变频驱动的起重提升机节能型液压系统设计探讨

摘 要：随着社会载体的不断增加，以液压为原动力的升降机、起重器、卷扬机、电梯等货物起重机的液压升降系统都存在着一个普遍的问题，就是机器耗能和装机功率大的问题。随着我国在经济科技上的可持续战略的不断发展，在液压升降系统中的节能研究一直成为了我国科研人员在节能减排中的一个技术热点。

关键词：变频驱动；起重提升机；节能型液压系统

引言：

为了更好的降低变频驱动的起重提升机在液压系统中的能耗和装机功率，科研人员在不断的研究中设计了一种具有节能型的液压升降系统，这种系统在设计的过程中主要是通过将重力势能回收技术和变频容积调速技术有机的结合在一起来研究的，其不仅具有良好的运行速度，同时还能有效的降低装机的功率和能耗，对变频驱动的起重提升机在速度的调节上有着很大的帮助，以下本文就对变频驱动的起重提升机的这种节能型的液压系统的设计进行研究和探讨。

1.变频驱动起重提升机节能型液压系统的设计

变频驱动起重提升机的液压升降系统在实现工作台上的调速、停留、上行、下行、能量回收和过载保护等这些功能的时候，就要对变频驱动起重提升机的液压系统在设计的方向上不仅要设计的简单明了，同时还要实现其在使用过程中的运行平稳、效率高和工作可靠的效果，这样就能更好的保证系统的运行速度和实现节能降耗的作用。在对变频驱动起重提升机节能型液压系统的研究中，工作人员就设计出了这样一种系统（如图一）。

在这种节能型的液压升降系统原理设计图中（1指的是过滤器，2指的是补油泵，3、4、10代表单向阀，5指的是主油泵，6、11、12、13、14、15、21代表二位二通换向阀，7指的是是蓄能器，8、16、20代表的是压力传感器，9、22指的是溢流阀，17指的是升降液压缸，19指的是压力油箱，23.指的是普通油箱），会发现其系统的主油泵选择的是一种内用的啮合齿轮泵，这主要是由于啮合齿轮泵具有一种线性的转速-流量的特性，能够很好的用作变速转速转动。在这种系统中，通过使用变压变频技术在对三相交流异步电动机的转速进行控制的时候就能对主油泵的输出流量进行控制，以此来实现变速转速容器在控制工作台的时候对运行速度的控制。

在为变转速容器进行调速的节能液压升降系统提供其所需要的流量的过程中，是不存在节流和溢流的损失的，其和阀控液压升降系统做比较，不论其负载量发生什么样的变化，这种节能型的液压系统的输入功率都可以适应系统负载量的需求而产生变化，以此来大大的减轻在能量损失比阀控中能量的损失，克服阀控节流调速系统中的缺点。同时，这种系统中的蓄能器还具有回收势能的功能。其工作的原理是工作台在下行工作的过程中，升降液压缸中的下腔会在重力影响下产生压力油液而排入蓄能器，然后再将液压器中的机械势能转换为液压能，从而存储在蓄能器中；在工作台第二次实现上行的过程中，蓄能器就会向液压泵提供油液，这样就减少了油泵在进出油之间的压力差，减小二次上行过程中电动机油泵的功率，这样就实现了变频驱动起重提升液压系统中节能的目的。

（1）初次上行：蓄能器内的油液在没有压力启动的情况下，主油泵会从压力油箱中吸油，然后再经过二位二通换向阀进入到升降液压缸中，这样就能促使液压缸内活塞杆的伸出，以此推动中午的上行，在这种上行活动中，其速度的大小可以通过变频控制器来进行控制调节。

（2）上行到位停留：这个过程是在关闭油泵电器的过程中，二位二通换向阀会处于下行，二位二通阀位于右部，这个时候回油路就会被切断，这主要是由于二位二通阀口的密封性相对较好，能够将液压缸中的两个回油通道都被封闭，同时工作台在工作位置上停留的时间也比较长。

（3）慢速下行：慢速下行主要是通过将二位二通换向阀中的电磁铁进行通电，然后将阀切换到左部，将阀门启动，这样液压缸下腔中的油液在经过回阀进入到蓄能器的过程中就可以讲压力液体储存在液压系统的蓄能器中。随着液压系统的蓄能器中的油液在逐渐充满到上行的过程中就能制动工作台的下行，保持下行的平稳。

（4）快速下行：液压系统在遇到紧急的情况时，有时候是要快速下行的，这样就可以使电磁铁中的各系统进行通电。这种节能型的液压系统的升降液压缸下腔的油液在经过二位二通阀的上位中的工作油液时，会接触到液压缸的上腔，从而形成一种差动回路来消除回油中的阻力，保持工作台的快速下行。

