液壓節能技術在高線生產當中的應用
摘 要：本文以邢鋼高線生產為例，分析和介紹了液壓系統在原理設計和實際生產當采用的節能技術，為液壓系統設計人員和設備管理人員在工作當中提供一些參考經驗。
關鍵詞：液壓系統 節能技術
邢鋼高線廠有兩條高速線材生產線，均為本世紀初由國外引進技術，關鍵設備、備件進口，主體設備國內制造的生產線。在我廠從加熱、焊接、軋制、控冷、集卷、打包、秤重到卸卷各個工序均涉及到液壓系統，并起著關鍵重要作用。其液壓系統的主要控制元件和檢測元全部采用國外知名品牌的產品。液壓體統具有傳動平穩，控制簡單、體積較小等優點，但液壓系統傳動效率低，存在者能源浪費，特別是我國日益突出的電力緊張問題，導致電價大幅度上漲，所以在液壓系統當中充分重視節能技術十分必要。
一、液壓系統能源損失的主要原因
液壓系統要進行兩次能量轉換，即由電機和泵把電能轉化為流體勢能，再通過液壓執行元件把流體勢能轉化為機械能，能量損失較大，所以效率較低。液壓系統的能量損失全部以熱能的形式釋放。
1.泵和馬達的發熱
在液壓傳動當中，旋轉式流體元件都在低于效率百分之百的情況下運轉，這就意味著，輸入到系統的能量比輸出的能量多，其損失的能量主要為泵和馬達的內部磨損形成溫升轉化成熱能。
2.節流引起的能量損失
所有的流體動力控制閥都是利用節流來進行控制，這就意味著壓降（壓力損失），這種壓降同樣轉化成熱能（發熱）。泄漏，流體在管路當中流動產生的壓降均屬此類問題。溢流閥在實際生產當中產生熱量，或造成能量損失的現象最為常見。
3.系統設計引起的能量損失
在液壓系統設計當中，如果泵選用的流量比系統使用的流量過高，會導致泵在保證執行元件工作的前提下，多余的流量通過溢流閥卸掉，從而產生能量損失。在系統設計當中，設計者要在考慮系統壓力、執行元件的工作周期的條件下去考慮主泵的流量問題，泵的工作總流量同蓄能器相結合的條件下，可以實現系統流量低于泵工作的總流量，這樣既能保證執行元件的正常工作又能使能量損失最小，這一點系統設計人員要尤為注意。在液壓系統設計當中要充分考慮，各個執行元件的工作并發性和互持性的問題，否則會造成很大能源浪費問題。另外，在液壓系統設計當中，中開式四通閥中的壓降不得超過50psi，閥的流通面積至少要為相應管路流通面積的75%，如果可能管路尺寸選取應使得流體為層流狀態。
4.調試、維護、使用不當帶來能量損失
在企業當中，由于調試、維護和操作不當導致的液壓系統油溫較高，而出現能量損失和元件損壞的現象，也是比較普遍存在的問題。 最為常見的現象有恒壓變量泵的溢流閥同系統的安全閥調整不匹配，導致泵始終存在流量輸出，安全閥（或溢流閥、平衡閥）出現故障或壓力調整過低，壓力繼電器出現故障或調整不當等。
二、液壓節能技術在我廠生產當中的應用
我廠的液壓系統當中，所有的主泵均為德國力士樂的產品，閥為力士樂、日本油研產品，檢測元件為HYDAC產品。這些元件具有制造精度高，適應工作環境強，工作穩定等特點。下面就工作當中的幾個典型液壓系統所采用的節能技術進行介紹分析。
1.采用恒壓變量泵的節能應用
加熱爐液壓系統、預精軋軋液壓系統、加勒特卷曲機液壓系統、打包機液壓系統均采取該種設計模式。原理圖如下：
該原理圖僅劃出了一個泵組，來說明問題，實際當中可根據現實要求來配置需要的泵組。
在該種設計結構當中，采用恒壓變量可實現根據執行元件所需流量的大小，進行流量的調節，從而能夠保證泵提供的能量最多的傳遞給執行元件。
當所有的執行元件不工作時，如果電磁溢流閥失電，泵會卸載，能量消耗較小，但不是最佳狀態，因為此時恒壓變量泵會全流量輸出，由于流量較大會由于閥的節流作用產生熱量，從而形成能源浪費現象。最好的方式是電磁溢流閥在系統運行當中始終處于失電狀態。我們要正確理解此處電磁溢流閥的作用不在于發揮節能效果，而是用于泵的保護。
