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浅谈机械液压系统的节能设计

摘要：液压系统设计的合理与否，直接关系到企业的效益。如何有效地节能

降耗，将节能意识融入液压系统设计过程中，使液压系统具备高效率低能耗的特

性。本文对液压系统节能设计的过程进行论述，以期达到节能目的，提高工作效

率。

关键词：液压系统；设计节能

前言

液压系统相对传统的机械传动，具有控制灵活、大功率负载等特点，在原来

使用机械传动的很多领域目前都采用液压系统进行传动。液压系统节能目的是提

高系统的能量利用率或提高系统的效率，液压系统的主要任务之一是传递动力，

故系统效率的高低是其重要性能指标之一。液压系统的无功损耗都将变成热能，

使系统温度升高。而工作液的性能与温度有着密切的关系，高温会加速工作液老

化，诱发各种故障，影响液压元件的使用寿命和系统工作的可靠性。因此，设计

液压系统时，研究和采用节能设计一直是液压技术工作者所关注的重大课题之

一。同时，节能设计是根据能源审计的结果，为客户的能源系统提出如何使用成

熟的技术来提高能源利用效率、降低能源成本的整体方案和建议。节能设计是企

业实现节能目标的重要保障，只有通过节能设计才能实现企业系统的全面的节

能，同时为企业创造效益，具有重要的现实意义。

一、液压系统能量

随着能源供应日趋紧张，液压系统的节能研究具有重要的现实意义。液

压系统在设计及使用时，忽视了系统工作效率，只侧重系统的可靠性及成本，往

往造成实际工作效率不高。一个完整的液压系统都是由动力元件、控制元件、执

行元件、辅助装置和工作介质五大部分组成，其能量转换和传递情况如图1所示。

图1液压系统能量转换和传递图解

二、液压系统能量损失

液压系统的能量损失表现为压力损失，它会使液压能转变为热能，这不

仅浪费了大量的能量，还会导致系统温度升高，特别是会使工作介质急速变质老

化。每温升15℃会使矿物油介质使用寿命约降低10倍。过渡温升还会导致液压

元件和系统的可靠性、稳定性、寿命大大降低，是诱发各种故障的主要潜在原因。

根据图1可能量损失划分为以下几类。

1动力元件的能量转换损失

动力元件主要指液压泵，在将机械能转化为液压能的过程中所导致的能

量转换损失主要是因摩擦而产生的机械损失和因泄漏而产生的容积损失，可分别

用

机械效率和容积效率来表示，二者乘积即为液压泵的总效率，它对整个

系统的总效率影响很大。这不仅与液压泵的类型有关，还受运行工况以及磨损情

况等因素的影响。

2控制元件的能量损失

控制元件主要是各类阀，它们都是液阻。虽然借助液阻可以实现信号的

转换、检测、参变量间的协调平衡和调节等多方面的控制功能，但液体流过液阻

时会产生压降，这必然会增加能量消耗，使系统总效率降低。

3执行元件的能量转换损失

执行元件是指各种液压缸和马达，它们在液压能转换为机械能能过程中，

同动力元件一样存在着机械损失和容积损失。对于带有可靠密封的液压缸，其泄

漏量极小，容积损失可忽略不计，其能量转换损失可主要考虑机械效率。

4辅助元件的能量损失

辅助元件有油箱、管件、压力表、密封件、蓄能器等，一个具体的系统

中所含辅助元件的种类和数量依据系统的复杂程度和布局而定。辅助元件的能量

消耗主要反映的是节流损失，对系统的工作效率也有很大的影响。

5系统的结构与布局造成的能量损失

为了克服管道阻力，实际液体流动时会损耗一部分能量。系统的结构与

布局不同，其能量损失也不相同。通常情况下，系统结构越复杂，液压元件越多，

液体流动方向和速度变化越多，能量损失就越大。油液沿等直径直管流动时，会

产生沿程压力损失；流经弯管、接头等局部障碍时，会产生局部压力损失，它们

都会使系统中的功率损耗增加，造成能量损失。

6动力源和负载特性不适应造成的匹配损失动力源供给系统的能量往

往不能恰好和系统负载相适应，则低负载工况下，就会带来能量供过于求的匹配

损失。如液压系统的输出压力和流量分别大于执行元件所需的压力、流量时，就

会分别产生压力过剩和流量过剩。过剩越多，能量损失就越大，系统效率就越低。

三、节能的主要措施

1提高液压元件本身的效率

提高液压元件本身的效率，可以降低液压油经过时的能量损