液压挖掘机动力系统功率匹配及其节能控制措施

摘  要：液压挖掘机由于其独特的优势，在工程中获得广泛应用，但液压挖掘机能耗巨大，如果控制不当，就会直接导致液压挖掘机应用成本的提高，因此需要认真做好功率匹配和节能控制工作。基于此，本文对液压挖掘机动力系统功率匹配及其节能控制措施进行探讨，以期进一步推动我国工程事业的高质量发展。

关键词：液压挖掘机;动力系统;功率匹配

中图分类号：U270.1    文献标识码：A         文章编号：2096-6903（2020）07-0000-00

0前言

液压挖掘机在土方作业中有着非常重要的应用，因此在其节能技术的研究中投入了大量人力、物力及财力。当前，我国液压挖掘机节能技术相对落后，甚至部分领域处于空白状态。随着全球能源形势的不断紧张，其节能性能的好坏对液压挖掘应用前景和土方工程发展前景有着直接影响。为此，有必要对挖掘机的功率损失、节能控制进行研究，以期对我国挖掘机节能技术的发展起到推动作用。

1挖掘机的主要功率损失

挖掘机液压传动紧密联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。其结构主要是由发动机、液压系统、工作装置、行走装置和电气控制等部分组成，由于挖掘机的工作条件恶劣，要求实现的动作复杂，于是对液压系统的设计提出了更高要求。因此，对挖掘机液压系统的分析设计已成为推动挖掘机发展的重要一环。单斗液压挖拓机作为一种周期作业的机械設备，其由工作装置、回转装置和行走装置三部分组成。工作装置包括动有动臂、斗杆以及根据工作需要可更换的各种换装设备，如正铲、反铲、装载斗和抓斗等[1]。

研究发现负载过重会直接导致安全阀溢流耗能情况。液压挖掘机属于一种大型的耗能设备，设备运行能耗相对较大。为了保证挖掘机的使用寿命，需要液压油在到达设定压力之后开启安全阀，让压力油顺利流回到油箱当中。在液压油流回油箱的过程中，会做大量的无用功，因此能耗损失情况比较严重，这就是溢流损失问题。

微动操作的功率损失。微动耗能主要是指挖掘机作业过程中的耗能。在挖掘机挖掘作业过程中，进行微动操作。这时，为了克服工作负载，就会建立相应的压力通道，大部分液压油会溢流会油箱当中，这部分的能耗损失也是比较严重的[2]。

压力管道的沿程损失和局部损失。在高压液压油流动过程中，会直接导致局部损失和沿程损失。在液压油回路当中，包含大量的管道、接头、阀口，其都会导致压力损失情况。此外，如果液压管道走向不合理，也会直接导致管道压力过大情况的发生。

柴油机与液压泵匹配导致压力损失。柴油机在实际运行过程中，都有一个最佳输出功率匹配点，如果作业能耗功率不能控制在最佳点附近，就会导致液压系统的能耗增大。在挖掘机实际运行过程中，挖掘机的运行负荷往往变化比较大，如果油门稳定在定速上，就会导致液压泵的工况不能控制在最佳能耗点上，造成挖掘机的能耗相对较大等问题。

2挖掘机节能控制技术的发展现状

采用更加先进的节能液压系统。当前，节能液压技术发展取得了非常大的进步。国内的液压挖掘机节能控制系统，很多都是在国外先进液压节能技术上发展起来的，其主要包括负流量控制、负载传感控制系统等。在选择多路阀以及液压泵方面，通常采用的是日本生产的多路阀和变量泵。

采用国外生产的高性能柴油机。目前，我国柴油机技术发展相对缓慢，且并不是为工程机械特制的，需要通过调整的方法来满足工程柴油机的应用需求。国内生产的柴油机在实际使用过程中，经常会存在扭矩储备低、附件消耗功率大、油耗高等问题。为了保证工程机械的运行效果，很多工程柴油机需要进口，如美国的康明斯、日本五十铃、洋马等。

发动机与液压系统的匹配。该技术的发展前景比较乐观。为了保证液压挖掘机的节能效果，需要对该项技术进行深入研究。很多工程机械制造商在工程机械研发过程中，投入大量人力和物力，通过发动机和液压泵电控程序来进行控制，能够实时对柴油机运行功率进行调节，因此实际应用效果比较突出。

