对于机床行业而言,只着眼于技术性的提高已经不能满足当前科技的要求,还必须考虑机床与环境和人之间的和谐关系,因此,走“低碳环保之路”成为机床产业规划的重点。作为机床能源管理的重要辅助设备,低能耗高效率的液压系统已经成为机床设计中必须考虑的要素。
设计出高效的液压系统不仅需要对于机床整体的工况作通盘考虑,同时也需要液压系统里的每一个元件都具备高效的特点。德国HAWE液压技术有限公司的设计人员认为,集中式的标准控制液压系统统一由一个大型液压泵站控制多个回路,这可能会造成能源的不必要损失,如果针对具体机床的结构形式及加工工况来设计特定液压泵站则可以节约大量能源。
HAWE公司所用的节能方法来自于以下几个方面:
(1)将电机泵组整体浸入液压油,浸在液压油里的电机可以更好地散热,同时也便于使用低能耗、小功率的电机。
(2)紧凑式结构泵站比单独安装泵站更节省空间,便于直接与机械组装在一起。小型液压油箱的使用,同时使液压系统里需要的液压油量减少。
(3)所有承压元件采用钢材制成,其承载压力可达到700 bar(1 bar=105 Pa),在提高使用寿命的同时也减少了占用的空间。
(4)HAWE公司的另一项关键节能技术在于截止式换向阀的使用。与滑阀不同的是,阀关闭时,截止阀具有完全无泄漏的特点。相反对于滑阀而言,由于阀芯周围必然有漏油情况发生,装有滑阀的泵站需要不断地给系统进行补油。而使用HAWE公司的无泄漏截止换向阀完全可以保证,即使在泵站断电的情况下,也可以安全地保持良好的夹紧力。
最近的一组测试数据已表明将紧凑式泵站与截止式换向阀组合使用是机床液压系统最低碳的解决方案。
以下是对三种液压系统进行的测试:
系统A为装有集中式变量液压泵和比例阀的系统;
系统B为装有变频电机的集中式液压泵站配装比例阀的系统;
系统C为装有HAWE公司的紧凑式泵站配装截止式换向阀的系统。
假设在机床工作运行3600小时/年与待机时间400小时/年的情况下得出测试参数。测试的目的是鉴别三种系统的能耗量和二氧化碳排放量。系统A需要的能量为1.2 kW/h,相当于年二氧化碳的排放量为2664 kg;系统B需要的能量为0.86 kW/h,相当于年二氧化碳的排放量为1909 kg;HAWE公司的系统C能耗为0.26 kW/h,相当于年二氧化碳的排放量为577 kg。从上面的数据可以看出使用HAWE的紧凑式泵站的系统C与系统A相比节省了77%的能量,减少二氧化碳的排放量为2087 kg;与系统B相比则节省了68%的能量,减少二氧化碳的排放量为1332 kg,其节能减排效果是有目共睹的。
为了确保机床不间断地运行,其工作温度不能有大幅度波动,因此,液压夹紧装置应该将油缸设计趋于小型化,通过结构紧凑式的夹紧油缸使系统在最短时间内达到稳定的油温。这样只有在液压系统中需要较大流量或蓄能器中需要补油的时候,泵站才会启动,开始消耗能量。而且一旦达到了夹紧压力后,由于截止阀的完全无泄漏的功能,可以确保在工件加工期间的夹紧力保持不变,在这种情况下整个泵站就可以处于断电状态。
另外在待机期间系统A、B显示的耗能功率分别为0.75 kW/hr和 0.4 kW/hr。而装有截止式换向阀的HAWE液压系统在待机期间根本不需要电能,功率损失为零。尽管待机期间节省的能量看起来微乎其微,但如果机器连续运转其累加起来节约的能量就相当可观了。同时截止式换向阀配有8 W电磁铁,不仅能够节省额外能量,还能简化液压元件的组合,最终达到控制技术的要求。
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