随着能源危机的加剧，环保和节能问题日益引起人们的重视，本文是针对液压系统节能设计的研究，从液压系统能源损耗的原因入手，针对损耗原因研究降低能源损耗的方法。

1 引言
液压系统在冶金行业、船舶飞机行业、工程机械行业均有较为广泛的应用，但是在实际的应用过程中，液压传动伴随着连续的能量损耗，使得传动系统的效率降低、散热量大，这对液压技术的市场竞争力和使用环境有特定的限制，同时能源的损耗必然伴随着资源的浪费以及环境污染，这不符合节能环保的可持续发展战略，因此对液压系统的节能设计研究无论对液压技术的发展和应用空间，还是对节约型社会的建设都有重要的研究价值。

2 液压传动系统介绍
从能量转换的角度讲，液压传动系统所实现的是由原动机的机械能通过液压能zui终再转换成为机械能，此过程中通过控制元件可以实现能源的分配与传递。液压系统中由动力源、控制机构和执行机构三者构成，它的工作程序不同于一般的机械加工设备，其传动系统较为简单，液压机的伸缩过程只存在单一的直线运动，没有角度，因此其加工系统的使用时间会较长。

液压传动中所需要的元件主要有动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件等。其中液压动力元件是为液压系统产生动力的部件，主要包括各种液压泵。液压执行元件是用来执行将液压泵提供的液压能转变成机械能的装置，主要包括液压缸和液压马达。液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低以及对流量的大小进行预期的控制，以满足特定的工作要求。除了上述的元件以外，液压控制系统还需要一些液压辅助元件。

3 液压系统能源损耗的分析
液压传动系统伴随着能量的转换，其大致能量转换次序如下：电能—机械能—液压能—机械能，如下图所示。

液压系统节能设计的本质就在于降低这些能量损耗，提高液压传动的整体效率。效率是输出功率与输入功率的比值，它可以作为整个系统能源整合利用优异的主要指标。液压系统的总体效率，不仅要考虑图2中的能源流转状况，还应该将能源提供阶段的损耗算入其中，因此，整个液压传动系统的完整效率表达时如下：

在上述表达式中，ηE=原动机的总效率；ηP=液压泵的总效率；ηC=液压回路效率；ηM=液压执行元件效率；pL、qL=负载输入压力和流量；pP、qP=液压泵输出的压力和流量；Δp、Δq=过剩损失压力和流量。从上述表达式中可以总结出，液压传动系统的能量损耗分布在四个方面，原动机的能量损耗带来的ηE降低，液压泵的能量损耗所带来的ηP降低，液压马达的能量损耗所带来的ηM降低，系统回路的流量、压力损耗所带来的ηC降低。
另外液压系统的能量损失还包括容积损耗和磨擦损耗，容积损耗主要是由于系统密封性不好所造成的系统泄漏所引起的能量损失，它取决于系统内部构成以及各个执行元件，磨擦损耗是指液压系统中各机械部件之间的机械磨擦所造成的能量损失，磨擦损耗与系统内部零部件的加工精度有关。
以上是对液压系统内部损耗的分析，在液压系统的实际操作中，它的工作状态分为三种：启动初始状态，实际操作状态，保压状态。在这三种不同状态下会体现出不同的效率状态，工作状态下的效率损耗取决于执行元件与液压元件输出流量和压力的匹配，而在另外两种状态下能量损耗所占比例较大。从节能的角度讲，整个液压系统的节能不仅仅取决于液压元件的构成，还需要关注负载以及工作时段的整体性契合。
综合以上分析，可以总结出液压系统的效率损耗或者能源损耗主要集中于以下几点：
（1）由能量转换元件所带来的损耗。这其中包含内部机械零件的磨损、压力损失和容积损失。这些能量损耗主要转换成为不可逆的热能，这些热能难以加以利用回收。
（2）液压系统结构所带来的传输损失。液压回路能耗是由过剩压力和过剩流量造成的，在液压传动系统的工作状态下，节流控制是实现各种操作功能的基本方法，而液阻必然会带来压降，压降是一种合理损耗，它与控制元件、蓄能器以及诸多辅助元件有关。
（3）负载与液压源的契合损耗。以往液压系统的设计是以zui大负载为为依据，这就造成了液压源与负载需求不能完整匹配，从而造成大量能量的浪费。

