試驗機液壓系統怎么節能

　　在設計實驗機時，設計者常常把著眼點放在實驗機的精度、功能、可靠性等指標上，而對實驗機的能耗方面斟酌得較少，以致設計出的實驗機效力較低，造成能量的浪費。特別對利用液壓傳動的實驗機，絕大多數液壓系統都是采取節流調速，由于存在不可避免的節流損失或溢流損失，從而造成系統的發熱。為了保持理想的油溫，又不能不采取降溫的措施，從而進1步加重了能量的無功消耗，這方面的問題在靜態實驗機上顯得不是特別明顯，但對動態的疲勞實驗機和電液伺服消息實驗機卻表現得尤其突出。因此，實驗機的效力問題和綠色設計的概念逐步得到人們的認識和重視。下面1些方案是在實驗機的開發和研制中所曾使用過的1些節能措施，實踐證明，它們都在不同程度上起到了較好的節能的效果。

　　節能設計

　　（1）采取壓力自適應油源

　　雖然靜態實驗機的液壓系統的功率不是很大，1般機電的功率不大于"#"T9。但在設計時斟酌到結構的緊湊要求，1般是將油源嵌入到主機內，這樣油箱的體積不可能太大，因此其散熱效果有限，解決油液溫升問題的較好辦法是從液壓系統的設計方面斟酌。是1臺實驗力為$%%TU 用于靜態實驗的電液伺服實驗機的液壓系統原理圖。可以看出，由于在伺服閥的供油口和工作油口之間并聯了1個壓差式溢流閥，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驗時，泵的供油壓力隨負載力的增加而逐步上升，過剩的油液通過壓差式溢流閥流回油箱。不難看出，這類壓力自適應油源比恒壓源可以提高效力約1倍左右。事實上，該實驗機油源流量為"#$5 VO60，供油壓力為"$EW/，油箱體積僅為(X% Y (!% Y "Z%（OO），且不需要冷卻器。

　　（2）配置蓄能器

　　對動態疲勞實驗機的液壓系統，因需滿足在1定實驗頻率下實驗力和振幅的要求，油源的流量都比較大，從23105 VO60 到2百多5 VO60 不等，目前高級次的動態實驗機1般都采取電液伺服控制。在設計中，通過在伺服閥的供油口前設置蓄能器，可以減小液壓源的額定流量，從而到達減少能量損失之目的。正弦波形的流量輸出在動態實驗中，伺服閥的輸入信號多為正弦波，負載流量可以表示為!這是半個周期的正弦波，但作為液壓系統的脈動流量，它是1個脈動周期。在1個周期內，負載流量的盈虧與補償，可依托蓄能器來進行，即通過在液壓系統中配置適當的蓄能器，油泵的供油量!便可沒必要達負載的流量，取1個脈動周期的平均流量便可期間過剩的流量貯存起來，時間段釋放以滿足負載所需的流量，從而使進入負載的總流量大于泵的流量。可見，在液壓系統中設置了適當的蓄能器，便可使油源的額定流量減少到流量的!下降能耗。

　　（3）濟南試金采取交換液壓技術

　　當對1些大型結構物進行疲勞實驗時，機械式實驗機因遭到結構及慣性力的限制，對大型結構物實驗較難實現；雖然電液伺服實驗機具有精度高、控制靈活等優勢，但由于其價格昂貴、保護復雜、能耗較大，1般用戶亦使用不起。采取交換液壓技術的脈動疲勞實驗機正好可以彌補二者的不足，特別是這類實驗機因具有可靠性高、能耗低等優勢，遭到許多用戶的青睞。

　　脈動疲勞實驗機工作原理圖。當曲柄以角速度旋轉時，輸入活塞作正弦運動，推動液壓傳輸管道中的全部液體相對其平均位置作來回運動，從而把功率傳遞到輸出活塞，輸出活塞帶動負載振動而作功。脈動管道中由于泄漏或溫度變化，而使封閉腔流體的整體積產生變化，需在系統中加入補油單元自動調理管道中油量，保證輸出活塞的運動中心處于正確的中間位置，補油壓力為。在交換液壓系統中，沒有控制閥，因此不存在節流損失和溢流損失，輸入真個功可以不受損失的傳遞到輸出端。型脈動疲勞實驗機，工作頻率在./0 時，振幅1 2 33，實驗力可達45，所選用的機電的功率僅為46。如果采取電液伺服控制的方案，在滿足相同的實驗力、實驗振幅、實驗頻率的條件下，機電的功率需為!$F。即便斟酌到設置蓄能器所帶來的$% $7節能效果，機電的功率最少應為46。可見，在采取交換液壓技術后，在節能效果上的顯著意義。固然，脈動疲勞實驗機也有其不足的地方，表現在這幾個方面：實驗波形1種正弦波，實驗頻率不可能很高，1般不超過. " #,/0。再者，交換液壓系統效力與很多因素有關，主要對輸出負荷的阻抗最敏感，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度等也有關系。即便將上述因素斟酌進來，其效力也將遠高于直流液壓系統的效力。