該種結構在應用當中，需要注意的問題是，恒壓變量泵自身帶有溢流閥和系統的溢流閥以及電磁溢流閥之間的壓力設定要必須匹配。否則會出現系統長期處于高油溫的能量消耗之下。在某高線廠出現了，打包機液壓系統（該系統為力士樂制造），油溫持續偏高，經采取多方面的檢查分析，發現系統的主溢流閥出現故障所致。在我廠出現過集卷液壓站持續高溫的現象，其主要問題出在運卷小車的升降控制閥臺的慣性保護閥的出現內泄原因所致。因此在設備維護和調試當中要給予重視。
2.蓄能器在節能技術當中的應用
蓄能器不僅能夠吸收液壓系統當中的沖擊和脈動，其在液壓節能方面具有重要的應用體現。我廠加勒特液壓系統，外方只提供各個閥臺的工作原理圖紙和各個執行元件的工作流量，不提供泵站的工作原理圖。在各種工作元件當中，卷曲機護罩升降液壓缸所需的流量為890l/m，根據各個執行元件的工作周期表，計算出最大所需流量為930l/m，我廠委托某制造廠給泵站進行原理設計，該制造廠提供的方案為4臺泵，用三備一，每臺泵的流量為330l/m,每臺電機的功率為90KW。同時我廠也進行原理設計，我們的方案是4臺泵用三備一，每臺泵的流量為180l/m,每臺電機的功率為45KW，并配帶8個50L蓄能器。經對兩個方案的對比和計算，后者不僅在設備的一次投資上比前者少35%，而且在今后的節電方面后者比前者具有較強的經濟優勢。在實際的應用當中也證明了后者能完全滿足生產的需要，后者可行的主要因素在于，不僅考慮了系統流量（速度）的需要，同時考慮了壓力因素的作用，因為負載較小，蓄能器能夠儲存和釋放該執行元件所需要的流量（能量）。
在蓄能器作為節能元件應用時，要充分注意蓄能器的沖氮壓力的設定，如果蓄能器的沖氮壓力大于或等于系統壓力，蓄能器將不會起到蓄能和節能的作用，蓄能器的壓力設定取決于所需執行元件工作時的負載大小。
3.定量泵同電磁溢流閥相結合的節能應用
該種設計原理主要是在系統當中增加壓力繼電器來實現節能控制。該壓力繼電器具備高壓點和低壓點發出信號的功能。在系統壓力達到壓力繼電器的高壓點時電磁溢流閥得電，泵處于卸載工作，處于節能狀態，當系統有執行元件工作時或系統由于內泄降到壓力繼電器的低壓點時，電磁溢流閥失電，泵進行帶壓輸出。
在該種結構當中，需要注意的問題是，由于電磁溢流閥頻繁的得電和失電會造成電磁溢流閥的損壞較快，從而出現內泄而造成能量損失。另外，如果該系統不是連續工作，建議在系統不工作時，給系統下電，此時消耗會最少。
4.多執行元件，少量連續工作的節能應用
我廠粗中軋和卸卷液壓系統屬此類情況。在粗中軋區域，有當量的液壓執行機構，但是這些執行機構僅在設備檢修時應用，并且不是全部同時工作，而在生產當中僅有拉出機一個液壓缸工作（流量為25l/m）。此液壓站配備的泵組為125l/m，電機功率為45KW,這種大馬拉小車的現象不僅造成了大量電能的浪費，同時由于各個管路存有高壓油，容易產生泄漏造成油品和其他元件的消耗和浪費。為此我們把拉出機液壓動作，單獨設計一個小型液壓站，其電機功率為5.5KW，泵的流量為30l/m,換向閥為M型中位機能，該小型液壓站投資僅1萬元，而該項改造工作，每年節省電費、油耗和備件消耗在10萬元以上。
三、結束語
在液壓系統的設計當中，在保證系統的正常工作的前提下，要充分重視節能技術的應用。在設備維護管理當中除要注意節能之外，還要注意由于能源浪費帶來的其他危害，我廠由于充分重視液壓節能問題，每年為企業節省了大量資金，有利的支持了企業的發展。