（5）再次上行：液压系统在对二位二通换向阀中的电磁铁进行通电的过程中，会从油泵中的蓄能器吸取一定的油液，这样在其经过液压缸下腔的过程中就能使活塞杆伸出来推动重物的上行，在这个过程中，其速度的大小事可以通过变频电机进行任意的控制调节。

通过以上对变频驱动起重提升机节能型液压系统进行的研究中，就发现这种系统中的蓄能器是可以起到平衡负载的能力的，它可以对负载构成一定的液压配种，在重物进行上行活动的过程中为其提供一个能够回充的能量，同时在这个来回运行的过程中，如果出现负载不变的情况，那么蓄能器上行输出的能量就能在下行过程中得到一定的等额回充。

变频驱动起重提升机节能型液压系统在工作的过程中会遇到很多上行高度大于一次上行高度的情况，这样的话，蓄能器中的存油量在不够或者出口压力在低于定值时，就要保持压力油箱中的进口油有一定的油量，这样才可以保持工作台的继续上行，防止蓄能器中真空的出现。同时在压力油箱中的出口压力低于定值时，也可以通过启动补油泵继续对主油泵进行油液的提供来实施，这样的情况主要是针对出现升降提升机连续多次在轻载下行和重载上行出现极端工况时来推行的。

2.变频驱动起重提升机节能型液压系统的节能原理

节能型液压系统所采用的技术主要是通过蓄能器、变频调速技术来进行的，其中蓄能器作为液压系统在配重工作中上行主油泵轴系的主动力，在工作台进行下行工作时，其负载的部分能够通过转变压力能的形式在蓄能器中进行存储，以此就能有效的降低液压系统中的能耗和装机的功率。在对液压系统进行节能控制的过程中，变频调速技术实现了系统功能中的变转速容积的调速功能，同时也也对液压系统中的负载和输入功率所需要的功率进行了相应的匹配。

其中1指的是负载的有效功率，2指的是系统所需提供的功率，3指的是蓄能器提供的功率，t1.指的是预启动的时间，t2.指的是提升机的有效运行时间，t3.指的是电动机运行的时间。

从图二中可以看出，变频系统中能量的损失是远远小于阀控系统中能量的损失的，系统能量中在输出的过程中所具有的“功率适应性”，是能够对系统中的呢过来那个进行相互的转化的。在单独的变频系统中，液压系统中所具有的能量全部都是由电动机来提供的，但是子啊变频驱动势能中的回收系统中，其能量却是蓄能器来提供的，只有在系统后期运行中，液压系统在受到蓄能器的控制中发生压力降低的情况时，才需要通过电动机来为其提供一部分的能量。这样，就发现在变频驱动势能中的回收系统可以很显著的降低液压系统中的能耗和装机功率。

3.变频驱动起重提升机节能型液压系统的系统控制原理

变频驱动起重提升机节能型液压系统的系统控制原理可以通过图三来显示。

在图三中可以看出，液压系统中的异步电机中的轴端采是通过光电式编码器来进行转速反馈的，然后将在通过电机的转速为变频器实时地反馈。在系统中补油泵的进口和出口的压力是通过压力传感器检来测出的， 经A/D的转换后，在进入计算机的控制器来实现系统内部中的节能控制，在这个过程中，液压器的位移和速度也是通过速度的位移传感器来检查速度位移的信号来进入控制器，在新经过一定的信号处理中再调节电动机之间的转速。

4.对变频驱动起重提升机节能型液压系统蓄能器参数的选择

变频驱动起重提升机节能型液压系统蓄能器主要选择的一种气囊式的，这主要是由于这种气囊式的蓄能器充放的时间比较短，其工作的过程主要是按照起重机的绝热状态来考虑的，根据蓄能器的工作原理，其总容积的计算公式为：

其中，p0 指的是蓄能器充气压力，V0指的是蓄能器总容量，p1、p2 分别指的是蓄能器的最低和最高工作压力；V1、V2分别指的是上述两种压力下的气体体积；，$V =V2-V1指的是蓄能器工作容积。

其中，p指的是蓄能器中的工作压力，E指的是蓄能器中所含有的回收能量，m指的蓄能器是负载重量，g指的是蓄能器的重力加速度，G指的是机械一液压之间的转换效率，取0.8。

结语：

综上所述，本文通过对变频驱动起重提升机节能型液压系统进行的分析，从节能型的液压提升机的本质特点出发，在进行一系列的研究中将变频调速技术和蓄能器作为液压配重的优势进行有机的结合，这样就实现了液压系统在回收工作台下行的过程中可靠而又有效的将其势能得到了释放，在采用变频驱动工作的过程中，变频驱动起重提升机不仅获得了良好的运行速度性能，同时也将功率的能耗降到了最低，其在社会工程技术上具有很好的应用价值，是值得大力提倡的。

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