李武　邓玲

摘 要：近年来液压传动系统在我国工程机械的发展中起到了至关重要的作用，并得到了快速发展和广泛应用，起重机液压系统的质量可用工作性能和效率来评价，但是液压系统仍然存在着缺点，功率损失、系统发热、能量损耗等降低了系统的传动效率。功率适应系统能实现压力补偿和流量补偿，特别适用于负载变化大、调速范围宽和大功率的工程机械。液压泵的输出功率，或原动机提供的功率总是与负载所需要的功率匹配，能量损失小，系统效率高。同时，这种系统能实现连续比例控制和远控，是一种性能好的节能系统。该文主要讨论了起重机液压系统的效率和功率适应控制。

关键词：起重机液压系统 效率提高 功率控制

中图分类号：TH213 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（b）-0053-02

在我国工程机械的发展中，液压系统起到了非常重要的作用，且应用的范围也十分广泛，已经成为了工程机械、建筑尖端产品中不可缺少的重要技术，在压力能和机械能的转换方面也取得了很大进展，但是与此同时，液压传动系统也存在着许多缺点。在液压系统中，液体能量随着油液流动损失掉；容积损失导致系统传动效率降低；低效率和高能耗阻碍系统的工作性能等。因此探索高效的起重机液压传动系统功率控制措施已经成为了液压技术研究的重点。

1 液压系统的功率损失

1.1 泵的功率损失

液压系统中泵的功率损失包括机械损失和容积损失，其中机械损失主要包括两部分：（1）泵内的相对运动件在工作过程中会出现机械摩擦，从而引起转矩损失，并且随着压力的增高而变大。（2）泵内的液压油在流动过程中会体现出内摩擦力，也就是粘性，这种粘度会引起转矩损失，粘度越大，泵的转速越高，这项损失也就越大[1]。容积损失是指在工作过程中，泵内高压腔的少量压力油会经过间隙漏到低压腔，并且压力油的粘度越低，压力越高，油的泄漏量就越大。这两部分的损失分别反映出了机械效率ηm和容积效率ηv，而泵的总效率η=ηm×ηv。

1.2 管路系统的损失

液压系统中管路系统的损失主要包括容积损失和压力损失这两方面[2]。其中压力损失主要是沿程压力损失和局部压力损失。在液压系统中，管路通常由若干段管道串联而成，其中的每一段都会形成局部阻力，包括弯头、管接头、控制阀等，在保证相邻两局部阻力处间的距离相等的情况下，所有沿程压力损失与局部损失之和等于管道系统的总压力损失。

1.3 油缸和马达的损失

油缸在工作工程中存在着密封阻力、惯性阻力、摩擦阻力，还存在着泄露和外泄露的现象，而马达的结构与泵是类似的，在工作过程中也存在着机械损失和容积损失。这些都反映了执行组件的机械效率和容积效率[3]。

整体液压系统的总效率为η=ηp×ηc×ηl，式中ηp为泵的总效率，ηc为执行组件的总效率，ηl为回路的总效率。整个系统的能量损失都转变为热能，使油液的温度升高，液压系统的总发热量为Pi（1-η），系统产生的热量主要由油箱散发到空气中，系统工作一段时间后，油温不再升高，热量由热表面继续散发。

2 有效提高系统效率，实现功率控制的途径

2.1 选择合理的液压系统元件

2.1.1 动力元件

液压泵是液压系统中不可缺少的核心元件，也是提供一定流量和压力的动力元件，所以应该根据适用场合合理选择，最好是选择变量泵。因为如果使用定量泵调速节流，那么必然在系统中装有流量控制阀，这类元件的节流损失和溢流损失会造成整个系统的能耗极高，效率极低，而变量泵容积调速可以根据实际工况自动调节，这样可以避免节流损失，降低系统能耗，提高系统效率，改善工作性能[4]。值得注意的是：在选择时，尽量选择高效的性能优良的液压泵，也不要降低规格使用。

2.1.2 控制元件

要想有效减少系统的压力损失、提高工作效率，降低管路系统的能量损失是一个非常有效的方法。根据液压系统的工作原理、性能特点、实际需求合理选择管路规格和液压阀规格，在布置管路时尽可能缩短长度，减少弯曲和截面变化，保持管路内壁的光滑，降低流速，这些措施都能有效降低管路系统的能量损失。例如合理确定管路和阀的通径，使阀内过流面积至少为管路面积的3/4；合理确定管路口径，限定流速，使管道内流速尽可能保持层流状态；采用组合液压元件和液压集成块，广泛发展低功耗电磁阀和轻量化元件；优化管路系统，在保障功能的前提下，使系统不出现多余的回路，简单可靠等。

2.1.3 执行元件

对于马达来说，如果电机速度过低，压差较大，那么容积效率就会降低，系统总效率也会降低，所以在选择执行元件时，一方面不要降低马达的排量规格，另一方面要提高容积效率；对于液压缸来说，应注意密封条件，尽量选择低阻力材质的密封件，可以考虑选择复合缸。相比于同类型的普通缸，复合缸在不同压力下会获得不同程度的节能效果。

2.2 改进液压系统

要想使液压系统获得理想的节能效果，就需要对系统的复杂程度、成本、功率损失等方面做出综合分析，在满足实际需求的情况下合理改进系统，使系统能够高效、节能、可靠地运行。例如，在大吨位起重机上采用极限载荷控制技术，根据负载变化自动调节变量泵的排量，使发动机的功率输出与负载消耗功率匹配，节省了发动机的损耗；采用高低压泵油源组成的回路，是系统满足低压大流量和高压小流量两种工况要求；采用溢流阀回路代替调速阀回路，使系统压力能够随负载变化，进而减少功率损失等。

2.3 采用负荷传感技术和静液压传动

20世纪70年代，许多国家由于能源危机开始研究负荷传感技术和静液压传动，这种技术能够大幅节省能量，操作灵活，效率高。到目前为止，该技术所需要的液压元件性能优良，质量稳定，品种齐全，同时对静液压传动的大量研究也使得该技术更加成熟，在挖掘机、起重机、压路机、装载机等机械中得到了广泛应用。该项技术不仅能够提高工作效率，降低成本，而且能有效提高性能，良好使用负载，改善系统的调节功能，提高传动系统的效率。

2.4 其他节能方式

（1）蓄能器的成本低廉，可以有效减少泵的容量，降低设备功率，节能效果好，便于控制。（2）采用橡塑组合密封、橡塑复合密封等新型密封形式，这种材料的密封形式摩擦阻力小，密封性能好，应用前景广阔。（3）在液压传动系统的功率控制中，电液比例控制系统能够接收数字模拟信号，进而连续成比例地控制输出的压力和流量，这种控制系统的控制精度高，可以使系统的工作效率提高28%～45%，适应功率控制，且维护方便。

3 结语

起重机液压系统的传动效率和能量损失控制一直是液压技术研究的重点，主要需要研究液压泵、管路、油缸马达这些液压系统的重要组成部分，进而分析如何减少各部分的功率损失来提高液压系统的综合性能，使其发挥在现代科技中的作用。

参考文献

[1] 高志，孔卫国，王广岳，等.降低液压系统能量损耗的方法探讨[J].煤矿现代化，2007，8（4）：60-61.

[2] 蔡宗福.浅析液压传动系统中的能耗问题[J].中国科技信息，2005，4（14）：151.

[3] 易迪升，彭勇，江涛，等.起重机液压系统结构改进与效率提高[J].液压与气动，2014，2（8）：73-76，79.

[4] 代平之，张作龙.液压泵回路的节能措施[J].流体传动与控制，2007，1（1）：51-55.