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  液压挖掘机液压系统节能技术概况


  提高液压挖掘机液压系统的效率和减少其发热量是自液压挖掘机问世以来世界各大工程机械生产企业一直追求的主要目标之一。总体来说,目前液压挖掘机液压系统节能技术的研究可以概括为两个方面:一方面是基于控制策略和方法的节能研究,另一方面是基于液压系统结构改进的节能研究。
液压挖掘机液压系统节能技术概况

  1、基于控制策略和方法的节能研究


  1)负载敏感系统(LS 系统)


  负载敏感系统起源于 20 世纪 60 年代末的欧洲,该系统通过压力补偿器使流量分配不再受负载压力影响,大大提高了工程机械的可操作性,极大的避免了不必要的压力损失。


  最初的负载敏感系统,即普通负载敏感系统(Load Sensing System)采用阀前压力补偿,虽然有许多优点,但当负载所需流量大于主泵输出的流量极限时,大部分液压油将流向小负载所在油路,大负载油路的液压油流量迅速减小直至为零,导致工程机械失控。


  为 了 避 免 上 述 问 题, 力 士 乐 公 司 推 出了 与 负 载 无 关 的 流量 分 配 系 统,即采用阀后压力补偿的负载敏感系统,使上述问题得以解决。但当不同负载压差较大时,此类系统中低压负载的压力补偿器将产生较大的节流,是导致液压系统效率低下的主要原因。
液压挖掘机液压系统节能技术概况

  2)负流量控制系统


  负流量控制系统是一种闭环反馈控制系统,是把流量信号通过节流变为压力信号作为反馈信号控制变量泵的排量,使变量泵的排量随压力的增大而减小。 该控制系统在液压挖掘机的液压系统中是通过把系统主油路压力作为反馈信号,控制变量泵的排量,当挖掘机主控阀处于中位或微操作时,减小其主泵的排量,起到了降低液压挖掘机在待机或微动作时的能耗。


  3)正流量控制系统


  正流量控制系统通过先导压力直接控制变量泵的排量,使变量泵的排量随先导压力的增大而增大。在挖掘机液压系统中,该控制系统的先导压力取自控制手柄的最大先导压力,实现了控制手柄同时控制多路阀的开口量和变量泵的排量,即阀动泵动。


  与负流量控制系统相比,正流量控制系统的响应速度更快、流量波动更小、可操作性更强,但是正流量控制系统的复杂程度较高,导致其成本较高。


  2、基于液压系统结构改进的节能研究


  1)主控阀系统改进


  液压挖掘机主控阀的换向阀一般采用多路换向阀,通过多路阀阀芯的动作来实现对负载所需液压油方向、压力和流量的分配。然而多路阀属于滑阀结构,进出口油路是联动的,导致其必然存在无法同时满足负载进出口压力或流量的需求。


  比如当挖掘机动臂下降时,重力势能较大,和动臂油缸无杆腔相连的多路阀回油油路需要较大的节流,而和有杆腔相连的多路阀进油油路无需较大节流。传统的挖掘机为了防止失速,使多路阀处于半打开状态,导致进油口产生了较大且不必要的节流。


  2)泵控系统改进


  为了满足时代发展的需要,液压挖掘机也朝着大型化的方向发展,其泵控系统也因此经历了单泵单回路系统、双泵单回路系统、双泵双回路系统和多泵多回路系统四个主要阶段。


  基于成本和能耗的双重考虑,一般 15 吨以下的小型液压挖掘机采用单泵单回路系统;15 吨到 35 吨的中挖采用双泵双回路系统;35 吨以上的大挖和超大挖采用多泵多回路系统。

液压挖掘机液压系统节能技术概况
  3)二次调压技术应用


  把液压传动系统中机械能转换成液压能的元件称为一次元件或者初级元件,如液压泵;把液压能和机械能相互转换的元件称为二次元件或次级元件(Secondary Element),如液压变压器。二次调压技术在 20 世纪 70 年代由联邦德国汉堡联邦国防科技大学的 H. W. Nikolaos 教授首先提出,其是指在恒压网络中,为适应负载压力的变化,通过闭环调节控制将液压能和机械能相互转换的二次元件,从而控制负载运动的技术。


  到 20 世纪 80 年代,液压变压器依旧采用同轴连接的泵马达结构,其被称为传统液压变压器。荷兰的 Innas 和 Noax 公司在 1997 年联合提出了新型液压变压器的设计概念,并制造了一台样机,使二次调压技术再次得到了快速发展。


  5)能量回收技术应用


  能量回收技术可分为有蓄能元件和无蓄能元件两种。无蓄能元件回收是把回收的能量直接提供给其他的执行元件使用。有蓄能元件能量回收技术主要包括机械式、电力式和液压式三种形式的回收。其中,机械式常见的蓄能方式有:飞轮式、弹簧式、重力式。
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