試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)怎么節(jié)能

　　在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)者常常把著眼點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)機(jī)的精度、功能、可靠性等指標(biāo)上，而對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)的能耗方面斟酌得較少，以致設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)機(jī)效力較低，造成能量的浪費(fèi)。特別對(duì)利用液壓傳動(dòng)的實(shí)驗(yàn)機(jī)，絕大多數(shù)液壓系統(tǒng)都是采取節(jié)流調(diào)速，由于存在不可避免的節(jié)流損失或溢流損失，從而造成系統(tǒng)的發(fā)熱。為了保持理想的油溫，又不能不采取降溫的措施，從而進(jìn)1步加重了能量的無(wú)功消耗，這方面的問(wèn)題在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)機(jī)上顯得不是特別明顯，但對(duì)動(dòng)態(tài)的疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)和電液伺服消息實(shí)驗(yàn)機(jī)卻表現(xiàn)得尤其突出。因此，實(shí)驗(yàn)機(jī)的效力問(wèn)題和綠色設(shè)計(jì)的概念逐步得到人們的認(rèn)識(shí)和重視。下面1些方案是在實(shí)驗(yàn)機(jī)的開發(fā)和研制中所曾使用過(guò)的1些節(jié)能措施，實(shí)踐證明，它們都在不同程度上起到了較好的節(jié)能的效果。

　　節(jié)能設(shè)計(jì)

　?。?）采取壓力自適應(yīng)油源

　　雖然靜態(tài)實(shí)驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)的功率不是很大，1般機(jī)電的功率不大于"#"T9。但在設(shè)計(jì)時(shí)斟酌到結(jié)構(gòu)的緊湊要求，1般是將油源嵌入到主機(jī)內(nèi)，這樣油箱的體積不可能太大，因此其散熱效果有限，解決油液溫升問(wèn)題的較好辦法是從液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面斟酌。是1臺(tái)實(shí)驗(yàn)力為$%%TU 用于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的電液伺服實(shí)驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖?？梢钥闯?，由于在伺服閥的供油口和工作油口之間并聯(lián)了1個(gè)壓差式溢流閥，因此油泵的供油壓力隨工作載荷而變化，閥門僅起安全閥的作用。例如在完成材料拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，泵的供油壓力隨負(fù)載力的增加而逐步上升，過(guò)剩的油液通過(guò)壓差式溢流閥流回油箱。不難看出，這類壓力自適應(yīng)油源比恒壓源可以提高效力約1倍左右。事實(shí)上，該實(shí)驗(yàn)機(jī)油源流量為"#$5 VO60，供油壓力為"$EW/，油箱體積僅為(X% Y (!% Y "Z%（OO），且不需要冷卻器。

　?。?）配置蓄能器

　　對(duì)動(dòng)態(tài)疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)，因需滿足在1定實(shí)驗(yàn)頻率下實(shí)驗(yàn)力和振幅的要求，油源的流量都比較大，從23105 VO60 到2百多5 VO60 不等，目前高級(jí)次的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)機(jī)1般都采取電液伺服控制。在設(shè)計(jì)中，通過(guò)在伺服閥的供油口前設(shè)置蓄能器，可以減小液壓源的額定流量，從而到達(dá)減少能量損失之目的。正弦波形的流量輸出在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中，伺服閥的輸入信號(hào)多為正弦波，負(fù)載流量可以表示為!這是半個(gè)周期的正弦波，但作為液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)流量，它是1個(gè)脈動(dòng)周期。在1個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載流量的盈虧與補(bǔ)償，可依托蓄能器來(lái)進(jìn)行，即通過(guò)在液壓系統(tǒng)中配置適當(dāng)?shù)男钅芷?，油泵的供油?便可沒必要達(dá)負(fù)載的流量，取1個(gè)脈動(dòng)周期的平均流量便可期間過(guò)剩的流量貯存起來(lái)，時(shí)間段釋放以滿足負(fù)載所需的流量，從而使進(jìn)入負(fù)載的總流量大于泵的流量?？梢?，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了適當(dāng)?shù)男钅芷?，便可使油源的額定流量減少到流量的!下降能耗。

