t= P i(1- n )/

13、K ?A随着液压传动的广泛应用，给人们带来快捷高效率的同时我们也要面对它本 身所带来的各种问题，其中能耗问题是液压传动系统中不可避免的问题，从能量 守恒定律我们可以知道，能耗问题是无法从根本上避免的，但是随着科技的发展 我们可以尽量减小其工作过程中的能量损耗。3减少能耗，充分利用能量3.1减少能量损失 3.1.1减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。3.1.2减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量。3.1.3采用静压技术，新型密封材料；减少摩擦损失。3.1.4改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路3.2泄露控制泄露控制主要包括两个方面：既要防止液

14、体泄漏到外部造成环境污染，又要 防止外部环境对系统的侵害。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和 复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头、电机泵组 合装置。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。设计新型的活塞杆防 护装置等。4液压系统发热的控制油液的升温问题是液压系统大部分故障的主要潜在诱发原因。油温升高会引 起油液粘度降低，漏损增大容积效率降低，且影响流量阀的流量特性，造成系统 工作不稳定。油温升高。引起运动件间的间隙变化，升温太大会是油质发生变化, 严重时会使机床产生热变形。特别是在炎热的夏天，往往工作两小时后就赶到烫 手，工作就不得不停下来，严重影响了设

15、备的利用率和企业的生产率。所以说液 压系统的发热问题。必须控制。液压系统的能量损失的控制方法有以下几个方面:4.1充分利用电机的容量充分充分利用电机的容量，尽量使电机在高效率的状态下工作。液压设备一 般需要经过电能-机械能-液压能-机械能三次能量转换，提高原动机的 效率往往被忽略，目前工程机械中存在着由于液压设备原动机过大或负载在不同 的工作阶段上不均衡导致电机在较低的功率因素下工作，这是一种浪费，必须合 理的选择电机容量。4.2提高液压泵和执行组件的效率泵和执行组件的效率包括容积效率和机械效率，我们往往只重视溶积损失的 问题，却忽略了泵结构的研究、低摩擦问题的研究，近年来国外通过开展各种变

16、量泵低摩擦密封材料的研究，取得了一定的效果。4.3降低管路系统的能量损失提高原动机的效率和提高液压泵、执行组件的效率总是有一定的限制的，降 低管路系统的能量损失是最根本的办法。当明确了设计要求后，通过调查研究， 了解和收集一些先进技术资料，进行综合设计比较，确定合理的管路系统方案， 其中关键是调速方案。因为调速问题往往是机床液压系统的核心问题。设计者应 对各种调速回路的工作原理、性能特点、适应范围深入了解，灵活运用。具体措 施为：4.3.1方案应力求简单，在满足要求的情况下，力求回路简单、元件数量少、管路短。4.3.2泵的规格应慎重选择，尽可能减少流量过剩。4.3.3结构参数应合理设计，从而保

17、证原动机的使用效率5、液压系统的冷却如果发热升温问题仍然影响到生产，那么可以考虑冷却系统或冷却设备以及 其他办法。如国产的J113A型压铸机，夏天工作两小时以上油箱中的油温就高达 45度以上，油温高必然导致粘度降低，内泄漏增加，机器加压时间加长，严重影 响生产。如压铸机采用的是在油箱中安装蛇形冷却管，溢溢流阀和卸荷阀的回流 实现回油箱在冷却，通过对系统发热量的计算，由溢流阀和卸荷阀所产生的热量 占系统总热量的百分之七十以上。如果对该机进行冷却系统的改进，只要多买一 台多管式水冷却器，多弯几根油管就可以解决油管发热的问题。综上所诉，要减少系统的发热，必须减少系统的能量损耗，通过合理的设计、 选择，尽量把能量控制在最低程度上。6、能耗分析的发展情况：自液压机诞生以来，能耗问题一直是液压系统设计工作者深入研究的问题， 效率也是他们必须面对和解决的问题。由于液压机使用的介质是油液和其他液体 介质，这也就决定了其能耗分析的特殊性，比如：雷诺。达西等人通过对管路中 油液的性能分析，提出了雷诺数，达西公式等著名公式，这使得对油压机系统的 能耗分析从理论上更近了一步，而后来的一些学者或工程师也只能停留在原来的 基础上，只不过对整个系统进行了分析。比如：波音公司的George R.Keller 他