液压系统油源节能设计论文

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1液压伺服振动系统的介绍

该液压伺服振动系统为试验室装置，用于试件的振动试验，每次试验任务，需多次间隔振动完成多套试件的振动试验，整个试验周期包括试件振动的工作周期和试件更换的待机周期，为保证试件的控制精度，要求待机周期油源不停机，液压系统处于保压状态。液压系统的设计，尤其是配套油源的设计，除满足技术参数要求外，试验室的场地和用电限制也需要同时考虑。该液压系统，不同工况输出功率存在较大的差异，对油源进行节能设计，提高能源利用率，是非常必要的。

2油源节能设计的技术分析和计算

该液压系统工作时为非连续振动，使得油源具有启动后工作周期的大流量输出和待机周期的小流量输出的特点。通过对液压系统的分析和计算，以及技术参数中的用电限制，油源的节能设计从两方面进行，一是充分利用蓄能器的储能功能，采用液压泵主供油、蓄能器短时辅助供油的方式，通过合理配比液压泵和蓄能器的供油量，减少流量过剩。二是通过设计多种功能液压回路，实现两种工况大小流量的切换和系统保压，尽量减少无用功耗。

2.1液压原理图

由定量泵、恒压变量泵、卸荷溢流阀、比例溢流阀和蓄能器等组成。工作周期，液压伺服振动系统需要大流量输入时，恒压变量泵处于最大排量摆角位置，定量输出，与定量泵和蓄能器联合供油，卸荷溢流阀作为安全阀，系统压力由比例溢流阀设定；待机周期，油源仅需要输出很小的流量补偿系统泄漏，卸荷溢流阀电磁阀开通，定量泵卸荷，恒压变量泵变量输出，比例溢流阀作为安全阀，系统压力由恒压变量泵设定。

2.2液压泵和蓄能器的供油量配比计算

油源节能设计充分利用蓄能器的储能功能，采用泵和蓄能器联合供油的方式。工作周期前，液压泵启动，系统压力由零压升到设定的最高工作压力，期间蓄能器进行储能；在工作周期内，液压泵连续供油，当泵输出流量不够时，系统压力开始下降，蓄能器储存的油液快速释放补充系统需要的流量。泵组的规格、数量，决定了系统装机功率的大小。泵组确定后，按照系统最大需要的输出流量，来配置蓄能器，考虑系统工作频率较高和蓄能器的频响情况，保守设计，工作周期蓄能器不充油，蓄能器工作周期前的储油量要能维持一个工作周期的补油量。

2.3液压回路的节能设计

该液压系统的工作周期和待机周期的流量需求差异较大，油源的节能设计充分利用恒压变量泵和卸荷回路的特点。油源设计的四套泵机组中，三套使用定量泵并联卸荷溢流阀，一套使用恒压变量泵，总油路并联比例溢流阀。由恒压变量泵并联溢流阀组成的油源，具有变量的特点，即当系统溢流阀的设定压力不高于泵的设定压力值时，溢流阀起到调节系统压力的作用，变量斜盘处于在最大摆角位置，该泵作为定量泵使用，系统流量固定，压力可调；当系统溢流阀压力高于泵的设定压力值时，系统压力由变量泵设定，变量泵的斜盘摆角会随着系统所需流量而变化，系统压力恒定，流量变化。由定量泵并联卸荷溢流阀组成的卸荷回路，可以实现定量泵的降压卸荷。

3液压系统启、停时，大规模蓄能器群组对系统压力的影响

液压系统启、停时，也是系统建立压力和卸荷压力的过程，期间同时进行着蓄能器的储能和释放的过程。该油源包含有36个100L的蓄能器，蓄能器总量3600L。所选用的蓄能器是皮囊式，蓄能器的工作是靠皮囊内气体的压缩实现的。液压系统启动，当泵站输出油液建立起来的系统压力高于蓄能器充气压力时，蓄能器气囊被压缩，压力油储存入蓄能器，由于气体的可压缩性远大于液体，达到设定的系统压力时间要大于无蓄能器的场合。所以在系统工作周期前应考虑系统建立压力的时间，提前启动泵机组。液压系统停机时，蓄能器内储存的高压油经由压力管路、比例溢流阀卸荷，随着压力下降，蓄能器内的气体快速膨胀，大量液压油流经卸荷回路，如果压力快速下降，会对通路造成很大的冲击。因此在比例溢流阀中设计卸荷节流，使系统压力平稳缓慢下降，直到压力降低到蓄能器的充气压力，蓄能器内的储油全部释放，压力才快速降到最低。

4总结

蓄能器补油、恒压变量泵油源、卸荷回路等是液压系统节能设计中常用的成熟技术。本油源的设计，依据该液压系统使用工况，将这几种看似普通的技术综合应用，合理利用了各个节能技术的优势，实现了液压系统工作周期的高压、大流量、大功率输出，待机周期的保压、小功率输出，将最大装机功率由1100kW降到440kW。随着科技的进步，探索研究新型的节能技术可更高效的利用能源，但务实、灵活、合理的综合使用成熟的节能技术，在工程设计领域也不失为节能技术的突破。

作者:王晓华单位:北京机械工业自动化研究所