基于能量回收型液压系统的能耗计算

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液压产品在我们的 日常生活和工业生产中占有很大的比例，但是由于液压产品的能量损失大、传动效率低等缺陷 已严重影响与低损耗产品在市场上的竞争力 ，因此降低能耗是液压产品的发展关键，而液压电梯作为液压产品的-个种类也是不能例外的。

随着节能技术 的发展 。目前液压电梯的节能方法主要有fl121：增加机械配重、变频调速技术 、压力油箱技术等 。本文将以基于能量回收型液压 电梯为例对液压系统的能耗进行计算 ，证明其较好的节能性。

1 液压系统的设计液压电梯要求乘坐舒服、运行平稳、安全 、效率高等特点.由于本文中所探讨液压电梯 的液压系统还具有节能特点 .即在电梯下行时将液压缸 中的液压油储存起来 ，上行时将储存的油液和液压泵-起向液压缸提供能量 ，从而达到降低液压系统能耗的 目的，据此设计 的能量 回收型电梯液压系统如图 1所示。

修稿 日期 ：2013-02-20作者简 介 ：黄尚国(1974-)，本科 ，河南濮阳人 ，设备 工程 师。

多年来-直从事设备管理工作，副部长；程传成(1978-)，本科 ，河南南阳人 ，设备工程师。擅 长设备维修及安全环保管理。

58该电梯的工作原理为：在电梯下行时液压缸中的液压油通过液控单向阀7、换向阀 22、液压马达 2l、液压泵 20、换 向阀15、液 控 单 向阀 14到达蓄能器 12进 行 储能 .当外 负 载所 提供 的压力小于 蓄能 器 中的压 力 时离 合器 19吸合，电机 18带动液压泵 20为系统增压 ；电梯 上 行时蓄 能器 释 放能量即压力油通过液控单 向阀 14、换 向阀 15、液压马达26、液压泵 25、换向阀 6、液控单向阀 7进入液压缸推动轿厢上升，当蓄能器所能提供的压力小于液压缸处压力时离合器 3吸合，电机 2带动液压泵 25为系统增压。

1、4、17、23单向阀；2、18电机 ；3、19离合器 ；5溢流阀；6、22二位二通电磁换向阀；7、14液控单 向阀；8比例调速阀 ；9、13压力传感器 ；10柱塞缸 ；11轿厢 ；12蓄能器 ；15二位三通 电磁换 向阀 ；l6三位三通电磁换 向阀；20、25液压泵 ；21、26液压马达 ；24、·产 品与市场 ·27过滤器。

2 能耗计算柱塞缸的行程 s5m，用时 t20s，速度为 v .25m/s，液压缸柱 塞截面积 A0.00785m ，系统 中液体 的流量为q117.6//min，则电梯运行时柱塞缸 中油 液的最大变化体积为 ：VLAs39.25L在电梯下行时蓄能器所能回收的油液体积为lI：vl1li 唼 ×(vIJ-v )33.25l V马排式中：V - 回收油液体积 (Z)；V幕排-液压泵 的排量(Or)；V -液压马达排 量 (/r)； 。 马达容积效率 ；广 液压泵的容积效率 ；V -调速阀的溢流量 (Z)。由于上行回路与能量 回收 回路所用液压马达的参数相 同，因此在电梯上行时蓄能器所能提供的油液体积为 ：V6VhX'q 3 1.464/2.1 蓄能器容量的选择蓄能器充放油有三个工作状态[3，41：初始充气状态为状态 1，此时蓄能器中的压力和气体体积分别记为 P 和V，；当油液完全充满时既为状态 2，该状态下蓄能器 中的压力和气体体积可记为 P：和 V：；状态 3为最低工作压力状态 ，此状态下蓄能器 中的压力和气体体积记为 P和 V，。在蓄能器第-次进行充油时，其工作状态是 由状态 1到状态 2，由于时间 比较长 ，因此可认为气体在等温下工作 ，即为等温变化过程。在 电梯正常工作时 ，蓄能器中压力和油液体积变化 比较快 .其工作状态是在状态 2和状态 3之间快速连续的变化.可认为气体是在绝热条件下工作，即为绝热变化过程。由气体状态方程可得 ：plV1 p2V2kp3V3 常数 (1)式中：k-为多变指数，其值由气体的工作条件所确定 ，等温变化时 kl，绝热变化时 k1.4。

