一种多站液压群控节能技术
阅读：920发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种多站液压群控节能技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种多站液压群控节能技术，是将某地域内众 单体 设备液压站进行组网运行，使各单体设备液压站油箱相互连通，各液压站均可输出数种压 力 源，且相同压力动力源通过总管线汇集在一起，不同压力动力源运行在不同管道中，全体液压站可统一输出多种不同压力等级的动力源；在各压力总管线上都装有一定容量的液压蓄能站，由此协同液压站工作，达到减少 电动机 - 泵 开机容量目的，经联网运行的液压系统节能率可达60％～80％。，下面是一种多站液压群控节能技术专利的具体信息内容。
1.一种多站液压群控节能技术，是将某地域内部分或全部单体设备液压站进行相互连通，使液压油能够在各油箱之间自由流通，在各连通的管路上设置相应的维修阀门，该阀门在液压站正常工作情况下处于全开状态；
各单体设备液压站可部分或全部保留其输出功能，每个液压站均可输出0～3种不同压力等级的动力源，0种压力源表示选择不输出，1种表示输出单压力源，2～3种表示输出多压力源，同一种压力源可选择单泵输出，也可选择多泵共同输出；
不同单体设备液压站可输出不同压力的动力源，也可输出相同压力的动力源，当各单体设备液压站输出相同的压力源时，同一种压力源的工作泵输出管线均并联在一起，使同一种压力源流动在同一个压力管网中，不同压力的动力源流动在不同管网中，这样，全体单体设备液压站工作泵输出管线可并联形成多个压力管网；使各压力源管线输出到各单体设备液压阀台，供各液压回路选择使用，在各液压阀台与相应压力源连接的管路上设置维修阀门，便于设备正常维修使用；
作为进一步改进，在每个压力管网上均可安装一定容量的液压蓄能站，液压蓄能站的压力管线与该压力源主管线连接，蓄能站卸荷管路接回油箱，液压蓄能站的安装形式可以选取单个大容量蓄能站集中接入方式，也可选取多个小型蓄能站从多点分散接入某压力源管线的方式；
作为进一步节能改进的优选条件，各单体设备液压回路均可应用《一种多压力源节能液压系统》(申请号：201210103380.2)专利技术对其回路进行节能深度改进，将全体单体设备液压回路按实际压力需求划分为2～3个需求压力源，使一部分单体设备液压回路能最恰当地选择该多压力源的一种进行供能，另一部分高耗能回路则使用双压力源按时序分别供能，使其供给压力源能很好地适应该液压回路对外作功时的压力和流量需求，避免过高压力和流量损失。
2.根据权利要求1所述，在每种压力源主管线上都可装有一定容量的液压蓄能站，液压蓄能站和工作泵最佳开机流量的确定关系主要按三个经验公式来确定，根据和 公式确定蓄能站的最佳装机容量，根据 和
来确定需要输出的工作泵最佳额定流量。
3.根据权利要求1所述，各单体设备液压站中的工作泵，可以是各种类型的液压工作泵，驱动工作泵运行的电机，可以是定速电机，也可以是调速电机，调速电机一般采用伺服电机或变频调速电机。
4.根据权利要求1所述，本发明节能液压站，各单体设备液压站之间油箱的连通，工作泵输出的压力源联网运行，各液压阀台和各压力源构成一个综合大型液压系统，为必备条件；在各输出压力源管线上并联一定容量的液压蓄能站为第一优选条件；根据各单体设备液压回路的要求，将各负载回路按实际作功压力需求分成梯级多压力源，且在重要回路上使用双压力源交替控制功能模式，为第二优选条件。
5.根据权利要求2所述，在确定蓄能器装机容量和工作泵启动的最佳额定流量公式中，j代表多压力源对象P0、P1、P2中的任意一个，ΔVi为某单体设备在单位产品工作周期T内对外所作功压力油体积，i代表该单体设备编号；ΔVj为在多压力源中，在单位产品工作周期T内，各单体设备对外作功所需某压力源全部压力油体积之和；VX为液压站输出某压力源管线上蓄能站总装机容量；QB表示生产某产品时，某压力源液压站工作泵开机额定流量需求， 为该压力源工作泵名义需求流量，ξ为修正系数，其取值范围为：