　　（3）濟(jì)南試金采取交換液壓技術(shù)

　　當(dāng)對(duì)1些大型結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)時(shí)，機(jī)械式實(shí)驗(yàn)機(jī)因遭到結(jié)構(gòu)及慣性力的限制，對(duì)大型結(jié)構(gòu)物實(shí)驗(yàn)較難實(shí)現(xiàn)；雖然電液伺服實(shí)驗(yàn)機(jī)具有精度高、控制靈活等優(yōu)勢(shì)，但由于其價(jià)格昂貴、保護(hù)復(fù)雜、能耗較大，1般用戶亦使用不起。采取交換液壓技術(shù)的脈動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)正好可以彌補(bǔ)二者的不足，特別是這類實(shí)驗(yàn)機(jī)因具有可靠性高、能耗低等優(yōu)勢(shì)，遭到許多用戶的青睞。

　　脈動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)工作原理圖。當(dāng)曲柄以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸入活塞作正弦運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)液壓傳輸管道中的全部液體相對(duì)其平均位置作來(lái)回運(yùn)動(dòng)，從而把功率傳遞到輸出活塞，輸出活塞帶動(dòng)負(fù)載振動(dòng)而作功。脈動(dòng)管道中由于泄漏或溫度變化，而使封閉腔流體的整體積產(chǎn)生變化，需在系統(tǒng)中加入補(bǔ)油單元自動(dòng)調(diào)理管道中油量，保證輸出活塞的運(yùn)動(dòng)中心處于正確的中間位置，補(bǔ)油壓力為。在交換液壓系統(tǒng)中，沒有控制閥，因此不存在節(jié)流損失和溢流損失，輸入真?zhèn)€功可以不受損失的傳遞到輸出端。型脈動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)，工作頻率在./0 時(shí)，振幅1 2 33，實(shí)驗(yàn)力可達(dá)45，所選用的機(jī)電的功率僅為46。如果采取電液伺服控制的方案，在滿足相同的實(shí)驗(yàn)力、實(shí)驗(yàn)振幅、實(shí)驗(yàn)頻率的條件下，機(jī)電的功率需為!$F。即便斟酌到設(shè)置蓄能器所帶來(lái)的$% $7節(jié)能效果，機(jī)電的功率最少應(yīng)為46?？梢姡诓扇〗粨Q液壓技術(shù)后，在節(jié)能效果上的顯著意義。固然，脈動(dòng)疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)也有其不足的地方，表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)波形1種正弦波，實(shí)驗(yàn)頻率不可能很高，1般不超過(guò). " #,/0。再者，交換液壓系統(tǒng)效力與很多因素有關(guān)，主要對(duì)輸出負(fù)荷的阻抗最敏感，其次是交換頻率，1般是隨頻率增加，效力略有下降。固然還與其它1些因素如傳輸管道的直徑及長(zhǎng)度等也有關(guān)系。即便將上述因素斟酌進(jìn)來(lái)，其效力也將遠(yuǎn)高于直流液壓系統(tǒng)的效力。

　?。?）采取諧振原理設(shè)計(jì)