　　（4）采取諧振原理設計

　　在逼迫振動的電液伺服疲勞實驗機中，由于伺服閥交替著使高壓油進出于作動器兩腔產生循環。對彈性試件而言，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。而采取諧振原理設計的電液伺服實驗機，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驗負荷。根據試件的剛性、試件阻尼和所用砝碼的不同，工作頻率范圍可在之間。在節能效果方面，我們以電液伺服改變疲勞實驗機為例，在扭矩為45 3，振幅為 33的條件下，逼迫振動式實驗機所需的功率為46，實驗頻率為 /0，而采取電液諧振的改變疲勞實驗機所需的功率僅為# 46，實驗頻率可達! /0。它的體積較小，用來鼓勵彈簧*質量組件；另外一個是施加作用力到試件上的平均負載液壓缸，它的體積較大，它的兩腔分別與蓄能器相連，因此當活塞運動時，全部液壓缸相當1個很軟的液壓彈簧，這類諧振是質量和液壓彈簧系統的諧振。負荷傳感器檢測到的信號通過信號綜合處理裝置分解成兩路份量信號：1路是直流反饋信號，作為控制平均負載液壓缸的大流量伺服閥的反饋信號；另外一路是交換反饋信號，作為控制激振液壓缸的小流量伺服閥的反饋信號。諧振狀態的實驗工作，*是自動進行。當啟動實驗機時，控制系統便自動地尋覓諧振頻率；當實驗期間諧振頻率產生變化時，控制系統能自動的跟隨諧振頻率。可見，在諧振式疲勞實驗機中，平均負載液壓缸可認為是處在靜態下工作，疲勞實驗的平均負載力由其產生。 由于該缸的負載流量很小，因此所需的功率也很少；激振缸處于產生交變載荷的動態下工作，其輸出的功 率用來平衡因系統的阻尼影響所致使的振幅衰減，消耗的功率也很小。因此，采取諧振原理設計的疲勞實驗機具有顯著的節能效果。由于諧振式疲勞實驗機不可能在1個頻率下工作，這就要求實驗系統的諧振頻率可變。平均負載液壓缸的作用面積；— 連接蓄能器與平均負載液壓缸之間的管道截面積；

　　— 蓄能器與平均負載液壓缸之間的管道中液壓油的總質量；

　　— 活塞等可動部份的質量；

　　— 試件剛度。

　　可見，變換諧振頻率的途徑有3條：改變配重砝碼的質量；改變蓄能器數目；改變液壓缸與蓄能器連接的管道截面積，通過這些途徑可以到達滿足不同實驗頻率的要求。

　　（5）采取雙泵供油系統

　　對電液伺服消息實驗機的液壓系統，可采取大小兩種流量規格的雙泵獨立供油，兩種油泵共用1個油箱和調壓閥組單元，在靜態實驗或低頻小振幅的動態實驗時由小流量泵向伺服作動器供油，在高頻率大振幅的動態實驗時，由大流量泵向伺服作動器供油。采取此方案比用1個大流量泵具有節能效果，由于大流量泵所配機電的功率相當大，可達至1般異步機電運行在接近額定功率狀態下功率因數較高，在空載或小功率輸出狀態下功率因數比較低。在小流量輸出時，雖然溢流損失較少，但機電的運行效力較低，消耗的電能卻比較大，實際上達不到真實的節能效果。對壓力實驗機的液壓系統，在返行程或接近試件的空行程時要求活塞的移動速度較快，屬于低壓大流量工況，由大小泵1起向油缸供油；在緊縮試件時屬高壓小流量工況，大泵卸荷由小泵單獨供油，從而到達節能的目的。

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