4液压系统的节能设计方法
根据第三节中关于液压系统能源损耗的分析，可知，实现液压系统节能设计的思路总的来说可以分为两点：
（1）在符合整个主机功能的前提范围内，尽可能减少各类元件的能源损耗以及回路的不匹配所造成的效率损耗。
（2）尽可能的选择效率较高的液压元件，提高并改善元件的能源转换效率，尽量在系统中减少元件的数量，使得系统简化。
在进行液压系统的节能设计时，*步应该进行液压系统工作时段状况的分析和技术经济分析，进行工况分析是为了明确在一个使用循环中每个工作阶段的负载压力、流量和功率的分布及要求，为后期设计提供基本的数据支持，技术经济分析在于对各个节能设计方案进行对比，确保有经济又节能的方案。液压系统节能设计的主要途径可以分为以下几点：
4.1　增加液压系统内部元件本身的效率，减少控制元件的能量损失。
这其中包括选择相对节能的元件和元件的节能优化设计，能源转换效率的提高和控制元件的低能量损耗在于元件的设计。液压元件的节能设计主要是液压泵和液压阀的节能优化设计。
（1）液压泵的节能设计
液压泵实现节能的关键是各摩擦副的设计。固定间隙法和剩余压紧力法设计的摩擦副，适用于中低压泵采用，采用静压或动压支承法设计的摩擦副，适用于高压泵采用。采用静压支承综合法研制的轴向柱塞泵(25MPa)，其容积效率达95.9%(部标规定为93%)，总效率达92.1%，而且效率的负载压力特性很好。

（2）液压阀的节能设计
液压阀的节能设计在于减少压力损失和泄漏损失，需要合理设计流道，用来降低局部的压力损耗，采用相对合理的密封结构和材料来减少泄漏损失。现在运用zui多的是电磁阀，因此降低电磁阀的能耗也是一方面，经过节能化的电磁阀由于普通交、直流阀，功耗可降至其1/6到1/15。减小移动阀芯的各种阻力以减小电磁铁吸力是设计低功率电磁阀的关键。

（3）液压马达及液压缸的选择
造成液压马达和液压缸能量损耗的是内部泄漏以及构件之间的摩擦，在设计时应注意优化结构、改善工艺，同时提高材料性能并注意两者之间的匹配，对于要求快慢交替工作的液压系统，可设计复合缸。

（4）辅助元件的选择
液压系统中辅助元件的选择对节能设计也有比较重要的作用，例如管路、压力表、油箱、过滤器、蓄能器等。
管路越短越好，其接头采用法兰连接，尽量避免采用管接头以减少流道突变。管路设计时，在确保强度的前提下可以选择薄壁管，这样的管道便于弯折，而且有比较多的种类，装接也容易。蓄能器，它是作为能量回收以辅助整个液压能量供应的元件，它本身就是节能元件，低压大流量的液压系统，一般采用大流量液压泵并配以低压蓄能器。

4.2　选择典型的液压节能回路
（1）蓄能器节能回路
蓄能器节能回路是一种功率回收在利用的节能回路，通过将蓄能器中贮存的能量释放来进行必要时的能量补充。

（2）负荷传感系统节能回路
工程机械中广泛采用了一种新型节能液压系统，即负荷传感液压系统。它是根据负载变化，对泵流量作相应的调节，使换向阀节流点上的压差保持不变，即泵的压力总是等于负荷压力与此节流压差之和，从而使泵的流量始终与换向阀上的调节流量需求相适应，实现泵与负载的功率匹配。

5 结语
液压系统的节能设计具有重要的研究价值，同时也具有较大的经济价值，它符合绿色环保的可持续发展战略。从技术层面来说，对于液压系统的节能设计是一个系统工程，它涉及到液压系统各个构件或者结构的思考，需要对整个系统进行综合的考虑才能达到节能的目的。