　　在逼迫振動(dòng)的電液伺服疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)中，由于伺服閥交替著使高壓油進(jìn)出于作動(dòng)器兩腔產(chǎn)生循環(huán)。對(duì)彈性試件而言，在回程中試件所吸收的彈性能沒法回收。再者，就是工作頻率不可能很高，1般在 ,/0 之內(nèi)。而采取諧振原理設(shè)計(jì)的電液伺服實(shí)驗(yàn)機(jī)，是在諧振曲線的波峰上工作。這樣，只需很低的功率即可以在高頻率下取得高的實(shí)驗(yàn)負(fù)荷。根據(jù)試件的剛性、試件阻尼和所用砝碼的不同，工作頻率范圍可在之間。在節(jié)能效果方面，我們以電液伺服改變疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)為例，在扭矩為45 3，振幅為 33的條件下，逼迫振動(dòng)式實(shí)驗(yàn)機(jī)所需的功率為46，實(shí)驗(yàn)頻率為 /0，而采取電液諧振的改變疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)所需的功率僅為# 46，實(shí)驗(yàn)頻率可達(dá)! /0。它的體積較小，用來(lái)鼓勵(lì)彈簧*質(zhì)量組件；另外一個(gè)是施加作用力到試件上的平均負(fù)載液壓缸，它的體積較大，它的兩腔分別與蓄能器相連，因此當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，全部液壓缸相當(dāng)1個(gè)很軟的液壓彈簧，這類諧振是質(zhì)量和液壓彈簧系統(tǒng)的諧振。負(fù)荷傳感器檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)信號(hào)綜合處理裝置分解成兩路份量信號(hào)：1路是直流反饋信號(hào)，作為控制平均負(fù)載液壓缸的大流量伺服閥的反饋信號(hào)；另外一路是交換反饋信號(hào)，作為控制激振液壓缸的小流量伺服閥的反饋信號(hào)。諧振狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)工作，*是自動(dòng)進(jìn)行。當(dāng)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)便自動(dòng)地尋覓諧振頻率；當(dāng)實(shí)驗(yàn)期間諧振頻率產(chǎn)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)能自動(dòng)的跟隨諧振頻率?？梢姡谥C振式疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)中，平均負(fù)載液壓缸可認(rèn)為是處在靜態(tài)下工作，疲勞實(shí)驗(yàn)的平均負(fù)載力由其產(chǎn)生。 由于該缸的負(fù)載流量很小，因此所需的功率也很少；激振缸處于產(chǎn)生交變載荷的動(dòng)態(tài)下工作，其輸出的功 率用來(lái)平衡因系統(tǒng)的阻尼影響所致使的振幅衰減，消耗的功率也很小。因此，采取諧振原理設(shè)計(jì)的疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)具有顯著的節(jié)能效果。由于諧振式疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)不可能在1個(gè)頻率下工作，這就要求實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的諧振頻率可變。平均負(fù)載液壓缸的作用面積；— 連接蓄能器與平均負(fù)載液壓缸之間的管道截面積；

　　— 蓄能器與平均負(fù)載液壓缸之間的管道中液壓油的總質(zhì)量；

　　— 活塞等可動(dòng)部份的質(zhì)量；

　　— 試件剛度。

　　可見，變換諧振頻率的途徑有3條：改變配重砝碼的質(zhì)量；改變蓄能器數(shù)目；改變液壓缸與蓄能器連接的管道截面積，通過(guò)這些途徑可以到達(dá)滿足不同實(shí)驗(yàn)頻率的要求。

　　（5）采取雙泵供油系統(tǒng)

　　對(duì)電液伺服消息實(shí)驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)，可采取大小兩種流量規(guī)格的雙泵獨(dú)立供油，兩種油泵共用1個(gè)油箱和調(diào)壓閥組單元，在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)或低頻小振幅的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)由小流量泵向伺服作動(dòng)器供油，在高頻率大振幅的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由大流量泵向伺服作動(dòng)器供油。采取此方案比用1個(gè)大流量泵具有節(jié)能效果，由于大流量泵所配機(jī)電的功率相當(dāng)大，可達(dá)至1般異步機(jī)電運(yùn)行在接近額定功率狀態(tài)下功率因數(shù)較高，在空載或小功率輸出狀態(tài)下功率因數(shù)比較低。在小流量輸出時(shí)，雖然溢流損失較少，但機(jī)電的運(yùn)行效力較低，消耗的電能卻比較大，實(shí)際上達(dá)不到真實(shí)的節(jié)能效果。對(duì)壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)的液壓系統(tǒng)，在返行程或接近試件的空行程時(shí)要求活塞的移動(dòng)速度較快，屬于低壓大流量工況，由大小泵1起向油缸供油；在緊縮試件時(shí)屬高壓小流量工況，大泵卸荷由小泵單獨(dú)供油，從而到達(dá)節(jié)能的目的。

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