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机械电子高压一次系统设计
机械电子高压一次系统设计
摘要：随着我国经济水平的不断发展和进步，对于工程建设行业来说，也不例外，其发展势头同样非常迅猛，伴随着这种发展现状，工程机械设备得到了越来越广泛的应用，尤其是液压机械设备，其数量和品种也在不断增长和变化着。
在工程的建设过程中，机械的能源消耗是非常巨大的，液压机械也不例外，其能源消耗是一个很大的数目，为了有效节约其在能源上的消耗，对液压机械设备进行节能控制势在必行的，同时要掌握液压机械节能控制技术。
关键词：机械电子 设计节能 系统
液压系统的无功损耗都将变成热能，使系统温度升高。
而工作液的性能与温度有着密切的关系，高温会加速工作液老化，诱发各种故障，影响液压元件的使用寿命和系统工作的可靠性。
因此，设计液压系统时，研究和采用节能设计一直是液压技术工作者所关注的重大课题之一。
同时，节能设计是根据能源审计的结果，为客户的能源系统提出如何使用成熟的技术来提高能源利用效率、降低能源成本的整体方案和建议。
一、液压机械节能控制技术的重要性
在我国经济水平不断发展和进步的大前提下，我国的各行各业都得到了迅猛的发展势头，对于工程建设行业来说也不例外，其发展势头也是非常迅猛的，特别是近些年来，各种类型的工程建设项目如雨后春笋般纷纷涌现，伴随着这种发展现状，工程机械设备在工程建设行业中得到了越来越广泛的应用，而作为工程机械设备的一种类型-液压机械设备，其在工程的施工上也得到了广泛的应用，从整体上来看，工程机械设备的数量和品种在不断地增长着，液压机械设备也不例外。
众所周知，在工程的建设的过程中，必然会需要施工机械设备加以辅助工程的施工，施工机械设备的数量也是非常庞大的，而大量的工程施工机械设备在施工过程中会消耗大量的资源和能源，同时还会排放污染物以及产生噪音、粉尘等污染，给环境带来了严重的影响和负面作用，环境会受到污染，也不利于人们的身心健康，人们的身心健康会受到严重的威胁。
因此，机械设备的节能控制技术在当下显得尤为地重要，对于液压机械来说，其节能控制技术同样显得非常重要，充分了解和掌握液压机械节能控制技术能够使得在工程的施工过程中，其液压机械设备的运用会更加凸显出节能性，有利于减少液压机械设备的能源和资源消耗，并减少液压机械设备排放的污染物以及施工过程中产生的噪音、粉尘给人们身心健康带来的危害。
二、液压系统能量损失
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。
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，可分别用机械效率和容积效率来表示，二者乘积即为液压泵的总效率，它对整个系统的总效率影响很大。
这不仅与液压泵的类型有关，还受运行工况以及磨损情况等因素的影响。
2.控制元件的能量损失。
控制元件主要是各类阀，它们都是液阻。
虽然借助液阻可以实现信号的转换、检测、参变量间的协调平衡和调节等多方面的控制功能，但液体流过液阻时会产生压降，这必然会增加能量消耗，使系统总效率降低。
3.执行元件的能量转换损失。
执行元件是指各种液压缸和马达，它们在液压能转换为机械能能过程中，同动力元件一样存在着机械损失和容积损失。
对于带有可靠密封的液压缸，其泄漏量极小，容积损失可忽略不计，其能量转换损失可主要考虑机械效率。
4.系统的结构与布局造成的能量损失。
了克服管道阻力，实际液体流动时会损耗一部分能量。
系统的结构与布局不同，其能量损失也不相同。
通常情况下，系统结构越复杂，液压元件越多，液体流动方向和速度变化越多，能量损失就越大。
油液沿等直径直管流动时，会产生沿程压力损失;流经弯管、接头等局部障碍时，会产生局部压力损失，它们都会使系统中的功率损耗增加，造成能量损失。
5.动力源和负载特性不适应造成的匹配损失动力源供给系统的能量往往不能恰好和系统负载相适应，则低负载工况下，就会带来能量供过于求的匹配损失。
如液压系统的输出压力和流量分别大于执行元件所需的压力、流量时，就会分别产生压力过剩和流量过剩。
过剩越多，能量损失就越大，系统效率就越低。
三、液压系统节能设计的步骤
合理设计液压系统可有效减少系统 的能量损失。
一般情况下设计液压系统时应遵守以下步骤：工况分析选择执行元件一绘制系统原理图——选择动力元件——选择控制元件——选择辅助元件——性能验算等。
节能设计时重点考虑液压元件的选型、系统原理图的确定以及系统的结构和布局等。
1.执行元件的选择。
当要求系统输出直线运动和力时，执行元件选择液压缸。
其参数主要根据工作压力和结构参数来确定。
但设计具体结构时，应优化结构参数、改善加工工艺和密封条件，并根据不同的工作要求，合理地选择结构形式，正确处理好泄漏和机械效率的矛盾，以达到节能的目的。
2.统原理图的拟定。
拟定系统原理图的任务主要是选出合适的基本回路，并把回路有机组合构成完整的系统原理图。
从系统节能的角度出发，应优先选择合适的节能回路，并使系统结构优化与布局合理。
其一选择节能回路。
目前，常用的节能回路有卸荷回路、多级压力控制回路、保压回路、二次 凋节系统、能量回收回路等。
选择时为最大限度地发挥节能效果应注意每种回路的特定应用场合下。
如：当系统负载压力变化大时应采用多级压力控制或 比例压力控制回路 ;对于惯性较大的回路采用蓄能器功率回收回路等。
其二优化系统结构，合理布局。
在满足性能要求的前提下，组合回路时，还要优化系统结构，合理布局，力求简单可靠。
如：避免多余的元件和油路、管路连接尽量采用集成化设计、油管尽可能短并尽量减少弯头数量等，以达到节能的目的。
3.动力元件的选择。
动力元件液压泵的选择要注意以下几个方面：第一，每种液压泵的具体结构不同，效率的高低也不相同。
选择时，应优先选择高效率的液压泵。
第二，要注意转速对液压泵效率的影响。
每一个液压泵都存在一个最佳效率转速范围。
选择时，要尽量让泵在这一转速范围下工作。
第三，液压泵的总效率一般在额定工况时最高，而且同一种回路，当负载压力、流量接近液压泵的额定值时回路的效率较高，因此，应使液压泵和负载要求相匹配，以使回路在高效率下工作。
4.控制元件的选择。
控制阀类元件的规格型号主要根据相应位置的最大工作压力和最大流量来选择。
即所选元件的额定压力和额定流量要稍大于系统的最高工作压力及实际通过控制阀的最大流量，但不宜过大，以确保系统的高效率和可靠性。
条件不允许时，可适当增大通过控制阀的流量 ，但不得超过控制阀额定流量的 20%，否则会造成不必要的能量损失。
5.辅助元件的选择。
系统元件越少、管路越短、管道弯曲半径越大，对系统造成的压力损失越小;管接头能承受系统工作时的振动和压力冲击，其密封性就好，对系统工作造成的泄漏就小;而其它辅助元件的选取或设计，要注意与其它元件的流量匹配，以减少辅助元件造成的能量损失。
总之，合理设计可以减少液压系统各部分对系统工作造成的能量损失。
液压系统的节能设计过程中，在满足使用要求的前提下，可通过合理选择高效率的液压元件、正确选择节能回路、优化结构并合理布置等方面，减少系统工作时的能量损失，使设计系统具有较高效率，以达到节能目的。
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