摘要：介紹了幾種在篦冷機液壓傳動中應用的節能技術的優點與不足。重點對負載敏感控制技術的節能特點做了分析，闡述了機械式負載敏感技術及電子式負載敏感技術控制方法的不同，以及負載敏感控制原理應用在篦冷機上的研究成果。

  1 引言

  在新型干法水泥生產線熟料冷卻設備中，配套的篦冷機占據了主導地位，傳動裝置多采用液壓傳動，相比于機械傳動，其優勢是功率密度大和可實現單泵多執行器并聯驅動，因而為近年國內外公司推出的新型步進式篦冷機所采用。基于其輸送原理的特殊性，使得液壓執行器數量較多，而且各個執行器負載往往差別較大，造成的最大問題是液壓系統效率偏低、能耗較大。因此研究節能的元件和系統集成方法，改善系統能量效率，始終是步進式篦冷機的重要課題。本文將重點介紹篦冷機液壓系統中節能技術的應用。

  2 壓力控制節能技術

  定量泵系統提供恒定的流量，系統壓力是由作用于工作介質上的載荷決定的。為限制系統的最高工作壓力，必須設置一個高壓溢流閥。當系統工作壓力達到設定值時，液壓泵幾乎全部流量將通過溢流閥流回油箱，因而導致極高的功率損失，并在系統中產生大量的熱損耗，致使系統效率極低（圖1）。由此而發展出壓力控制變量泵來改善這個問題。

  篦冷機恒壓變量泵傳動系統見圖2，兩油缸置于篦床的兩側，剛性連接，同步運動。恒壓泵最大工作壓力的控制是通過液壓泵內部的補償器實現的，此類補償器可在系統因負載超出額定范圍導致系統受到阻滯的狀態下，通過限壓變量活塞使泵卸荷，即液壓泵處于高壓運轉狀態，但排量近乎為零。此時液壓泵將進入等待狀態，并保持較高的工作壓力，直至負載被克服或恢復操作閥的控制狀態。相對于定量泵系統，因溢流而損失的能量大大降低，如圖3。

  如圖3所示，該系統的缺點是，液壓泵試圖在所有的工況條件下，均欲在限定的最高工作壓力附近實現排量的調節。但液壓系統還有這樣一類工況，即期望獲得較大的流量而所要求的工作壓力卻很低，系統在此種工況下導致了較高的壓力降并在能量損失過程中產生大量的熱。

  3 液壓-機械負載敏感控制節能技術

  20世紀80年代初，液壓-機械式負載敏感控制原理開始用于主機，圖4給出篦冷機液壓-機械閉式負載敏感的控制回路原理，圖5給出了工作過程中的能量消耗分配情況。液壓-機械負載敏感控制是目前多執行器并聯運動系統為降低節流損失普遍采用的技術。

  系統的工作原理是：通過壓力檢測管網和梭閥檢測出系統中最高的負載壓力，用這一壓力值作為變量泵的控制信號，改變液壓泵的輸出流量，使泵的出口壓力始終高于最高負載 壓 力 一 個 恒定的值，一般為2MPa。當系統處于中位時，系統的壓力和流量都最小，消耗的能量也非常小。如果僅有一個液壓執行器工作，則只存在和壓差補償器及控制閥口壓差相關的損失，能量損失也較小。簡而言之，負載敏感系統是一種感受系統壓力—流量需求，且僅提供所需求的流量和壓力的液壓回路。

  一個通用的工程計算公式表明，驅動液壓泵所需要的功率Hp（kW）等于系統壓力P (MPa)乘以系統流量Q (L/min)，然后除以常數600。Hp=P·Q/600 （1）

  引用上述公式，以篦冷機的實際工況為例，因為要求液壓缸的推動速度可以調整，實際負載大小也有變化，在設計時考慮工況系統最大負載20MPa，最大流量200L/min。用公式計算得到66.6kW的功率，根據前面的描述，這即是驅動液壓泵的功率。

