万方数据2瓦2瓦i妨而工程机械负载敏感技术节能原理及应用l节流调速回路能耗分析[2]2引言△只弘面QL，x-mt’式中Ⅳ6——泵输出功率p6——泵出口压力Q6——泵输出流量Qs——溢流阀通过流量仇——负载流量(节流阀通过流量)K——节流阀流量系数A——节流阀开口面积m——与节流口形式有关的系数△Ⅳc=(胁一几)仇帆=PLQL的功率帆、节流损失功率△札和溢流损失功率△札，其中负载的输入功率帆为系统输出的有用功；节流损失功率△札为负载流量流过节流阀时因压降耿令新刘钊吴仁智张利娟摘要通过对液压系统节流调速回路进行能耗分析，说明了变量泵的节能原理，并就负载敏感变量泵节能技术及其应用进行了较详细的分析和阐述，为工程机械节能设计提供参考。关键词负载敏感变量泵节能工程机械随着能源的日益紧缺和人们对环保要求的不断提高，工程机械的节能性指标越来越受到用户的重视。对用户来说，节能性优越的工程机械，不仅在使用过程中能够节约大量的燃油，还可以提高发动机的功率利用率和传动元件的寿命和可靠性，减少机器故障率和维修成本，提高用户的投资回报率，对企业来说，则可以增强产品的竞争优势。液压技术的应用大大提高了工程机械的节能效果。据统计，两台功率相当的装载机，一台使用静液压传动技术，另一台使用传统的液力传动，前者比后者可节约燃油60％一70％⋯，液压技术的节能效果可见一斑。液压泵是液压系统的“心脏”，其性能的好坏对整个液压系统的节能效果有着重要的影响。本文在对液压调速回路进行能耗分析的基础上，详细介绍了在工程机械上应用较广的负载敏感型变量泵节能原理及其适用范围，为进一步改进工程机械节能效果提供参考。节流调速的基本原理是调节液压回路中节流元件的液阻大小和配置分流支路，以控制进入执行元件的流量和工作速度。图l为由定量泵、节流阀和溢流阀组成的液压调速回路简图，节流阀和溢流阀在调速过程中要产生能量损失。忽略定量泵吸油口负压力。有Ⅳ6=PbQb(1)当溢流阀工作时，Qs=仉一qL(2)式中油液通过溢流阀产生的功率损失为△见=Pb仉(3)油液通过节流阀产生的压力损失为(4)节流阀处的功率损失为(5)负载消耗的功率为(6)此时定量泵的输出功率％分成3部分：负载消耗Nb=NL+△Ⅳc+△M(7)产生的功率损失，或者说是定量泵的输出压力相对于负载压力过剩而造成的能量损失；溢流损失功率△犯是泵的输出流量相对负载有流量过剩而造成的能量损失。液压系统的效率为(8)由式(8)可知，要提高液压回路的效率，应从降低节流能耗损失(压力过剩)和溢流能耗损失(流量过剩)两个主要因素着手，如果能够使泵的输出压力和流量都能随负载压力和速度的变化自动调节而不产生过剩，就可以使泵发出的功率得到充分利用，达到节能的目的，这就是负载敏感型变量泵节能的理论基础。第32卷第5期即文章编号：1004—2539I加嘴l晒一∞晒一03(同济大学机械t程学院。上海201804)(河南科技大学，河南洛阳471003)图l节流调速系统简化模型NL17万方数据。：哗：堕1删：1tl2负载敏感变量泵节能原理及应用[3-4]一鲤式中Q——负载流量K——流量系数A——节流阀开口面积m——与节流口形式有关的指数移很小，弹簧的弹性系数也不大，因此可以认为阀芯弹Ap=}E——阀芯弹簧设定压力A，——压力油作用在阀芯上的有效面积却=Pb—pL变量泵通过控制排量为液压系统提供所需的流量和压力，以达到节能调速的目的。变量泵种类很多，工程机械上比较常用的是斜盘式轴向柱塞变量泵，它是由多个关于传动轴对称的等间距套装在泵缸里的柱塞组成，当泵的缸体由传动轴带动旋转时，每个柱塞周期性地经过配流盘的两个腰形槽(吸、排油口)，当柱塞沿吸油槽通过时，油液被吸入柱塞腔；当柱塞沿排油槽通过时，油液被排出柱塞腔，变为压力油。斜盘式变量泵就是依靠这种缸体和柱塞的往复旋转运动，实现向液压系统提供携带有压力能的液体的基本功能[5J。变量泵的控制方式很多，负载敏感型变量泵就是在工程机械上应用较多的一种。2．1负载敏感变量泵节能原理负载敏感变量泵能使泵的输出压力和流量自动适应负载需求，大幅度提高液压系统效率。其工作原理图如图2所示。阀2的流量方程Q=KA(Pb—PL)“’(9)负载敏感控制阀5的阀芯在调节过程中发生的位簧的设定压力E为定值，则阀芯在静止时的受力平衡方程为p4，=pLA，+只，即(10)式中由式(9)、式(10)，结合原理图2可以看出①当阀芯弹簧压力设定后，阀芯在平衡位置时△恒定。当需要改变负载速度时，只需改变节流阀2的节流口面积。例如，要提高负载速度，阀2开口面积A增加，由于此时Q还未发生变化，△p将减小，则此时阀5的阀芯将左移，B、0口接通，压力油进入变量油缸6的右腔，推动油缸活塞左移，使变量泵l的排量增加，流过阀2的负载流量Q增加，△．P增加，直至