能量回收关键节能技术

许多工程机械的共同特点是用一定重量的工作装置，将物料举升到指定高度后卸载，采用多路阀控制工作装置频繁地举升和下降会浪费许多能量，还有一些机构，如挖掘机的上车频繁地加速启动和减速制动，如果能够回收与利用工作机构举升后积累的势能和转台制动的动能，对提高工程机械的能量效率将非常有益，是当前工程机械节能技术研究的热点方向。

液压挖掘机在工作过程中，动臂、斗杆和铲斗的上下摆动以及回转机构的回转运动比较频繁，又由于各运动部件惯性都比较大，在有些场合，机械臂自身的重量超过了负载的重量，在机械臂下放或制动时会释放出大量的能量。负值负载的存在使系统易产生超速情况，对传动系统的控制性能产生不利影响。从能量流的角度出发，解决带有负值负载的问题有两种方法，一种方法是把负值负载所提供的机械能转化为其他形式的能量无偿地消耗掉，不仅浪费了能量，还会导致系统发热和元件寿命的降低。比如液压挖掘机为了防止动臂下降过快，在动臂上装有单向节流阀，因此动臂下降过程中，势能转化为热能而损失掉；另一种方法是把这些能量回收起来以备再利用。用能量回收方法解决负值负载问题不但能节约能源，还可以减少系统的发热和磨损，提高设备的使用寿命，并对液压挖掘机的节能产生显著的效果。

当前，可采用能量回收技术的主要应用对象包括一下三大部分：

（1）传统负值负载

机械臂势能（挖掘机动臂、装载机动臂、叉车机械臂、电梯下行）、行走制动动能（汽车、装载机、叉车行走系统、挖掘机回转制动）等。华侨大学在平衡单元、液压式回收、电气式回收等多种能量回收技术上均驱动突破，很好的解决了能量回收效率和操控性的矛盾问题。实际上，能量回收研究对于较大功率频繁运行的垂直升降机械或具有一定倾斜角度的升降机械而言都是适用或可参考的。在矿山机械、石油机械、液压电梯等领域中可以看到本系统的应用前景。比如叉车、起重机、电梯、液压升降机、卷扬机、液压绞车、汽车等。

   

       

             图1  机械臂液压式回收技术            图2  回转制动液压式回收技术

 

图3 行走制动液压式回收技术

（2）液压压差能量

传统的能量回收技术也是基于各种负值负载展开。实际上，编者在研究能量回收技术的过程中，发现能量回收技术不仅可以回收传统意义上的负值负载，实际上在任何有能量损耗的地方也存在采用能量回收技术解决其能量损耗的可行性。团队已经在溢流损耗、节流损耗、自动怠速损耗、闲散动能等四种非负值负载实现了突破。如图4所示，采用能量回收单元后，不仅解决了溢流阀的溢流损耗问题，还使得常规的调压偏差15%降低到2.5%。

  

图4 一种无压差损耗的溢流阀的原理图及实验曲线

团队长期致力于各种可回收能量的回收技术，已经在电气式回收、液压式回收、复合式回收等方面驱动突破，并研制了专用的回收单元，已经成功在工程机械、电梯、新能源等领域得到应用。