液壓系統的綠色設計

、液壓系統綠色設計原則

　　該設計原則是在傳統液壓系統設計中通常依據的技術原則、成本原則和人機工程學原則的基礎上納入環境原則，并將環境原則置于優先考慮的地位。液壓系統設計的原則可概括如下：
　　（1）資源最佳利用率原則
　　少用短缺或稀有有原材料，盡量尋找其代用材料，多用廢料，余料或回收材料作為原材料；提高產品的可靠性和使用壽命；盡量減少產品中材料的種類，以利于產品廢棄后的有效回收等。
　　（2）能量損耗最少原則
　　盡量采用相容性好的材料，不采用難以回收或無法回收的材料；在保證產品耐用的基礎上，賦予產品合理的使用壽命，努力減少產品使用過程中的能量消耗。
　　（3）零污染原則
盡量少用或不用有毒有害的原材料。
　　（4）技術先進性原則
　　優化產品性能，在結構設計中樹立“小而精”的設計思想，有同一性能情況下，通過產品的小型化盡量節約資源的使用量，如采用輕質材料，去除多余的功能、避免過度包裝等，減輕產品重量；簡化產品結構，提倡“簡而美”的設計原則，如減少零部件數目，這樣既便于裝配、拆卸，又便于廢棄后的分類處理；采用模塊化設計，此時產品是由各功能模塊組成，既有利于產品的裝配、拆卸，又便于廢棄后的回收處理，在設計過程中注重產品的多品種及系列化；采用合理工藝，簡化產品加工流程，減少加工工序，簡化拆卸過程，如結構設計時采用易于拆卸的連接方式、減少緊固件用量、盡量避免破壞性拆卸方式等；盡可能簡化產品包裝且避免產生二次污染。
　　（5）整體效益最佳原則
　　考慮產品對環境產生的附加影響，提供有關產品組成的信息，如材料類型及其回收再生性能等。
　　2、液壓系統綠色設計策略
　　（1）工作介質污染控制
　　液壓系統一思想污染物、入侵污染物和生成污染物。在產品設計過程中應本著預防為主、治理為輔的原則，充分考慮如何消除污染源，從根本上防止污染。
　　在設計階段除了要合理選擇液壓系統元件的參數和結構外，可采取以下措施控制污染物的影響。在節流閥前后裝上精濾油器，濾油器的精度取決于控制速度的要求。所有需切削加工的元器件，孔口必須有一定的倒角，以防切割密封件且便于裝配。所有元器件、配管等在加工工序后都必須認真清洗，消除毛刺、油污、纖維等；組裝前必須保持環境的清潔，所有元器件必須采用干裝配方式。裝配后選擇與工作介質相容的沖洗介質認真清洗。投入正常使用時，新油加入油箱前要經過靜置沉淀，過濾后方可加入系統中，必要時可設中間油箱，進行新油的沉淀和過濾，以確保油液的清潔。
　　工作介質污染的另一方面是介質對外部環境的污染。應盡量使用高黏度的工作油，減少泄漏；盡快實現工程機械傳動裝置的工作介質綠色化，采用無素液壓油；開發液壓油的回收再利用技術；研制工作介質綠色添加劑等。
　　（2）液壓系統噪聲控制
　　液壓系統噪聲是對工作環境的一種污染，分機械噪聲和流體噪聲。在液壓系統中，電動機、液壓泵和液壓馬達等的轉速都很高，如果它們的轉動部件不平衡，就會產生周期性的不平衡力，引起轉軸的彎曲振動。這種振動傳到油箱和管路時，會因共振而發出很大的噪聲，應對轉子進行動平衡試驗，且在產品設計時應應注意防止其產生共振。機械噪聲還包括機械零件缺陷和裝配不合格而引起的高頻噪聲。因此，必須嚴格保證制造和安裝的質量，產品結構設計應科學合理。