1.1≤ξ≤30，一般地，以选取1.25≤ξ≤3.0为最优系数。
一种多站液压群控节能技术
技术领域
[0001] 本发明涉及液压节能技术，适合于众多小型液压设备的群控节能改造。
背景技术
[0002] 在现代化生产中，总存在各种各样的机床设备，其特点是液压站单机功率虽小，但数量众多。在实际生产中，在某厂房内常常汇集数量众多、功能和结构相似的某类机床，比如注塑机、冲床、压注机等单机设备；还有一类情况是，某厂房内可能聚集多种功能不同的各类设备，而每种设备数量都有一定规模。
[0003] 这种单体设备，目前情况是，每个机床都有各自独立液压系统，且每个机床之间的液压系统几乎不发生任何联系，每个液压站电机装机功率，都是按其工作泵输出最大流量和最高压力需求来进行配置，而在实际工作需求中，在绝大部分时间里，流量或压力需求都可能远小于装机最高配置量，造成大马拉小车的严重高耗能现象。
[0004] 为克服上 述缺点，已经 有了《一种液 压群控节 能系统》(申请号：2012100097372.1)的专利技术，它可以将很多液压站集中起来实施节能改造，这种技术为我们提供了很大方便；但这种技术在某些场合实施还有诸多不便，其主要缺点是需要进行集中供能的中央液压站占用空间大，在一些地方使用会受到空间的严格限制，再者，进行这样的改造，由于新增设备较多，改造工程量大，因此投入成本也相对较高。
[0005] 目前流行的另一种液压站节能改造技术，是利用伺服电机或变频调速电机控制技术，对工作泵输出流量加以调节，一定程度上降低了电机空载损耗，这种技术确实能起到一定的节能效果，但存在节能效率低，一次性改造投入成本过高等不利因素。
[0006] 因此，本发明作为对《一种液压群控节能系统》的改进，在于本发明使用了分散在各单体设备上的液压站进行联网以替代中央液压站的功能，使各单体设备液压站分散布置，集中供能，使系统流量需求更趋于平稳化，通过对液压回路的节能改造，还能进一步降低系统损耗，这种液压节能技术既节约了空间，又节省了投资成本。
[0007] 本发明与利用调速电机对液压系统的节能改造相比，具有节能更全面、更彻底的优点；不但可以通过联网技术和在液压站中增加大容量蓄能站，驱动电机的装机功率一般地可以降低80％左右，极大地降低了电机空载损耗，而且还能通过对液压回路的进一步改进，减少系统回路减压和溢流损失，因此，节能效果更优。
[0008] 本发明，首先在于提供一种多液压站进行联网配置的结构模型，其次在于提供节能液压站的运行方式。
发明内容
[0010] 本发明首先在于提供一种单体设备的多液压站联网供油群控节能系统模型。该群控节能系统，是指保留原单体设备各液压站，并将各液压站油箱进行连通，使液压油可以在各油箱内相互流通；且各液压站工作泵都可保留其独立输出功能，都可输出0～3种压力不同的动力源，输出0种动力源是指各液压系统并网后，某些液压站允许永久停止使用，而另外被保留下来的液压站工作泵可以有选择型地输出1～3种不同压力的动力源。全部压力相同的输出动力源均并联在一起，且运行在同一管道系统中，不同压力的动力源运行在不同的压力管道内。对各单体设备液压阀台进行改造，使各液压阀台根据其自身需求，有选择性地连接到所需要的压力管道上。这样，由多个液压站，多个压力管道和全部液压阀台及液压控制回路，便组成一个联网运行的液压大系统。
[0011] 一般地，各液压阀台可根据其回路自身需要，选取其中一种或两种压力源作为负载回路对外作功的驱动压力源；即，对于某一液压控制回路，一般采用单一压力源或采用双压力源按作功时序交替控制的方式。之所以采用多压力源，在于满足全体设备液压回路对压力需求的多样性，避免采用减压或溢流回路对系统能量的大量损失，以最恰当的压力供给来满足负载作功需求，达到节能最大化目的；而在其重要回路中采用双压力源控制方式，则是根据该负载回路作功压力需求特性，采用与之相适应最小需求压力供给的方法，降低了负载回路不必要的能量损失。
[0012] 并网使用的优点是，可以使整个系统流量需求更趋于平稳化，使泵站整体装机容量得以大幅降低；更进一步地，通过在各压力总管线上并联一定容量的液压蓄能站，则并网之后的电机-工作泵总装机功率还可以显著降低。由此可以显著降低系统电机-工作泵的空载能耗。