在该系统 中由于蓄能器的充油过程为等温过程 .放油过程为绝热过程 ，则在 PiP：0.466时蓄能器有最大输出可利用的能量 ，并且有 ：Vlk (VrV2)pp1其 中 k为多变指数其值为 1-4。在确定蓄能器充气压力 P。的值时，应旧能使其值和系统使用的最低工作压力 P：相接近，但-般应留有-个安全裕度，以保证在最小压力下系统及蓄能器的正常工作 ，-般情况下 pl/p，0.8-0.9嘲，在此选用 p 0.85p3。根据文献5：T、 - ( j± 2 gA式中：m -轿厢质量(kg)；m 随行 电缆 、滑轮重和柱塞 自重及其头部质量(kg)；m 外负载(kg)；g-重力加速度(N/kg)∩得电梯在不同负载 时系统 的压力如表 1所示 。

根据以上的分析和计表 1不同负载时系统压力负载 (kg) O 500 1000系统压力 3.37 4.62 5.87 (MPa)nm L 1 194r/minV 马排由于液压马达和液压泵同轴 ，因此液压泵的转速与液压马达转速相 同，则液压泵出口处的流量为：q nbV 11 101.6L/min考虑能量 回收 回路 的压力损 失 /kp。0.2MPa，在外负载为空载 、500kg、1000kg时：P aTrn6t-式中：T -马达输出转矩(Nm)；(--马达角速度(rad/s)；马达机械效率。在负载作用下液压泵的输入功率见表 2。 表 2不同负载能量回收回路液压泵由公式 P 且 可得在不 同q输入功率负载 (kg) 0 500 1OO0泵输入功率 (kW) 5.61 7.82 10.O1负载时 ，能量回收回路中液压泵出 口处的压力见表 3。

由 于 蓄 能 器的最 低 工 作 压 力为 3.37MPa.因此表 3不同负载下液压泵出口压力负载 (kg) 0 500 1oo0泵 出口压力 (MPa) 2.49 3.47 4.44在电梯空载下行时能量 回收 回路 中的离合器始终处于吸合状态 ，即电机带动液压泵增压 。当蓄能器 的工作压力为 p33.47MPa时 ，根据式 (1)可得 V3"74.52L，此 时 回收能量已用 的时间为：t ：-V3--V3"： 0.93sq ＆同理可 得当蓄能器 的工 作压力为 P3”4.44MPa时 ，已用 时间为 ：t2-8.04s。

当蓄能器 中的压力达到其最高工作压力时，能量 回收回路液压泵所需的输入的功率为 ：PI血 世 16.33kW不 同负载时电机所 消耗的能量见表 6。蓄能器所能回收的能量为 ：EhPi oo'qt (20-t ) ：178.5KJ2.3 电梯上行时的能耗分析在 电梯上行时蓄能器要在 20s提供 31.464/的油液 ，59·产品与市场 ·则马达的转速为： 为蓄能器和电机所提供的能量之和：下行时有用功为蓄958r/min 能器所 回收的能量 ，总功为外负载和电机所提供 的能量之和，见表 6。从表中可以看出，该型液压电梯无论是上考虑回路压力损失Ap2O.1MPa。当负载不同时 ： 表 6液压电梯液压系统的能耗(KJ)D - 个 - (Pd-△p2)Vm/，'n.、 负载(kg) 电机 蓄能器 有用功 总功 效率nng- - 2盯 、 0 43. 1 147.8 132-3 190.9 0.693可得蓄能器能为液压泵提供的输入功率见表 4。 上行 500 104.2 147.8 181.34 252 O.72表 4不同负载时蓄能器能为泵 当电梯空载上 ： 1O0o 169.6 147.8 230.4 314.7 0.7320 214.4 178.5 178.5 326.6 0.547提供的功率 行时 ，蓄能器中的 下行 500 162.3 178.5 178.5 276.6 0.6451 负载(kg) l 0 I 500 l 100 l压力为变为p3 lOo0 75.6 178.5 178.5 23.2 0.8Ol泵输入功率(kw)6.9 I 7.39 l 7.39 l 6.67MPa 此日寸蓄 行还是下行，其系统效率都是随着外负载的增加而增加，台盥翼由曲茸 们 v，- 1T -(V3 V2：，V- ： 因此该能量回收型液压系统在大负载时节能效果较好。

口 。 。 。 。 、 - 工J - t 以后离合器吸合电机为系统增压。在负载为500kg和 3 结论1000kg时 .离合器-直处于吸合状态即蓄能器和电机共 通过以上计算可知。 基于能量回收型液压系统的节同为系统提供动力。由 ，P- 可得出系统在不同 能效果比较好， 特别是外负载越大 ，其系统效 率越高 ，负载时泵所需的输入功 表 5不同负载时液压泵所需的 节能效果越明显。