全液压式港口机械的液压系统节能技术

刘伟龙 刘红喜 闫永毅

日照港集团股份有限公司 山东日照 276800

1 负荷敏感液压系统

在现有全液压式港口机械中，一般是单个或多个液压泵驱动多个执行机构，但正常工作中一般只有一个或部分执行机构工作，其他执行机构关闭，实际需要流量较小，而系统总流量为一定值，这时存在大量的溢流，造成驱动系统功率利用率的降低。负荷敏感液压系统是指系统能自动地根据外界负载及速度的变化，以电液信号反馈到敏感控制阀或泵变量控制机构，稳定工作时使泵向外界负载提供适当的压力和流量，从而最大限度地减少因压力和流量变化而带来的溢流损失，提高整个液压系统的效率和驱动系统的功率利用率。压力补偿阀的工作原理是定差减压，如图。

在阀芯右端通入外界负载压力油，左端通入阀出口压力油，阀芯的力平衡关系式为：

由此式可以看出，在预压缩量一定时，负载压力与阀出口压力差为恒定值。由于阀出口直接连接比例换向阀入口，所以可以确定比例换向阀两端的压差为恒定，从而保持换向阀开口不变，通过其流量也是不变的。

2 负荷敏感液压系统工作原理

在负载敏感液压系统实际工作前，先设定限压阀的调定弹簧和LS 控制阀的调定弹簧，其实际工作状态主要包括液压系统的启动状态、液压系统怠速状态、执行机构的启动状态、执行机构的正常工作状态和流量和压力自调节状态。

液压系统在启动时，系统无压力，限压阀和LS控制阀在调定弹簧的作用下，均工作在右位，油箱与负载敏感泵的变量机构右端相通，其在弹簧的作用下，泵的排量处于最大，此过程为一快速过程；之后，液压系统在驱动系统的作用下处于怠速状态，在执行机构启动之前，液压系统压力迅速升高，当压力超过LS 控制阀的调定压力时，LS 控制阀在左位工作，泵出口的压力油进入到变量机构右端，推动变量机构活塞减小泵的排量，直至接近于零，整个系统处于低压小流量状态。

执行机构启动时，在打开比例换向阀的瞬间，由于所需流量迅速增大，系统压力快速降低，LS 控制阀从左位变成右位工作，活塞向右移动，泵排量增大，系统流量增大；当比例换向阀阀芯位置固定时，系统提供的流量与执行机构所需流量相同，此时泵的出口压力等于外界负载压力与LS 控制阀弹簧力之和，阀芯处于动态平衡，泵的排量保持恒定，泵出口压力比负载压力高出LS 弹簧力，此时也是执行机构正常工作状态。

负荷敏感液压系统还具有外界负荷超载自我保护功能，即起限压阀的作用。当泵出口压力超过限压阀弹簧设定值时，限压阀在左位工作，系统压力直接推动变量机构活塞左移，直至排量接近于零。对单路执行机构而言的，对于多路执行机构，其液压系统中的LS回路压力为所有执行机构最大负载压力，泵出口压力就为最大负载压力与LS 控制阀弹簧力之和。

3 液压系统节能技术

3.1 柴油机与变量泵的功率匹配技术

由于港口流动机械作业的特殊性造成其作业负载变化较大，在起升货物、开始行走等作业负载增大时，变量泵的输出压力增大，在发动机转速感应极限控制下，变量泵的排量减小，外界负载较小时，泵的排量调整到最大值，保证变量泵与发动机的功率匹配，以使发动机工作在节能效果明显的范围内，降低发动机燃油消耗量，还可提高发动机的使用寿命。

3.2 负荷敏感节能技术

港口流动机械的液压系统采用较为先进的负荷敏感节能技术，即采用负荷敏感控制阀组。系统运行中，高压油由变量泵泵出，通过负荷敏感控制阀组直接驱动行走系统、起升系统、转向系统和制动系统。负荷敏感节能技术能够保证液压系统供给执行机构负载相匹配的压力和流量，有效降低了液压系统的设计功率储备。在流动机械实际作业中，具有负荷敏感节能技术的液压系统可实现压差反馈，同时在流量指令条件下能够快速进行液压泵对负载压力的随地控制操作的闭环系统，降低了系统功率损失和发热量，具有较好的节能效果，符合我国港口装卸设备在节能降耗和防污减排的整体要求。

3.3 能量回收技术

港口流动机械是集装箱装卸机械，其具有负载质量大，集装箱的起升和下降频繁，行走和制动频繁，造成液压能与势能或动能的转换频繁，如能将集装箱的下降势能和制动能量回后再利用，则可达到较好节能效果。港口流动机械可采用在液压系统中配置蓄能器，集装箱下降和整机制动所产生的压力油储存于蓄能器中，当集装箱上升和整机行走时，蓄能器再将压力油直接供于液压油路中，大大节省了柴油机输出功率，减少燃油消耗。同时蓄能器还能缓和冲击、吸收压力脉冲，使液压系统运行更平稳。

负荷敏感液压系统能够实现泵流量、压力与执行机构流量、压力的完美匹配，使系统工作在最佳状态，提高驱动系统的功率利用率，最大限度地减少系统中的能量损失，为实现液压系统的节能减排创造了可能。在现有港口机械液压系统的基础上，只需将系统中的定量泵和各功能阀分别更换成负荷敏感泵和多路阀组，而执行元件不用更换。因此，与液压系统和执行元件分别更换电力系统和电力元件相比，价格更加低廉。