液压挖掘机节能控制系统研究

1.韩宝庆 2.刘 蒙

1.身份证号码：21060319891028651x 2.身份证号码：371328198808054014

液压挖掘机节能控制系统研究

1.韩宝庆 2.刘 蒙

1.身份证号码：21060319891028651x 2.身份证号码：371328198808054014

液压挖掘机是重型机械设备，广泛应用在水利、交通、矿产、电力等工程建设中，其功率较大，因此能耗也较高。因为设备在工作中会在多个环节存在功率的损耗，造成一定的浪费，从而降低其使用效率。液压挖掘机的理论工作效率为95%，但实际运行中很难达到这个值。对此，人们需要积极地采用节能技术以能够减少挖掘机工作中的燃油消耗，提高设备的功率效率，节约成本，节约能源。现阶段设备生产厂家都非常重视挖掘机节能技术的研发与使用，并取得了一定的成果。

液压挖掘机；节能控制；系统

1 液压挖掘机的特点

1.1 液压挖掘机的结构特点

液压挖掘机是挖掘机的主要种类，其主要结构和功能部分由液压系统组成，利用帕斯卡原理通过油泵、缸体、马达、阀门的组合，做到对挖掘机动力部分和工作部分的有效组合，在结构上构成挖掘施工的主要功能部分，实现在施工中对土方、原材料、矿石、煤炭的挖掘。

1.2 液压挖掘机的系统特点

液压挖掘机系统由动力系统、液压系统、传动系统、行走系统组成，各系统采用不连续的策略进行组合，通过对挖掘机位置的改变和挖掘机状态的调整实现挖掘操作。由于系统间的配合存在一定的消耗，液压挖掘机的运行中会在系统上表现出能耗和无功损失，形成液压挖掘机工作中的能量浪费，这是液压挖掘机工作中必然产生的客观现象。

2 液压挖掘机能量损失的主要途径

由于液压挖掘机是依靠液压系统来驱动，从而实现化学能转化为机械能的，其在能量传递过程中的能量损失是不可避免的，其主要出现在一下几个方面。

2.1 机械损失

机械损失在实际情况中是不可避免的，只能尽量减少，在实际工作环境中，只要存在摩擦和相对运动就会产生机械损失。在液压挖掘机工作时，由于摩擦而发生能量损失，主要体现在摩擦频繁的部位，如液压缸活塞和发动机。这些部位由于相对运动频繁，其机械损失巨大，并且会产生很多的额热量，需要冷却系统。但是值得注意的是，随着液压挖掘机工作强度的增加，发动机转速的提高，其柴油机摩擦的能量损失将不断加大。因此，不能长期是液压挖掘机处于过荷状态，不但降低其使用寿命，还降低工作效率，加大成本。

2.2 泵的能量损失

液压泵在工作过程中也会存在能量损失，主要是由于泄露而产生的容积损失造成的能量损耗，以及泵中液体流动产生的摩擦使得能量发生损耗。因此泵的能量转化效率一般都不会很高，由于其转换时发热是不可避免的，产生热量就会造成能量的损耗。同时，泵自身的气密性和其本身的质量对其能量转化效率也有很大的影响，气密性好的泵，其由于容积损失造成的能量损耗就会大大减少，而其表面光滑，润滑性好的话，就会使得其摩擦造成的能量损失降低。

2.3 发动机和泵匹配时能量损失

在液压挖掘机的液压系统中，由于发动机的功率和泵的功率不可能完全同步，就使得发动机的输出功率大于液压泵的吸收功率，造成了其能量的损耗。这会使得一部分超出的功率白白浪费掉，造成了环境污染的同时，浪费了大量的燃料，并浪费了大量的不可再生资源。同时，在发动机和泵相结合的时候，其存在一个联合工作特性。其实际的工作效率和泵的压力和转速等有密切关系，由于其实际的工作情况不可能和当初设计的理想情况完全相吻合，而发动机自身的状态也不可能一直处于完美的工作状态，其必然会造成能量的损耗。

3 液压挖掘机节能控制方法

液压挖掘机的节能环节主要在于液压泵，基于液压泵的回路不同，这里以定量与变量两种泵对其节能控制技术进行探讨。

3.1 定量泵的节能方法

(1)多泵驱动回路。单定量泵是液压系统中最为基本的泵，而其应用的范围也有极大的限制。如果作业需求多速度、多载荷，它的工作效率将低于35%。因此，该种驱动回路匹配多载荷、多液压的液压挖掘机，相比节约功耗达到50%。(2)压力匹配液压回路。和普通回路相比，压力匹配液压回路中溢流阀除了排除多余的油液外还可以作为一种压力补偿法，这就保证了当负载变化时，节流阀的进、出口压差都是一个常量。从节能角度来看，液压泵的工作压力能自动和负载压力相适应，而且自始至终都比负载压力大，从而提高效率，减小损失。

3.2 变量泵的节能方法

(1)恒压变量泵。该设备能够基于压缩泵流量输出以达到挖掘机运行的目的，且相对溢流阀控液压能够节约其在溢流阀中流出的多余油量。因此可以有效地减少油量的浪费。(2)恒功率变量泵。该泵的原理是基于输出压力控制油量输出的多少。其能够将原动机保持在满负载状态下，所以具备了高功率、高效、低耗的特点。

本文通过对液压挖掘机能量损耗的研究，提出了各种不同的节能控制方法。节能技术的应用一方面可以提高其能量利用率，减少其燃油成本，而另一方面还间接的提高了发动机功率的利用率，提高了发动机的性能。为了实现国内液压挖掘机在国际市场的竞争力，研究液压挖掘机的节能控制系统，具有十分重要的意义。

[1]朱传宝，涂晓丹，邓园.液压挖掘机节能控制系统研究[J].建设机械技术与管理，2011，05：109-112.