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機械電子高壓一次系統設計
機械電子高壓一次系統設計
摘要：隨著我國經濟水平的不斷發展和進步，對于工程建設行業來說，也不例外，其發展勢頭同樣非常迅猛，伴隨著這種發展現狀，工程機械設備得到了越來越廣泛的應用，尤其是液壓機械設備，其數量和品種也在不斷增長和變化著。
在工程的建設過程中，機械的能源消耗是非常巨大的，液壓機械也不例外，其能源消耗是一個很大的數目，為了有效節約其在能源上的消耗，對液壓機械設備進行節能控制勢在必行的，同時要掌握液壓機械節能控制技術。
關鍵詞：機械電子 設計節能 系統
液壓系統的無功損耗都將變成熱能，使系統溫度升高。
而工作液的性能與溫度有著密切的關系，高溫會加速工作液老化，誘發各種故障，影響液壓元件的使用壽命和系統工作的可靠性。
因此，設計液壓系統時，研究和采用節能設計一直是液壓技術工作者所關注的重大課題之一。
同時，節能設計是根據能源審計的結果，為客戶的能源系統提出如何使用成熟的技術來提高能源利用效率、降低能源成本的整體方案和建議。
一、液壓機械節能控制技術的重要性
在我國經濟水平不斷發展和進步的大前提下，我國的各行各業都得到了迅猛的發展勢頭，對于工程建設行業來說也不例外，其發展勢頭也是非常迅猛的，特別是近些年來，各種類型的工程建設項目如雨后春筍般紛紛涌現，伴隨著這種發展現狀，工程機械設備在工程建設行業中得到了越來越廣泛的應用，而作為工程機械設備的一種類型-液壓機械設備，其在工程的施工上也得到了廣泛的應用，從整體上來看，工程機械設備的數量和品種在不斷地增長著，液壓機械設備也不例外。
眾所周知，在工程的建設的過程中，必然會需要施工機械設備加以輔助工程的施工，施工機械設備的數量也是非常龐大的，而大量的工程施工機械設備在施工過程中會消耗大量的資源和能源，同時還會排放污染物以及產生噪音、粉塵等污染，給環境帶來了嚴重的影響和負面作用，環境會受到污染，也不利于人們的身心健康，人們的身心健康會受到嚴重的威脅。
因此，機械設備的節能控制技術在當下顯得尤為地重要，對于液壓機械來說，其節能控制技術同樣顯得非常重要，充分了解和掌握液壓機械節能控制技術能夠使得在工程的施工過程中，其液壓機械設備的運用會更加凸顯出節能性，有利于減少液壓機械設備的能源和資源消耗，并減少液壓機械設備排放的污染物以及施工過程中產生的噪音、粉塵給人們身心健康帶來的危害。
二、液壓系統能量損失
液壓系統的能量損失表現為壓力損失，它會使液壓能轉變為熱能，這不僅浪費了大量的能量，還會導致系統溫度升高，特別是會使工作介質急速變質老化。
每溫升15℃會使礦物油介質使用壽命約降低10倍。
過渡溫升還會導致液壓元件和系統的可靠性、穩定性、壽命大大降低，是誘發各種故障的主要潛在原因。
1.動力元件的能量轉換損失。
動力元件主要指液壓泵，在將機械能轉化為液壓能的過程中所導致的能量轉換損失主要是因摩擦而產生的機械損失和因泄漏而產生的容積損失，可分別用機械效率和容積效率來表示，二者乘積即為液壓泵的總效率，它對整個系統的總效率影響很大。
這不僅與液壓泵的類型有關，還受運行工況以及磨損情況等因素的影響。
2.控制元件的能量損失。
控制元件主要是各類閥，它們都是液阻。
雖然借助液阻可以實現信號的轉換、檢測、參變量間的協調平衡和調節等多方面的控制功能，但液體流過液阻時會產生壓降，這必然會增加能量消耗，使系統總效率降低。
3.執行元件的能量轉換損失。
執行元件是指各種液壓缸和馬達，它們在液壓能轉換為機械能能過程中，同動力元件一樣存在著機械損失和容積損失。
對于帶有可靠密封的液壓缸，其泄漏量極小，容積損失可忽略不計，其能量轉換損失可主要考慮機械效率。
4.系統的結構與布局造成的能量損失。
了克服管道阻力，實際液體流動時會損耗一部分能量。
