液压系统的能量损失以及节能措施

液压系统的能量损失以及节能措施

XXX

（XXX XXX ）

摘要：本文介绍了液压系统总效率的计算，从能量转换、能量传输、能量匹配三方面分析了液压系统主要的能量损失，并基于能耗分析提出了一些节能措施。关键字：液压系统；能耗分析；节能措施

Energy consumption and energy-saving method of

hydraulic system

XXX （XXX）

Abstract:This paper describes the calculation of the overall efficiency of the hydraulic system,from energy conversion,energy transfer and energy match analysis of the major energy loss of hydraulic system.Based on the analysis of energy consumption,this proposed several energy-saving method of hydraulic system.

Key words:hydraulic system;energy consumption analysis;energy-saving method 节能是液压技术领域的重要研究课题之一，随着节能和环保要求的日益高涨，有效利用能源已成为液压行业的重要目标。纵观国内外液压技术的发展历程，无时无刻伴随着节能的需要及创新[1~3]。

高能耗不仅与当前建设节约型社会不相符，并可能降低液压系统的可靠性和安全性，如：高能耗会造成液压油温度升高而增大了泄漏量，降低了密封效果，危及到装备使用的可靠性和安全性[4]。

下文将从分析液压系统能量损失的原理出发，并提出几种高效实用的节能措施。

1液压系统的效率

效率是衡量系统工作时能量利用情况的主要指标，为系统输出功率与输入功率之比。如果把驱动液压泵的原动机效率也计入液压系统的效率之中，则液压系统的总效率为[5~6]：

m

t c e ηηηηη=式中：

e η：原动机效率，其值为原动机的输出功率

即：液压泵的输入功率与输入功率之

比；

c η：转换效率，其值为能量转换元件输出功

率与输入功率之比，即能量转换元件如

泵、液压缸或液压马达等元件本身的效率；

t η：传输效率，液体流动会造成能量损失，

其中一部分是液压系统实现控制功能所必需的，例如节流阀、换向阀等阀口的压力损失；另一部分则是非必需的额外损失，例如液体在长直管路中流动时由于管壁摩擦阻力而产生的压力损失；但两者往往难以截然分开，传输效率综合考虑了液体传输过程中两种压力总损失的程度；

m

η：匹配效率，其值为执行元件所需要的输入功率与除去传输损失后液压泵的

输出功率之比。

液压系统的节能技术主要研究如何提高液压系统的匹配效率和传输效率[6]，因此，把液压系统的匹配效率和传输效率的乘积称为液压效率。

2液压系统的能耗分析

液压系统节能的目的就是提高能量的利用率，减小能量的浪费，尽量用最少的能量输入保证所需要的能量输出。液压系统中的能量损失，主要存在着一下三个方面的能量损失[7~9]：

1.能量转换损失

能量转换损失是液压系统中能量转换元件在对能量进行转换时产生的损失，包括机械摩擦损失、压力损失和容积损失。例如液压泵把原动机输入的机械能转换为输出的液压能，能量转换过程中存在着转轴上的机械摩擦损失以及由泵的内泄漏引起的容积损失。液压马达把输入的液压能转换为输出的机械能，转换过程中也存在着液压马达输出转轴上的机械摩擦损失以及由马达的内泄漏引起的容积损失。能量转换损失不仅与能量转换元件类型有关，还与运行工况以及磨损情况等因素有关。

2.能量传输损失

能量传输损失是液压工作介质在整个液压系统中传输时所产生的能量损失，即流动损失。它决定于除能量转换元件之外的其他元件的结构与布局，例如控制类元件的结构，蓄能器、滤油器、冷却器等辅助元件的类型和布局，各元件之间管路的连接方式，以及接头、管道的型式、数量、尺寸等。3．能量匹配损失

能量匹配损失是动力源提供的能量与负载所需要的能量不相适应而产生的能量损失。液压动力源供给系统的能量往往不能恰好和该液压系统负载所需要的能量相适应，这就会带来能量供过于求的匹配损失。它取决于整个液压系统的设计及动力源的选型等因素。3节能措施

1．提高液压元件本身的效率和减小控制该元件的能量损耗

主要可通过提高元件质量和开发新型节能元件来实现。例如通过优化设计驱动电磁换向阀的电磁铁来降低电器控制元件的耗电量，通过优化设计各种液压阀阀口的流道来降低油液流经阀口的压力损失，以及通过合理的设计配合间隙来减小泄漏量等方法来实现节能。

同时，也可以在满足系统要求的前提下选择高效率低能耗型元件来满足节能要求。如：表1例出了常用液压泵的效率[10~12]。

表1常用液压泵效率

类别柱塞泵螺杆泵叶片泵齿轮泵容积效率

0.85~

0.98

0.85~

0.95

0.80~

0.95

0.70~

0.90

机械效率

0.75~

0.90

0.70~

0.85

0.75~

0.85

0.60~

0.80

总效率

0.75~

0.85

0.75~

0.80

0.75~

0.80

0.60~

0.75

2．改善能量的匹配关系

主要通过减少原动机输出轴的摩擦力矩改善二者的功率匹配关系来实现，以提高原动机的运转效率。

亦可以通过设计具有功率自匹配的液压系统，目前有三种实现方式[13~15]压力匹配回路、流量匹配回路、功率匹配回路。

3．减小传输中的压力损失

液压系统的压力损失包括局部的压力损失和沿程的压力损失两部分。降低局部压力损失可通过合理地设计液压元件的结构以及减少弯管接头等的使用量来实现；减小沿程压力损失，可通过使整个液压系统的结构设计尽量紧凑[16~17]，以及尽量减小管路的长度等方法来实现。

4．减小液压泵与负载之间的功率过剩

减小液压泵与负载之间的功率过剩包括减小压力过剩和流量过剩两部分[18~20]。减小压力过剩可通过尽量使液压泵供油压力与负载力需要相适应来实现，减小流量过剩也需通过尽量使液压泵供油流量与负载所