你當前的位置主頁>>液壓與氣動>>技術論文資料 一種新型的節能低熱耗液壓調速回路
             一種新型的節能低熱耗液壓調速回路
                  羅靜   柳雪春   云飛
  摘要: 該液壓調速回路針對小流量(15 L/min以下)場合,創造性地采用了蓄能器的蓄能緩沖作用,避免了縫隙溢流產生的溫升,并且能將電動機空轉時的能耗儲存起來,達到節能的目的,是一種實用新型的液壓調速回路。
  1、引言
   在許多液壓系統中都會遇到這樣的工藝要求:為了提高效率,空行程時需快速移動;加壓時需慢速加壓,因此經常需要用到調速回路。傳統的調速回路主要有:節流調速回路和容積調速回路。節流調速用于小流量的定量泵調速系統中。其用途有2種:第1種是整個行程調速,這時采用主進油口節流,溢流閥溢流,如圖1(a)。第2種是分段節流,這時是空程不節流,加壓低速時節流,如圖1(b)。容積調速就是通過改變泵的每轉排量來調節執行元件速度的一種調速方法。它不需要節流和溢流,所以能量利用比較合理,效率高而發熱少,在大功率工程機械的液壓系統中廣泛使用。
         
    1.1 節流調速的優缺點
 節流調速的優點是:結構簡單、成本低、使用維護方便,所以在機床的小流量的液壓系統中應用很廣。其缺點是:調速穩定性差、系統效率低。液體經過節流閥時有節流損失,多余的油液通過溢流閥回油箱,有溢流損失。損失的能量轉變為熱能,使油液發熱,當油液溫升過高時,就會影響機床液壓系統的工作性能,并縮短油液的使用期限。因此這種調速方法多用在功率不大的場合。
   1.2 容積調速的優缺點
 容積調速基本回路的優點是:調速穩定性好,系統效率高,發熱少,沒有溢流損失和節流損失。適用于功率較大并需要有一定調速范圍的系統中。其缺點是:變量泵或采用雙流量泵的結構較復雜,設備投資費用較高。
     1.3 課題的由來
   為避免節流調速和容積調速的缺點,在流量較大的液壓系統中可以采用分段調速的方法,如在流量大于36L/min(經驗值)的場合,要求調速范圍較大時,為了減小節流調速時的能量損失和容積調速時的變量泵容量,一般采用多泵供油的分段調速回路,如圖2為高低壓雙泵快速回路。即采用2個或3個流量不同的液壓泵組合成供油系統。系統空行程時,因外載荷較小,卸荷閥3關閉,低壓大流量泵2和高壓小流量泵1同時向液壓缸供油,實現快速進給。加壓時,高壓小流量泵工作,低壓大流量泵卸載,如果工藝需要加壓和保壓時間較長,可以通過壓力繼電器或行程開關等控制大流量泵停機,來減少空載的時間,從而減少功率損失,達到節能的目的。工作時根據所需流量的大小,液壓泵通過組合進行供油,以滿足不同調速要求。同時如果油路上采用節流調速可獲得連續的無級調速。這樣可擴大調速范圍,減少能量損失。
            
   對于流量較小的場合,如流量在15L/min以下的場合,再采用這種調速方式經濟性就差了,針對這樣的情況,我們設計了一種既避免節流調速因縫隙溢流帶來的油液發熱的問題,且積蓄了電動機空載時的能量,是一種新型節能實用的液壓調速回路,可以適合許多小流量需實現調速的場合。
   2、新型節能低熱耗節流調速回路的工作原理
   現實生產中常常遇到流量在15L/min以下,且有如下工藝要求的回路:快速上升→慢速加壓→保壓→快速下降。對于這樣的工藝要求,一般采用節流閥與溢流閥配合的節流調速,其優缺點前面已加以闡述。本此設計的新型節流調速回路可節能,且能避免溢流閥溢流帶來的油溫升高的情況。其工作原理如圖3所示。
              
   當起動液壓泵后,1DT、2DT、4DT同時通電,實現快速供油,線路如下:
  
   回油:液壓缸9上腔油液→電磁閥7→油箱。
   此時液壓泵和蓄能器同時供液,流量增加,液壓缸快速上升(注:蓄能器要有足夠大的預壓力,使蓄能器供給液壓缸快速上升完畢后, 蓄能器壓力不能低于工作壓力,以避免系統加不上高壓),當快速上升完成后,碰到行程開關,或接觸到被加工物體, 壓力升高,由壓力繼電器控制, 轉入低速加壓工進階段,此時1DT斷電,2DT、4DT通電。
  
    回油:液壓缸9上腔油液經電磁閥7回油箱。
   從上述流程可以看出,進入液壓缸的油被節流閥6節流,速度變慢同時液壓泵抽出的油有部分進入蓄能器,達到節流儲能的作用。 隨著壓力的升高,當系統壓力達到壓力表8設定的壓力時, 2DT斷電, 液壓泵抽出的油全部進入蓄能器,此時系統處于保壓狀態。 由于慢速工進行程較短,流量很小,保壓時流量僅為泄漏量,因此在這2個階段油路中不會造成油溫升高。當蓄能器的壓力達到壓力表12的設定壓力時,4DT斷電,5DT通電,液壓泵抽出的油全部經過電磁閥13回油箱,電動機處于空載狀態, 此時,系統處于壓力表8設定的壓力,保壓時間由時間繼電器控制,經過保壓設定的時間后,液壓缸快速下降,此時1DT、3DT和4DT通電,其流程為:
   
    回油:液壓缸9下腔油液經電磁閥7回油箱。
  快速下降時,液壓泵與蓄能器同時供液,快速退回到最大行程時,碰到行程開關后,1DT、3DT斷電,4DT通電,液壓泵抽出的油全部進入蓄能器,當蓄能器壓力達到壓力表12設定的壓力時,4DT斷電,5DT通電,液壓泵打出的油全部回油箱,電機處于空載狀態,其動作表歸納如表1。如不需連續工作,此時可根據回路需要控制電機停止。
       
   至此,整個加壓過程就在蓄能器供油和儲油的過程中完成,既完成了節流調速的功能,又避免了溢流閥的縫隙溢流帶來的油溫升高,而且電機空載時,液壓泵抽出的油用于給蓄能器補液,節約了能源。
  3、結論
   本次設計的新型節流調速回路運用于小流量需調速的場合,既避免了節流調速由于縫隙溢流帶來的油液溫度升高的情況,延長了液壓系統的壽命,又降低了低流量時采用容積調速回路的成本。回路中創造性地采用了蓄能器蓄能緩沖作用,是一種非常實用的新型液壓調速回路。
   參考文獻:
   [1] 姚春東,等.液壓傳動實用技術[M].北京:石油工業出版社,2001.
   [2] 周士昌.機械設計手冊(第五卷)[M].北京:機械工業出版社,2000.
   作者簡介:羅靜(1967年),女,重慶市人,副教授,主要從事機械設計、液壓傳動等方面的教學與科研工作。 
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