系統的結構與布局不同，其能量損失也不相同。
通常情況下，系統結構越復雜，液壓元件越多，液體流動方向和速度變化越多，能量損失就越大。
油液沿等直徑直管流動時，會產生沿程壓力損失;流經彎管、接頭等局部障礙時，會產生局部壓力損失，它們都會使系統中的功率損耗增加，造成能量損失。
5.動力源和負載特性不適應造成的匹配損失動力源供給系統的能量往往不能恰好和系統負載相適應，則低負載工況下，就會帶來能量供過于求的匹配損失。
如液壓系統的輸出壓力和流量分別大于執行元件所需的壓力、流量時，就會分別產生壓力過剩和流量過剩。
過剩越多，能量損失就越大，系統效率就越低。
三、液壓系統節能設計的步驟
合理設計液壓系統可有效減少系統 的能量損失。
一般情況下設計液壓系統時應遵守以下步驟：工況分析選擇執行元件一繪制系統原理圖——選擇動力元件——選擇控制元件——選擇輔助元件——性能驗算等。
節能設計時重點考慮液壓元件的選型、系統原理圖的確定以及系統的結構和布局等。
1.執行元件的選擇。
當要求系統輸出直線運動和力時，執行元件選擇液壓缸。
其參數主要根據工作壓力和結構參數來確定。
但設計具體結構時，應優化結構參數、改善加工工藝和密封條件，并根據不同的工作要求，合理地選擇結構形式，正確處理好泄漏和機械效率的矛盾，以達到節能的目的。
2.統原理圖的擬定。
擬定系統原理圖的任務主要是選出合適的基本回路，并把回路有機組合構成完整的系統原理圖。
從系統節能的角度出發，應優先選擇合適的節能回路，并使系統結構優化與布局合理。
其一選擇節能回路。
目前，常用的節能回路有卸荷回路、多級壓力控制回路、保壓回路、二次 凋節系統、能量回收回路等。
選擇時為最大限度地發揮節能效果應注意每種回路的特定應用場合下。
如：當系統負載壓力變化大時應采用多級壓力控制或 比例壓力控制回路 ;對于慣性較大的回路采用蓄能器功率回收回路等。
其二優化系統結構，合理布局。
在滿足性能要求的前提下，組合回路時，還要優化系統結構，合理布局，力求簡單可靠。
如：避免多余的元件和油路、管路連接盡量采用集成化設計、油管盡可能短并盡量減少彎頭數量等，以達到節能的目的。
3.動力元件的選擇。
動力元件液壓泵的選擇要注意以下幾個方面：第一，每種液壓泵的具體結構不同，效率的高低也不相同。
選擇時，應優先選擇高效率的液壓泵。
第二，要注意轉速對液壓泵效率的影響。
每一個液壓泵都存在一個最佳效率轉速范圍。
選擇時，要盡量讓泵在這一轉速范圍下工作。
第三，液壓泵的總效率一般在額定工況時最高，而且同一種回路，當負載壓力、流量接近液壓泵的額定值時回路的效率較高，因此，應使液壓泵和負載要求相匹配，以使回路在高效率下工作。
4.控制元件的選擇。
控制閥類元件的規格型號主要根據相應位置的最大工作壓力和最大流量來選擇。
即所選元件的額定壓力和額定流量要稍大于系統的最高工作壓力及實際通過控制閥的最大流量，但不宜過大，以確保系統的高效率和可靠性。
條件不允許時，可適當增大通過控制閥的流量 ，但不得超過控制閥額定流量的 20%，否則會造成不必要的能量損失。
5.輔助元件的選擇。
系統元件越少、管路越短、管道彎曲半徑越大，對系統造成的壓力損失越小;管接頭能承受系統工作時的振動和壓力沖擊，其密封性就好，對系統工作造成的泄漏就小;而其它輔助元件的選取或設計，要注意與其它元件的流量匹配，以減少輔助元件造成的能量損失。
總之，合理設計可以減少液壓系統各部分對系統工作造成的能量損失。
液壓系統的節能設計過程中，在滿足使用要求的前提下，可通過合理選擇高效率的液壓元件、正確選擇節能回路、優化結構并合理布置等方面，減少系統工作時的能量損失，使設計系統具有較高效率，以達到節能目的。
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