  通過這個公式可知：無論供油流量或是工作壓力發生變化，驅動液壓泵的功率也隨之變化，這也是實際工況所要求的，如在某種情況下，油缸驅動負載只需要10MPa，流量只需要100L/min。在這種工況下，負載敏感泵傳動系統工作壓力大致為12MPa，流量大致為100L/min，計算得到驅動功率僅為20kW；而采用恒壓泵，系統壓 力 仍 為20MPa，系統流量100L/min，計算得到驅動功率33.3kW。相對定量泵比較而言，此種工況下，恒壓泵系統節能50%，負載敏感泵系統節能70%，其優勢是不言而喻的。

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  當系統有多個執行器同時工作時，只有壓力最高一聯執行器所對應的節流損失較小，其他聯的損失則較大，壓力差別越大，引起的節流損失也越大，這也是負載敏感技術最大的不足。此外存在的問題還有：用機械式比例減壓閥控制液控多路閥、采用機械式控制變量泵和機械式壓力檢測管網，遠距離控制，管路復雜；管道長度、檢測管網引起壓力信號的滯后，降低了系統的穩定性，容易產生振動；壓力檢測管網復雜，造成機器整體布局困難；為使各執行器速度互不影響，要附加壓差補償閥和梭閥，造成高的調節力和大的壓力損失，系統性能受環境變化影響大。為了改善這一系統的性能，采用電子比例閥代替機械式手控減壓閥的負載敏感技術，可省掉先導閥的液壓控制管網，但變量泵仍采用液壓-機械控制方式，獲得了與機械式負載敏感控制類似的效果。

  4 電子負載敏感控制節能技術

  為克服液壓-機械負載敏感技術的不足，20世紀90年代初，德國研究者率先提出用電子閉環高性能比例閥與壓力電閉環比例泵相結合的電液負載敏感控制原理。與液壓-機械方式相比，電液負載敏感技術用壓力傳感器取代復雜的壓力檢測管網，消除了檢測環節的滯后，改善了系統的響應特性；用電閉環比例閥，通過閥口流量計算公式控制閥的流量，無需壓差補償器，降低了作用在每一聯控制閥的工作壓差，提高了系統能量利用率，同時增加了系統的柔性，簡化了系統的機械結構，而系統的能量利用情況與圖5中液壓-機械控制方式相同。

  圖6是步進式篦冷機電子式負載敏感控制系統原理，步進式篦冷機的特點是篦床分列運動，圖示篦床為3列，每列由兩缸同步驅動，由比例換向閥控制方向和速度。3列篦床由一臺電子式負載敏感泵提供動力源，該泵序號1.1為比例閥，序號1.2為電感式位移傳感器，用電液比例閥控制泵的流量和壓力，通過改變泵的斜盤傾角來控制其流量。泵的壓力和變數機構的位置，通過壓力傳感器和感應式位移傳感器轉換成電信號，輸入放大板進行閉環控制。從安全角度講，還裝有溢流閥，保護工作壓力不超過最大允許壓力。

  高效、節能的特點使負載敏感控制成為所有傳動及控制系統的理想設計方案。對于復雜的系統，它能夠與電子操縱系統聯合工作，精確地控制和提供所需的液壓動力。可以預見，負載敏感系統可用于協同電子操縱系統進行復雜液壓系統精確、可調的能量控制。各種類型的傳感器可為微處理器提供反饋信息，微處理器進行偏差比較及處理后輸出控制電流給比例電磁控制閥，其控制作用使得負載敏感變量泵根據執行器的需求按比例提供準確的壓力和流量。

  5 結語

  近年來，篦冷機液壓傳動技術獲得了很大發展，系統的能量效率和控制特性獲得了很大的提高，伴隨著液壓技術的發展與進步，為適應行業節能降耗的要求，我們不斷將新型節能技術應用于篦冷機液壓系統，并獲得了很大的經濟效益。當然，為滿足日益嚴格的排放標準和低碳經濟的需求，進一步提高篦冷機液壓系統能量效率是未來的發展趨勢。

  參考文獻：

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  [2]高鳳陽，等.篦冷機篦床液壓驅動比例速度控制系統[J].液壓與氣動2006.11.