基于节能的液压系统分析与设计

　　0 引言

　　液压系统在机械装置和设备中使用广泛,但其工作效率一直不高。通常人们在设计和使用液压系统时,往往都只侧重于考虑系统的工作能力、可靠性和成本,而忽视了系统的工作效率。一般液压系统的实际工作效率大多只有50%左右,造成的能源浪费是非常严重的。因此,开展节能技术研究对于保持国民经济健康持续发展有着十分重要的意义。笔者对液压系统节能设计过程中应考虑的问题进行了探讨和分析。

　　1 液压系统工作效率的分析

　　在负载恒定、单工作行程的情况下,液压系统的总工作效率为:

　　式中: P_t为系统输出的有效功率; P_p为液压泵的输出功率;η_p为液压泵的工作效率;η_d为液压传动回路的工作效率;η_m为液压缸的工作效率。

　　下面以一个典型的恒压液压系统为例来分析液压系统的工作效率。该系统采用定量泵和溢流阀作为液压源，并在进油路上串联节流阀来控制负载的工作速度，如图1所示。

　　系统在实际运行时,随着工作负载的变化,输出的功率也是变化的,而且在系统工作循环中存在空行程以及循环过程中的必要停顿等因素,故系统工作循环时各个时间段内的输出功率是变化的,所以应根据系统工作循环图划分适当的时间区段,然后通过计算其平均功率来确定实际输出功率。

　　理论上,负载F变化时工作压力p₁就不是定值,这时p_p是根据p₁的最大值来调定的。当A和p_p调定后,工作压力p₁就随着负载F呈正比变化,而流入液压缸的流量q₁就随着负载F呈反比变化,变化曲线如图2所示,此时油缸的有效功率P_t为:

　　式中: C、φ分别为节流阀的系数和指数; A为节流阀的通流截面面积; q₁为流入液压缸的流量; p_p为液压泵的供油压力; p₁为液压缸的工作压力。式(2)表明,油缸的有效功率P_t随工作压力p₁的变化而变化,其变化情况如图2中曲线1所示,即进口节流调速回路在负载变化时的有效功率-负载变化曲线。

　　当时,油缸获得最大输出功率:

　　当节流阀孔为薄壁孔,时,油缸输出的最大有效功率为:

　　其中: , q’1是A和p_p为某一定值且p₁=0时通过节流阀的流量。

　　图2中的曲线2是流入液压缸的流量-压力曲线,当不考虑液压泵、液压缸和管路的功率损失且节流孔为薄壁孔时,系统的最高工作效率为: