液压装置的节能设计与优化

第２期（总期４５期）　

２０１１年３月　澈体钴动与控副　

Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｎｏ．２（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．４５）　

Ｍａｔ．．２０１１　

液压系统节能的应用与发展　

苏欣平　杨钢　肖汇　杨成禹。吴学深。　

（１．军事交通学院军事物流系天津３００１６１；２．军事交通学院研究生二队天津３００１６１）　

摘要：节约能源已经成为当今社会的主流，对于液压技术领域中的液压节能技术的探讨也逐渐提到议事日程。为　此，文中主要介绍了几种节能液压元件和典型的节能液压系统的应用状况，并对液压技术的节能发展趋势进行了阐　述。　关键词：机械设计；液压元件；液压系统；节能技术　

中图分类号：ＴＨ１３７．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２．８９０４（２０１１）０２．００６１．００３　

引言　

当前能源和节能问题１３益受到人们重视，液压　

系统的节能设计也成为液压技术工作者所关注的重　

大课题，液压系统节能的目的是提高系统的能量利用　

率或提高系统的效率。液压系统效率的高低是其重　

要性能指标之一。通过对液压系统的控制元件、执行　

元件、工作介质和辅助装置等方面进行改进，可收到　

良好的节能效果。　

ｌ液压元件的节能技术　

液压元件的能耗表现在液压元件在工作时，会引　

起元件及其在连接部位产生泄漏、内摩擦及发热等。　

其中以液压泵、马达损失最大，其次是各种阀类，如溢　

流阀的溢流损失，以及设在液压缸或马达的回油路上　

的背压阀的压力损失等。常用的节能液压元件有限　

压式变量泵、恒功率变量泵、恒压式变量泵、蓄能器、　

电液伺服阀、集成阀等。　

１．１低功耗电磁阀　

电磁阀是各类液压控制阀中使用最多的一种，故　

它们的总功耗不能忽视。以往电磁阀中配用的电磁　

铁耗能均在１０　ｗ以上，功耗较大。近年来，开发和研　

制的低功耗电磁阀，由于采用了先导式双级控制和合　

理设计阀内弹簧等技术措施，使电磁阀的驱动功率下　

收稿日期：２０１０．１１－１５　

浅谈节能液压泵及配套设施的应用

在低碳环保生产的今天，石油行业既是生产能源的行业，又是能耗较大的行业。目前国内自喷井较少，绝大多数油井在采用有杆泵采油。在有杆泵采油过程中耗费在杆柱自重、杆柱摩擦、地面设备上的损耗较大。而目前所使用的各种无杆泵又受部分技术条件及设计原理的影响节能效果不明显，如水力喷射泵、电潜式离心泵、直线电机式柱塞泵等。因此急需一种更加节能的无杆泵抽油系统。

1 传统抽油设备的特点及存在问题

（1）经久耐用、维护方便，全世界80%采用常规有杆抽油泵，中国90%采用常规有杆抽油泵。（2）下行阻力大，抽油杆偏磨十分严重，容易造成抽油杆断脱和油管漏失。（3）系统效率低，抽油机的主要功率，大部分消耗在机械传动中，一般有用功仅为20%～40%。（4）泵效低。（5）受气体影响严重，甚至出现气锁。（6）维护成本高，传统抽油机地面部分体积庞大，维护繁琐，成本高。

2 节能液压泵原理

针对上述缺点利用地面下入液压管与油井油管形成液压液与油管内地层液U型管的原理，超低能耗地将地下原油举升至地面。地面动能只需克服地层液在油管内的摩阻、液压液在液压管内的摩阻、地层液到达地面后需举升的水头。

图1 节能液压泵示意图

3 地面液压系统

3.1 地面液压系统方案

地面液压系统实施其主要由控制器、液压控制阀、液压泵、变频电机、流量计、信号放大器等组成，其可实现井下液压泵的动力供给、采油的自动控制、产量自动计量显示等功能。其中，控制器由PLC、触摸屏、变频器、继电器等组成，可通过操作面板按钮或触摸屏实现自动循环采油、单步运行以及手动调试控制。液压泵站采用旁置式，结构简单、可靠、维修方便。

3.2 液控系统原理及功能

地面液压系统的原理如图2所示，其中，三位五通电磁阀（6）可实现井下液压泵的上行、下行以及任意位置的停止；调速阀（3、4）和（2、5）二位二通电磁阀组成井下液压泵上行和下行的调速，以实现上行运行时间和下行运行时间的调整；电磁阀（7）和溢流阀（8）组成压力控制回路，溢流阀用于限定系统压力，电磁阀用于系统卸荷，以便空载时迅速启动。

２０１　１年第４期　液压与气动　３１　

基于节能的液压系统设计　

吴海荣　

Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　

ＷＵ　Ｈａｉ—ｒｏｎｇ　

（聊城大学汽车与交通工程学院，山东聊城２５２０５９）　

摘要：分析了液压系统各部分对系统工作造成的能量损失，指出了系统节能的主要措施，并重点从液　

压元件的选型、系统原理图的确定以及系统结构优化和合理布局等方面，阐述了液压系统节能设计的具体步　

骤，从而提高了系统工作效率，达到了节能目的。　

关键词：节能；液压系统；设计　

中图分类号：ＴＨ１３７．７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１１）０４－００３１－０３　

１　引言　

液压技术凭借其突出的优点，成功用于功率偏大、　

运动过程需要控制和调节的地方。但一般液压系统的　

实际工作效率不高，大多只有５０％左右　Ｊ，这通常是　

由于设计和使用液压系统时，只侧重于系统的工作能　

力、可靠性和成本，而忽视了系统工作效率所致。随着　

能源供应日趋紧张，开展液压系统节能研究，对液压系　

统设计过程中应注意的问题进行分析，是非常必要的。　

任何一个完整的液压系统都是由动力元件、控制　

元件、执行元件、辅助装置和工作介质五大部分组成，　

其能量转换和传递情况如图１所示。　

图１液压系统能量转换和传递图解　

２能量损失　

液压系统的能量损失表现为压力损失，它会使液　

压能转变为热能，这不仅浪费了大量的能量，还会导致　

系统温度升高，特别是会使工作介质急速变质老化。　

每温升１５℃会使矿物油介质使用寿命约降低１０　

倍　。过渡温升还会导致液压元件和系统的可靠性、　

稳定性、寿命大大降低，是诱发各种故障的主要潜在原　

因。根据图１可能量损失划分为以下几类。　

２．１动力元件的能量转换损失　

动力元件主要指液压泵，在将机械能转化为液压　

能的过程中所导致的能量转换损失主要是因摩擦而产　生的机械损失和因泄漏而产生的容积损失，可分别用　

液压传动系统在节能环保中的探讨

1 生物可降解液压油

1.1 生物可降解液压油的概念

所谓生物可降解液压油是指在液压系统的工作過程中不仅能够满足系统的工作要求并且在此过程中不产生危害环境污染物的液压油。其主要的指标在于生物可降解特性，它是液压系统产生的污染物被生物的分解作用分解为简单的无机物的过程。

1.2 构成生物可降解液压油

与普通的矿物型液压油一致的是生物可降解液压油也是由基础油和添加剂构成的，但其特性决定了它与其他物质的不同。

（1）基础油。在通常情况下，基础油在液压油中的比重占到80%以上，所以在液传动系统的工作过程中基础油起着重要作用。在国外，生物可降解液压油中使用的主要有植物油和合成酯两种。由植物构成基础油的润滑性能良好，并且因无毒性而很容易进行生物降解。植物性的基础油主要是有自然界中的植物提炼的，如大豆、向日葵等。较合成酯而言，植物油型基础油更加便宜，但是植物型油的缺点在于其在温度高于90 ℃时便会出现氧化，其倾点是-1 5 ℃，所以其高低温性能较不理想。与植物油型相比，合成酯型油具有较好的降解能力同时能够在低高温时保持良好的使用状态。所以在液压传动系统的工作过程中，合成酯型基础油被广泛使用。

（2）添加剂。润滑油脂添加剂主要是对矿物油而言的，所以在制造过程中很少考虑环保和健康的因素。生物可降解润滑油的设计过程中要注意无毒性和低污染以及可降解性。所以研制可降解的润滑油是目前的重要研究内容之一，但是现阶段该工作的实施还处于起步阶段。我们必须利用现有的各种先进的信息技术、摩擦磨损技术以及新材料和润滑技术等使可降解的润滑油早日出现。

2 节能环保液压技术的发展 针对液压系统对环境的危害，需要在现代社会的液压传动系统的工作中发展环保液压技术，提高生态环境与液压传统系统之间的和谐性。所以在综合考虑对环境和资源的影响下提出了绿色设计和制造技术，这是机械制造业中可持续发展思想的主要应用之一。基本的观念在于在液压传动系统工作的基础上引入环境的概念，同时将环境的要求置于优先考虑的地位。主要的设计原则有：（1）最佳的资源利用原则。针对原材料较少的情况，尽量使用代用材料，同时注意在使用过程中减少材料的使用，以利于在产品报废之后对材料进行积极的回收，提高产品的可靠性和使用时间。（2）环保型原件和材料的使用。对工作过程中用到的液体、密封件以及其他元件减少其对环境的损害。（3）最少的能耗原则。要使用相容性较好的各种材料，尽量不使用难以回收和不能回收的材料，在保证产品性能的基础上，确定使用时间，减少其在使用中的消耗。（4）采用先进理念设计原则。注意在设计过程中不断的优化产品的性能，树立品牌意识。在产品性能相同时，尽量选择结构简单易于拆装的产品。