牛国峰
摘要：本文以邢钢高线生产为例，分析和介绍了液压系统在原理设计和实际生产当采用的节能技术，为液压系统设计人员和设备管理人员在工作当中提供一些参考经验。
关键词：液压系统节能技术
邢钢高线厂有两条高速线材生产线，均为本世纪初由国外引进技术，关键设备、备件进口，主体设备国内制造的生产线。在我厂从加热、焊接、轧制、控冷、集卷、打包、秤重到卸卷各个工序均涉及到液压系统，并起着关键重要作用。其液压系统的主要控制元件和检测元全部采用国外知名品牌的产品。液压体统具有传动平稳，控制简单、体积较小等优点，但液压系统传动效率低，存在者能源浪费，特别是我国日益突出的电力紧张问题，导致电价大幅度上涨，所以在液压系统当中充分重视节能技术十分必要。
一、液压系统能源损失的主要原因
液压系统要进行两次能量转换，即由电机和泵把电能转化为流体势能，再通过液压执行元件把流体势能转化为机械能，能量损失较大，所以效率较低。液压系统的能量损失全部以热能的形式释放。
1.泵和马达的发热
在液压传动当中，旋转式流体元件都在低于效率百分之百的情况下运转，这就意味着，输入到系统的能量比输出的能量多，其损失的能量主要为泵和马达的内部磨损形成温升转化成热能。
2.节流引起的能量损失
所有的流体动力控制阀都是利用节流来进行控制，这就意味着压降（压力损失），这种压降同样转化成热能（发热）。泄漏，流体在管路当中流动产生的压降均属此类问题。溢流阀在实际生产当中产生热量，或造成能量损失的现象最为常见。
3.系统设计引起的能量损失
在液压系统设计当中，如果泵选用的流量比系统使用的流量过高，会导致泵在保证执行元件工作的前提下，多余的流量通过溢流阀卸掉，从而产生能量损失。在系统设计当中，设计者要在考虑系统压力、执行元件的工作周期的条件下去考虑主泵的流量问题，泵的工作总流量同蓄能器相结合的条件下，可以实现系统流量低于泵工作的总流量，这样既能保证执行元件的正常工作又能使能量损失最小，这一点系统设计人员要尤为注意。在液压系统设计当中要充分考虑，各个执行元件的工作并发性和互持性的问题，否则会造成很大能源浪费问题。另外，在液压系统设计当中，中开式四通阀中的压降不得超过50psi，阀的流通面积至少要为相应管路流通面积的75%，如果可能管路尺寸选取应使得流体为层流状态。
4.调试、维护、使用不当带来能量损失
在企业当中，由于调试、维护和操作不当导致的液压系统油温较高，而出现能量损失和元件损坏的现象，也是比较普遍存在的问题。最为常见的现象有恒压变量泵的溢流阀同系统的安全阀调整不匹配，导致泵始终存在流量输出，安全阀（或溢流阀、平衡阀）出现故障或压力调整过低，压力继电器出现故障或调整不当等。
二、液压节能技术在我厂生产当中的应用
我厂的液压系统当中，所有的主泵均为德国力士乐的产品，阀为力士乐、日本油研产品，检测元件为HYDAC产品。这些元件具有制造精度高，适应工作环境强，工作稳定等特点。下面就工作当中的几个典型液压系统所采用的节能技术进行介绍分析。
1.采用恒压变量泵的节能应用
加热炉液压系统、预精轧轧液压系统、加勒特卷曲机液压系统、打包机液压系统均采取该种设计模式。原理图如下：
该原理图仅划出了一个泵组，来说明问题，实际当中可根据现实要求来配置需要的泵组。
在该种设计结构当中，采用恒压变量可实现根据执行元件所需流量的大小，进行流量的调节，从而能够保证泵提供的能量最多的传递给执行元件。
当所有的执行元件不工作时，如果电磁溢流阀失电，泵会卸载，能量消耗较小，但不是最佳状态，因为此时恒压变量泵会全流量输出，由于流量较大会由于阀的节流作用产生热量，从而形成能源浪费现象。最好的方式是电磁溢流阀在系统运行当中始终处于失电状态。我们要正确理解此处电磁溢流阀的作用不在于发挥节能效果，而是用于泵的保护。