合资企业和独资企业在节能技术研究中合作越来越密切。当前很多国内著名的独资或者合资企业，在液压挖掘机的研发过程中，投入了非常大的力量，并在相关节能技术的研究中取得了一定成果。

3 液压挖掘机功率匹配节能控制方案

想要液压挖掘机功率匹配和节能控制有良好的效果，就需要将柴油机与液压泵之间、液压泵与液压系统之间、液压系统与负载之间的能耗损失全部考虑在内，这样才能保证液压系统的节能效果。只有找到最佳的燃油经济工作曲线，才能合理确定液压挖掘机的功率、转速、扭矩等的最佳值。

工程方案设计。通过设计技术方案，能将柴油机的运行状态液压泵的输出功率控制在比较合理的范围内，让柴油机运行在最佳特性曲线附近。为了有效改善柴油机与液压泵之间的适应性，需要根据液压泵信号的反馈，直接通过电控系统来调节液压泵的输入功率，保证柴油机输出功率的匹配效果，减少柴油机运行波动，在提升其运行效率的同时，还能有效降低其运行能耗。此外，通过对电液伺服技术的应用，可以准确、快速调节液压泵与负载环节之间的阀控制液压系统。通过这两个措施，可以进一步提升其负荷工况下的动力性和燃油经济性，保证液压挖掘机的节能效果。

认真做好工作模式的选择。为了有效适应挖掘机负载变动过于频繁的情况，需要根据挖掘机实际运行工况，合理对油门位置进行选择，然后找到相应动力模式下的柴油机转速和液压泵控制特性。液压挖掘机的动力模式主要包括重负荷挖掘模式、标准作业模式、轻载作业模式、怠速模式等。

4液压挖掘机节能控制系统设计建议

改进液压系统，提升其节能效果。在挖掘机液压系统改进过程中，应该从液压系统工作元件和工作环节进行改进。首先，应该尽量使用变量泵，并采用压力感应的恒功率控制装置，从而起到有效的节能效果。为了提升柴油机功率利用率，就应该将节流调速变为容积调速，尽量减少溢流损失和节流损失，实现对压力的实时调整，保证液压系统的工作效率，降低系统能耗。最后，还可以采用开式系统，通过负流量或者正流量控制的方式与中心系统配合从而对负载传感压力进行有效补偿，从而达到节省能耗的作用。

能量再生和回收利用。在液壓挖掘机作业过程中，动能的损失往往比较严重，可以通过能量回收系统对这些动能进行利用。通过合理设置再生回路，对回油进行高效利用，保证工作装置的作业速度，改善其操纵性能和液压系统的能耗，提升设备运行效率。

柴油机和液压泵的综合控制。在柴油机的综合控制过程中，需要采用三个方面的控制措施。首先，应该实现二者之间的最佳功率匹配，保证柴油机的功率利用率，通过使用转速感应装置来充分发挥柴油机的运行效率，降低其运行能耗。此外，可以根据挖掘机运行工况，合理对动力模式进行选择，将柴油机的油门位置、运行转速控制在最佳状态。通过将发动机和液压泵联合工作在最高效率点上，保证动力系统的工作性能，提升系统运行的经济性和可靠性。

5结语

随着时代的发展，对液压挖掘机的使用提出了更高要求。为了进一步保证液压挖掘机的运行效果，需要认真做好挖掘机的功率匹配和节能控制工作，将其运行能耗控制在合理的范围之内。

参考文献

[1]蒙文德，王扬敬，郭福力，等.基于转速控制的液压挖掘机全局功率匹配方案[J].现代工业经济和信息化，2018（2）：22-23.

[2]陈鹏飞.液压挖掘机功率匹配与效率控制技术研究[J].现代制造技术与装备，2016（7）：33-34.

收稿日期：2020-06-06

作者简介：王龙（1985—），男，山东临沂人，本科，工程师，研究方向：整机及液压系统。

Hydraulic Excavator Power System Power Matching and Its Energy-saving Control Measures

WANG Long

（Strong Construction Machinery Co.， Ltd.，Linyi Shandong  276000）

Abstract：Hydraulic excavators are widely used in engineering due to their unique advantages. However， hydraulic excavators consume huge amounts of energy. Improper control will directly increase the application cost of hydraulic excavators. Therefore， it is necessary to carefully do power matching and energy-saving control work . Based on this， this article discusses the power matching of the hydraulic excavator power system and its energy-saving control measures， in order to further promote the high-quality development of my country's engineering industry.

Keywords：hydraulic excavator; power system; power matching