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浅谈液压系 统的绿色设计
添加时间:2017/02/15

1、液压系统绿 色设计原则

    该设计原则 是在传统液压系统设计中通常依据的技术原则、成本原则和 人机工程学原则的基础上纳入环境原则,并将环境原 则置于优先考虑的地位。液压系统设 计的原则可概括如下:

    (1)资源最佳利用率原则

    少用短缺或 稀有有原材料,尽量寻找其代用材料,多用废料,余料或回收 材料作为原材料;提高产品的 可靠性和使用寿命;尽量减少产 品中材料的种类,以利于产品 废弃后的有效回收等。

    (2)能量损耗最少原则

    尽量采用相 容性好的材料,不采用难以 回收或无法回收的材料;在保证产品 耐用的基础上,赋予产品合 理的使用寿命,努力减少产 品使用过程中的能量消耗。

    (3)零污染原则

    尽量少用或 不用有毒有害的原材料。

    (4)技术先进性原则

    优化产品性能,在结构设计中树立“小而精”的设计思想,有同一性能情况下,通过产品的 小型化尽量节约资源的使用量,如采用轻质材料,去除多余的功能、避免过度包装等,减轻产品重量;简化产品结构,提倡“简而美”的设计原则,如减少数目,这样既便于装配、拆卸,又便于废弃 后的分类处理;采用模块化设计,此时产品是 由各功能模块组成,既有利于产品的装配、拆卸,又便于废弃 后的回收处理,在设计过程 中注重产品的多品种及系列化;采用合理工艺,简化产品加工流程,减少加工工序,简化拆卸过程,如结构设计 时采用易于拆卸的连接方式、减少用量、尽量避免破 坏性拆卸方式等;尽可能简化 产品包装且避免产生二次污染。

    (5)整体效益最佳原则

    考虑产品对 环境产生的附加影响,提供有关产 品组成的信息,如材料类型 及其回收再生性能等。

    2、液压系统绿 色设计策略

    (1)工作介质污染控制

    液压系统一 思想污染物、入侵污染物 和生成污染物。在产品设计 过程中应本着预防为主、治理为辅的原则,充分考虑如 何消除污染源,从根本上防止污染。

    在设计阶段 除了要合理选择液压系统元件的参数和结构外,可采取以下 措施控制污染物的影响。在节流阀前 后装上精滤油器,滤油器的精 度取决于控制速度的要求。所有需切削 加工的元器件,孔口必须有 一定的倒角,以防切割密 封件且便于装配。所有元器件、配管等在加 工工序后都必须认真清洗,消除毛刺、油污、纤维等;组装前必须 保持环境的清洁,所有元器件 必须采用干装配方式。装配后选择 与工作介质相容的冲洗介质认真清洗。投入正常使用时,新油加入油 箱前要经过静置沉淀,过滤后方可 加入系统中,必要时可设中间油箱,进行新油的 沉淀和过滤,以确保油液的清洁。

    工作介质污 染的另一方面是介质对外部环境的污染。应尽量使用 高黏度的工作油,减少泄漏;尽快实现工 程装置的工作介质绿色化,采用无素液压油;开发液压油 的回收再利用技术;研制工作介 质绿色添加剂等。

    (2)液压系统噪声控制

    液压系统噪 声是对工作环境的一种污染,分机械噪声 和流体噪声。在液压系统中,电动机、液压泵和液 压马达等的转速都很高,如果它们的 转动部件不平衡,就会产生周 期性的不平衡力,引起转轴的弯曲振动。这种振动传 到油箱和管路时,会因共振而 发出很大的噪声,应对转子进 行动平衡试验,且在产品设 计时应应注意防止其产生共振。机械噪声还 包括机械零件缺陷和装配不合格而引起的高频噪声。因此,必须严格保 证制造和安装的质量,产品结构设 计应科学合理。

    在液压系统噪声中,流体噪声占 相当大的比例,这种噪声是 由于油液的流速、压力的突变、流量的周期 性变化以及泵的困油、气穴等原因引起的,以液压泵为例,在液压泵的 吸油和压油循环中,产生周期性 的压力和流量变化,形成压力脉动,从而引起液压振动,并经出油口 传播至整个液压系统,同时,液压回路的 管路和阀类元件对液压脉动产品反射作用,在回路中产生波动,与泵发生共振,产生噪声。

    开式液压系 统中混入了大约5%的空气。当系统中的 压力低于空气分离压时,油中的气体 就迅速地大量分离出来,形成气泡,当这些气泡 遇到高压便被压破,产生较强的液压冲击。因此在设计液压泵时,齿轮泵的齿 轮模数应量取小值,齿轮取最大数,卸荷槽的形 状和尺寸要合理,以减小液压冲击;柱塞泵的柱 塞数的确定应科学合理,并在吸、压油配流盘 上对称的开出三角槽,以防柱塞泵困油;为防止空气混入,泵的吸油口应足够大,而且应没入 油箱液面以下一定深度,以防吸油后 因液面下降而吸入空气,为减少液压冲击,可以延长阀 门关闭时间,并在易产生 液压冲击的部位附近设置,以吸收压力波;另外,增大管径和使用软管,对减少和吸 收振动都很有效。

    (3)液压元件的 连接与拆卸性的设计

    液压系统设 计应尽量提高液压系统的集成度,采用原则是 对多个元件的功能进行优化组合,实现系统的模块化,并尽可能使 液压回路的结构紧凑,如减小液压 元件间的连接,设计易于拆 卸的元件等。在满足其功 能的基础上,设计的重点 是液压元件地连接技术,不同连接结 构的装配和拆卸的复杂程度不同,焊接连接的 装配和拆卸的复杂程度最高,易导致零部 件破坏性拆卸,螺钉连接的 装配容易而可拆卸程式度要受环境影响,如果生锈则 会导致拆卸复杂,铆钉连接的 机械装配性较好但拆卸复杂,嵌人咬合是 装配性的拆卸性均较好的一种连接方式,但在连接强 度要求高的情况下,其连接的安生性降低。

    为了使液压 系统结构更紧凑,根据其安装 型式的不同,阍类元件可 制成各种结构型式;管式连接和 法兰式连接的阀;便于将几个 插装式元件组合成复合阀,板式连接的 普通液压阀可安装到上,利用集成块 上的孔道实现油路间的连接,或可直接将 阀做成叠加式结构即叠加阀,叠加阀上有进、出油口及执 行元件的接口、其接头可做 成快速双向接头,提高装配性 和可拆卸性。

    (4)液压系统的节能设计

    液压系统的 节能设计不但要保证系统的输出功率要求,还要保证尽可能经济、有效的利用能量,达到高效、可靠运行的目的,液压系统的 功率损失会使系统的总效率下降、油温升高、油液变质,导致发生故障。因此,设计液压系 统时必须多途径地降低系统的功率损失。

    在元件的选用方面,应尽量选用 那些效率高、能耗低的元件,如选用效率 较高的变量泵,可根据负载 的需要改变压力,减少能量消耗,选成集成阀 以减少管连接的压力损失,选择压降小、可连续控制 的比例阀等。

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