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             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(chǎng)合,創(chuàng )造性地采用了蓄能器的蓄能緩沖作用,避免了縫隙溢流產(chǎn)生的溫升,并且能將電動(dòng)機空轉時(shí)的能耗儲存起來(lái),達到節能的目的,是一種實(shí)用新型的液壓調速回路。
  1、引言
   在許多液壓系統中都會(huì )遇到這樣的工藝要求:為了提高效率,空行程時(shí)需快速移動(dòng);加壓時(shí)需慢速加壓,因此經(jīng)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(gè)行程調速,這時(shí)采用主進(jìn)油口節流,溢流閥溢流,如圖1(a)。第2種是分段節流,這時(shí)是空程不節流,加壓低速時(shí)節流,如圖1(b)。容積調速就是通過(guò)改變泵的每轉排量來(lái)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(fā)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(yōu)缺點(diǎn)
 節流調速的優(yōu)點(diǎn)是:結構簡(jiǎn)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(diǎn)是:調速穩定性差、系統效率低。液體經(jīng)過(guò)節流閥時(shí)有節流損失,多余的油液通過(guò)溢流閥回油箱,有溢流損失。損失的能量轉變?yōu)闊崮?使油液發(fā)熱,當油液溫升過(guò)高時(shí),就會(huì )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(chǎng)合。
   1.2 容積調速的優(yōu)缺點(diǎn)
 容積調速基本回路的優(yōu)點(diǎn)是:調速穩定性好,系統效率高,發(fā)熱少,沒(méi)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(diǎn)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(lái)
   為避免節流調速和容積調速的缺點(diǎn),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(jīng)驗值)的場(chǎng)合,要求調速范圍較大時(shí),為了減小節流調速時(shí)的能量損失和容積調速時(shí)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(gè)或3個(gè)流量不同的液壓泵組合成供油系統。系統空行程時(shí),因外載荷較小,卸荷閥3關(guān)閉,低壓大流量泵2和高壓小流量泵1同時(shí)向液壓缸供油,實(shí)現快速進(jìn)給。加壓時(shí),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(shí)間較長(cháng),可以通過(guò)壓力繼電器或行程開(kāi)關(guān)等控制大流量泵停機,來(lái)減少空載的時(shí)間,從而減少功率損失,達到節能的目的。工作時(shí)根據所需流量的大小,液壓泵通過(guò)組合進(jìn)行供油,以滿(mǎn)足不同調速要求。同時(shí)如果油路上采用節流調速可獲得連續的無(wú)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(chǎng)合,如流量在15L/min以下的場(chǎng)合,再采用這種調速方式經(jīng)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(lái)的油液發(fā)熱的問(wèn)題,且積蓄了電動(dòng)機空載時(shí)的能量,是一種新型節能實(shí)用的液壓調速回路,可以適合許多小流量需實(shí)現調速的場(chǎng)合。
   2、新型節能低熱耗節流調速回路的工作原理
   現實(shí)生產(chǎn)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(yōu)缺點(diǎn)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(lái)的油溫升高的情況。其工作原理如圖3所示。
              
   當起動(dòng)液壓泵后,1DT、2DT、4DT同時(shí)通電,實(shí)現快速供油,線(xiàn)路如下:
  
   回油:液壓缸9上腔油液→電磁閥7→油箱。
   此時(shí)液壓泵和蓄能器同時(shí)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(kāi)關(guān),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(jìn)階段,此時(shí)1DT斷電,2DT、4DT通電。
  
    回油:液壓缸9上腔油液經(jīng)電磁閥7回油箱。
   從上述流程可以看出,進(jìn)入液壓缸的油被節流閥6節流,速度變慢同時(shí)液壓泵抽出的油有部分進(jìn)入蓄能器,達到節流儲能的作用。 隨著(zhù)壓力的升高,當系統壓力達到壓力表8設定的壓力時(shí), 2DT斷電, 液壓泵抽出的油全部進(jìn)入蓄能器,此時(shí)系統處于保壓狀態(tài)。 由于慢速工進(jìn)行程較短,流量很小,保壓時(shí)流量?jì)H為泄漏量,因此在這2個(gè)階段油路中不會(huì )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(shí),4DT斷電,5DT通電,液壓泵抽出的油全部經(jīng)過(guò)電磁閥13回油箱,電動(dòng)機處于空載狀態(tài), 此時(shí),系統處于壓力表8設定的壓力,保壓時(shí)間由時(shí)間繼電器控制,經(jīng)過(guò)保壓設定的時(shí)間后,液壓缸快速下降,此時(shí)1DT、3DT和4DT通電,其流程為:
   
    回油:液壓缸9下腔油液經(jīng)電磁閥7回油箱。
  快速下降時(shí),液壓泵與蓄能器同時(shí)供液,快速退回到最大行程時(shí),碰到行程開(kāi)關(guān)后,1DT、3DT斷電,4DT通電,液壓泵抽出的油全部進(jìn)入蓄能器,當蓄能器壓力達到壓力表12設定的壓力時(shí),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(tài),其動(dòng)作表歸納如表1。如不需連續工作,此時(shí)可根據回路需要控制電機停止。
       
   至此,整個(gè)加壓過(guò)程就在蓄能器供油和儲油的過(guò)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(lái)的油溫升高,而且電機空載時(shí),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(chǎng)合,既避免了節流調速由于縫隙溢流帶來(lái)的油液溫度升高的情況,延長(cháng)了液壓系統的壽命,又降低了低流量時(shí)采用容積調速回路的成本;芈分袆(chuàng )造性地采用了蓄能器蓄能緩沖作用,是一種非常實(shí)用的新型液壓調速回路。
   參考文獻:
   [1] 姚春東,等.液壓傳動(dòng)實(shí)用技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001.
   [2] 周士昌.機械設計手冊(第五卷)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.
   作者簡(jiǎn)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(dòng)等方面的教學(xué)與科研工作。 
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