　　在液壓系統噪聲中，流體噪聲占相當大的比例，這種噪聲是由于油液的流速、壓力的突變、流量的周期性變化以及泵的困油、氣穴等原因引起的，以液壓泵為例，在液壓泵的吸油和壓油循環中，產生周期性的壓力和流量變化，形成壓力脈動，從而引起液壓振動，并經出油口傳播至整個液壓系統，同時，液壓回路的管路和閥類元件對液壓脈動產品反射作用，在回路中產生波動，與泵發生共振，產生噪聲。開式液壓系統中混入了大約5%的空氣。當系統中的壓力低于空氣分離壓時，油中的氣體就迅速地大量分離出來，形成氣泡，當這些氣泡遇到高壓便被壓破，產生較強的液壓沖擊。因此在設計液壓泵時，齒輪泵的齒輪模數應量取小值，齒輪取最大數，卸荷槽的形狀和尺寸要合理，以減小液壓沖擊；柱塞泵的柱塞數的確定應科學合理，并在吸、壓油配流盤上對稱的開出三角槽，以防柱塞泵困油；為防止空氣混入，泵的吸油口應足夠大，而且應沒入油箱液面以下一定深度，以防吸油后因液面下降而吸入空氣，為減少液壓沖擊，可以延長閥門關閉時間，并在易產生液壓沖擊的部位附近設置蓄能器，以吸收壓力波；另外，增大管徑和使用軟管，對減少和吸收振動都很有效。
　　（3）液壓元件的連接與拆卸性的設計
　　液壓系統設計應盡量提高液壓系統的集成度，采用原則是對多個元件的功能進行優化組合，實現系統的模塊化，并盡可能使液壓回路的結構緊湊，如減小液壓元件間的連接，設計易于拆卸的元件等。在滿足其功能的基礎上，設計的重點是液壓元件地連接技術，不同連接結構的裝配和拆卸的復雜程度不同，焊接連接的裝配和拆卸的復雜程度最高，易導致零部件破壞性拆卸，螺釘連接的裝配容易而可拆卸程式度要受環境影響，如果生銹則會導致拆卸復雜，鉚釘連接的機械裝配性較好但拆卸復雜，嵌人咬合是裝配性的拆卸性均較好的一種連接方式，但在連接強度要求高的情況下，其連接的安生性降低。
　　為了使液壓系統結構更緊湊，根據其安裝型式的不同，閽類元件可制成各種結構型式；管式連接和法蘭式連接的閥；插裝閥便于將幾個插裝式元件組合成復合閥，板式連接的普通液壓閥可安裝到集成塊上，利用集成塊上的孔道實現油路間的連接，或可直接將閥做成疊加式結構即疊加閥，疊加閥上有進、出油口及執行元件的接口、其接頭可做成快速雙向接頭，提高裝配性和可拆卸性。
　　（4）液壓系統的節能設計
　　液壓系統的節能設計不但要保證系統的輸出功率要求，還要保證盡可能經濟、有效的利用能量，達到高效、可靠運行的目的，液壓系統的功率損失會使系統的總效率下降、油溫升高、油液變質，導致液壓設備發生故障。因此，設計液壓系統時必須多途徑地降低系統的功率損失。
　　在元件的選用方面，應盡量選用那些效率高、能耗低的元件，如選用效率較高的變量泵，可根據負載的需要改變壓力，減少能量消耗，選成集成閥以減少管連接的壓力損失，選擇壓降小、可連續控制的比例閥等。
　　采用各種現代液壓技術也是提高液壓系統效率、降低能耗的重要手段，如壓力補償控制、負載感應控制以及功率協調系統等，采用定量泵+比例換向閥、多聯泵（定量泵）+比例節流溢流閥的系統，效率可以提高28%~45%，采用定理泵增速液壓缸的液壓回路，系統中的溢流閥起安全保護作用，并且無溢流損失，供油壓力始終隨負載而變，這種回路具有容積調速以及壓力自動適應的特性，能使系統效率明顯提高。