该种结构在应用当中，需要注意的问题是，恒压变量泵自身带有溢流阀和系统的溢流阀以及电磁溢流阀之间的压力设定要必须匹配。否则会出现系统长期处于高油温的能量消耗之下。在某高线厂出现了，打包机液压系统（该系统为力士乐制造），油温持续偏高，经采取多方面的检查分析，发现系统的主溢流阀出现故障所致。在我厂出现过集卷液压站持续高温的现象，其主要问题出在运卷小车的升降控制阀台的惯性保护阀的出现内泄原因所致。因此在设备维护和调试当中要给予重视。
2.蓄能器在节能技术当中的应用
蓄能器不仅能够吸收液压系统当中的冲击和脉动，其在液压节能方面具有重要的应用体现。我厂加勒特液压系统，外方只提供各个阀台的工作原理图纸和各个执行元件的工作流量，不提供泵站的工作原理图。在各种工作元件当中，卷曲机护罩升降液压缸所需的流量为890l/m，根据各个执行元件的工作周期表，计算出最大所需流量为930l/m，我厂委托某制造厂给泵站进行原理设计，该制造厂提供的方案为4台泵，用三备一，每台泵的流量为330l/m,每台电机的功率为90KW。同时我厂也进行原理设计，我们的方案是4台泵用三备一，每台泵的流量为180l/m,每台电机的功率为45KW，并配带8个50L蓄能器。经对两个方案的对比和计算，后者不仅在设备的一次投资上比前者少35%，而且在今后的节电方面后者比前者具有较强的经济优势。在实际的应用当中也证明了后者能完全满足生产的需要，后者可行的主要因素在于，不仅考虑了系统流量（速度）的需要，同时考虑了压力因素的作用，因为负载较小，蓄能器能够储存和释放该执行元件所需要的流量（能量）。
在蓄能器作为节能元件应用时，要充分注意蓄能器的冲氮压力的设定，如果蓄能器的冲氮压力大于或等于系统压力，蓄能器将不会起到蓄能和节能的作用，蓄能器的压力设定取决于所需执行元件工作时的负载大小。
3.定量泵同电磁溢流阀相结合的节能应用
该种设计原理主要是在系统当中增加压力继电器来实现节能控制。该压力继电器具备高压点和低压点发出信号的功能。在系统压力达到压力继电器的高压点时电磁溢流阀得电，泵处于卸载工作，处于节能状态，当系统有执行元件工作时或系统由于内泄降到压力继电器的低压点时，电磁溢流阀失电，泵进行带压输出。
在该种结构当中，需要注意的问题是，由于电磁溢流阀频繁的得电和失电会造成电磁溢流阀的损坏较快，从而出现内泄而造成能量损失。另外，如果该系统不是连续工作，建议在系统不工作时，给系统下电，此时消耗会最少。
4.多执行元件，少量连续工作的节能应用
我厂粗中轧和卸卷液压系统属此类情况。在粗中轧区域，有当量的液压执行机构，但是这些执行机构仅在设备检修时应用，并且不是全部同时工作，而在生产当中仅有拉出机一个液压缸工作（流量为25l/m）。此液压站配备的泵组为125l/m，电机功率为45KW,这种大马拉小车的现象不仅造成了大量电能的浪费，同时由于各个管路存有高压油，容易产生泄漏造成油品和其他元件的消耗和浪费。为此我们把拉出机液压动作，单独设计一个小型液压站，其电机功率为5.5KW，泵的流量为30l/m,换向阀为M型中位机能，该小型液压站投资仅1万元，而该项改造工作，每年节省电费、油耗和备件消耗在10万元以上。
三、结束语
在液压系统的设计当中，在保证系统的正常工作的前提下，要充分重视节能技术的应用。在设备维护管理当中除要注意节能之外，还要注意由于能源浪费带来的其他危害，我厂由于充分重视液压节能问题，每年为企业节省了大量资金，有利的支持了企业的发展。