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      1. 技术文档

        上料机液压系统性能分析及节能改造

        发布:yhsstools?浏览:
        ?0导言
        液力传动是以液压油为介质实现能量转换和传递的一种装置。具有结构简单、输出力大、无级变速、易于自动化等优点。它已广泛应用于工业生产的各个部门。由于能量传递过程中的泄漏和压力损失,传动系统的工作效率相对较低,根据数据,液压传动系统的效率仅为70%左右。因此,为了提高液压系统的效率,有必要对液压系统进行节能改造。以某给料机液压系统设计为例,分析了系统存在的能量损失,提出了合理的节能改造方案。
        1给料机液压系统的工作原理
        驱动给料机的液压系统应完成“快速升/慢升/降”的工作周期。快速上升行程为350 mm,速度为≥45 mm/s,慢升行程为100 mm,速度为8mm/s~45 mm/s,快速下降行程为450 mm,所需速度为≥55 mm/s,驱动馈线液压系统的原理图见图1。
        1.1快速上升
        螺线管2YA通电,电磁阀换向阀6向右连接,双叶片泵1和2同时给系统供油。进油路径为:双叶片泵1、2电磁定向阀6、液体控制阀7、单向阀8/液压缸11下腔、回路:液压油缸11、上腔电磁阀9/电磁阀6/燃料箱。
        1.2缓慢上升
        液压缸快速上升350 mm后,行程开关发出信号,电磁阀9获得电,系统压力升高,外部控制顺序阀5开启,此时泵2卸载,泵1给液压缸供油,液压缸上升缓慢,回流油通过调速阀10,最后返回油箱。在此过程中,液压回路采用了调速阀的回油节流阀调速方式,其特点是转速稳定,重物重量变化不会发生变化,但存在溢流损失和节流阀损失,当转速上升缓慢时,压力能损失最大。
        1.3停挡停留
        当给料机的滑台上升到指定的高度时,停止块停留,液压缸停止运动。此时,回路中的所有电磁阀都被切断,电磁定向阀6的阀芯回到中间,液压控制单向阀7控制油罐,控制压力为零,液压缸由于下腔内的油被密封而被锁定。这样,在液压缸停留期间,重物的位置保持不变。

        1,2-双叶片泵;3-安全阀;4-单向阀;5-外部控制顺序阀;6-电磁阀;7-液体控制单向阀;8-单向顺序阀;9-电磁阀;10-单向调速阀;11-液压缸
        图1驱动给料机液压系统原理图
        1.4快速下降
        螺线管1YA接通,两个双叶片泵1和2同时供油系统。进油路径为:双叶片泵1和2电磁阀6/电磁阀9/液压油缸11上腔;回油通道:液压缸11下腔/单程顺序阀8/液压控制单向阀7/电磁阀6/燃料箱。
        2.液压系统性能分析
        在完成液压系统上述工作周期的过程中,液压泵的效率、回路中的压力损失和液压缸的泄漏都会影响液压系统的效率。
        2.1回路压力损失分析
        通过对液压回路的性能校核计算(计算过程较小),当滑台自重为1kN,货物提升5kN时,回路的总压力损失(沿程压力、局部压力损失)为0.4MPa。主要压力损失是速度调节阀两端在缓慢上升过程中的压降,功率损耗最大。
        2.2环路功率损耗分析
        计算结果表明,驱动泵电机输出功率为563.33 W,有效功率为313.63 W,功率损耗为249.7 W,电机输出功率为325 W,转速上升较慢,可用功率为48.25W,功率损耗为276.75 W,功率损耗较大。
        从以上数据可以看出,液压元件的功率损耗是影响系统效率的主要因素,其中液压泵的能耗最大,其次是各种控制阀,如安全阀、调速阀和背压阀的压力损失等。
        3.给料机液压系统改造
        对液压系统进行改造,既要保证原系统的功能指标,又要考虑经济性,使液压系统能够高效、经济、可靠地运行。
        3.1能源装置的改造
        液压泵是将电机输入的机械能转化为压力能的液压系统的能量装置。在能量转换过程中,由于漏油和机械摩擦的存在,将部分能量转化为热能而损失掉,这一地区的能量损失在液压系统能耗中占有相当大的比重。因此,合理选择液压泵对于降低液压系统能耗,提高系统效率具有重要意义。
        根据系统工作过程中的压力和流量,原液压系统采用YB1-6.3/6.3双叶片泵作为能量,采用定量泵速调节阀的回油节流调速方式,其中安全阀3起到溢流压力稳定作用,回路中存在溢流损失和节流损失,能耗大。将能量装置转换为限压变量泵和定量叶片泵(两泵的额定流量可以是相同的,也可以是不同的)。修改后的液压系统的原理图如图2所示。
        当滑台迅速上升时,两台泵同时给液压缸供油,当滑台缓慢上升时,外部控制顺序阀5被开启,此时定量泵2被卸载,变量泵1为液压缸提供压力油,安全阀3被用作安全阀,回路中没有溢流损失。改造后的液压回路采用容积节流调速方式,由限压变量泵和调速阀组成。调速方式的速度稳定性好,重量变化不会改变。电路中的调速阀只存在功率损耗,从而提高了液压系统的效率。
        3.2向循环中添加累加器
        原电路在液压缸下腔进气道上设置了液压控制单向阀7。在液压缸运动至顶止时,定向阀6位于中间,液压控制单向阀7的外部控制口没有控制压力,液压缸腔的压力油不能通过液压控制单向阀7回流到油箱,从而锁定液压缸,防止重物坠落,保持重物位置不变。由于液压控制单向阀阀座一般为锥形阀结构,密封性能好,泄漏量少,锁定精度仅受液压缸制造精度的影响。因此,为了防止液压缸泄漏,在修改后的液压回路中添加了蓄能器12。

        1-变量液压泵;2-定量液压泵;3-安全阀;4-单向阀;5-外部控制顺序阀;6-电磁阀;7-液压控制单向阀;8-单向顺序阀;9-电磁阀;10-单向调速阀;11-液压缸;12-蓄能器
        图2改进型液压系统原理图
        蓄能器是液压系统的储能元件,它可以储存多余的水力能量,在需要时释放能量,是节约能源的重要途径。在液压缸下腔的油路上加装蓄能器。当滑台上升时,系统双泵供油。蓄能器可以储存多余的压力能量,液压缸的泄漏可以在液压缸停留期间补充,以保持重物的位置不变。
        4.结论
        在原液压系统中,采用双连接定量叶片泵作为能源,当液压系统上升缓慢时,采用定量泵调速阀的节流调速方式,存在溢流损失和节流损失,电路效率低。改造后的液压系统采用两种不同类型的液压泵作为能源,在液压系统缓慢上升时,采用由有限压力变量泵和调速阀组成的容积节流调速方式。该回路只存在节流损失,无溢流损失,提高了系统效率。同时,在液压系统中加入蓄能器,以补充液压元件的泄漏,还可以吸收液压冲击,减小振动和噪声。总之,改造后的液压系统降低了能耗,提高了液压系统的效率,成本略高于原电路。

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