[0013] 在每个液压站输出的若干动力源中，每个压力源均可由各自独立的工作泵来输出，每个输出压力源都可以由一个或多个液压站共同输出，也即相同的压力源均可由一台或多台工作泵协同输出。各单体设备输出压力相同的动力源通过各管路汇集在一起，使相同压力源流动在同一管路中，不同压力等级的动力源流动在不同管路中。各液压站工作泵驱动可以是定速电机，也可以是伺服电机或变频调速电机，原动机驱动的工作泵可以是各类型的液压工作泵。
[0014] 其次，本发明在于综合使用已有的发明专利技术，对单体设备各液压回路进行改进。在对各单体设备液压回路进行研究时发现，各机床液压回路在实际使用过程中并非一直需要高压，一定存在高压作功单行程和低压空回程现象，一些回路还同时存在低压快进和高压工进的典型现象，且低压快进时需求压力特别小、行程较长，而高压工进时虽然压力需求较高、但速度很慢，且行程一般都很短。更一般地，所有液压回路都存在空载回程现象，从理论上讲，都可以采用双压力源控制对其回路进行液压节能改进；所以，我们仍然使用《一种多压力源节能液压系统》(申请号：201210103380.2)技术，对这样的回路采用双压力源控制，使双压力源按其作功时序给予最恰当的压力供给，就能进一步达到节能最大化。
[0015] 除此外，本发明还进一步提供了根据生产需求启动相应额定流量工作泵的计算方法，以及各压力源总管路上，各蓄能站匹配最佳装机容量的计算方法，使多站液压群控节能系统做到节能最大化，实现简单易行的操作方式。
[0016] 通过对单体设备液压站联网运行，我们可以显著降低系统装机流量，即电机-工作泵的装机功率，从而降低电机-泵空载功耗；通过将各单机设备负载压力需求进行分级和重要液压回路进行双压力源按时序控制，以多压力源代替单一高压源，从整体上大幅降低系统压力，从而达到节能目的，在降低系统能耗同时也就降低了系统发热量，可进一步降低系统循环冷却泵功耗和系统内泄损耗，因此一举多得，达到节能最大化。附图说明
[0017] 附图1为多站液压联网群控结构示意图
[0018] 附图2为带蓄能站的多站联网群控结构示意图
[0019] 附图3为多压力源双压力控制回路结构示意图
具体实施方式
[0020] 1、单体设备多液压站联网模式
[0021] 某地域内，将全部或部分群体设备进行液压系统连接组网节能改造，这些群体设备，其功能和结构可以相同也可以不同。
[0022] 1.1、液压站油箱联网模式
[0023] 将需要改造的全部单体设备液压站油箱进行连通，一般采取用油箱底部或上部用管道连通的方法，使每个油箱内的液压油可以相互自由流通，需要注意的是每个油箱的最高位允许液位要大体在一个平面内，其油箱底部所允许的最低位液面也不能相差太大，以防止高位油箱吸空或低位油箱充满溢出，每个油箱内均填充同一种液压油。总之，对油箱连通后的基本要求是：液压油既要满足各自液压站需求，又要能畅通流动。少数不能满足该条件的液压站油箱可以不进行连通，而是直接停止该液压站功能，并将该单体设备阀台直接从联网的压力管道中取压力源，其回油管直接并入已经联网的其它液压站油箱中。这样，由多个小型液压站油箱经过连通便组建成了一个有效的大油箱。在油箱连通之间的管道上装有维修阀门，正常运行时，各连通阀门应处于全开状态，只有在维修或异常停机状态下，各阀门才可能处于关闭状态。
[0025] 各单体设备液压站油箱经过连通后，各液压站也就通过联网方式进行并联整合成一个整体；这样，只要通过分别控制各单体设备液压站工作泵，也就控制了整个液压站的工作泵。本发明对各单体设备电机-工作泵进行改造，使其输出行为和运行方式发生一些改变。
[0026] 改造前，全部单体设备一般只输出单一压力源，只有少数单体设备可输出双压力源，且单体设备液压动力源仅供该单体设备使用；而经过联网改造后的各液压站可以输出多种压力源，相同压力的动力源汇集在一起共同输出多种压力源，这些多压力源可以供全体设备使用。
[0027] 一般地，根据实际需求，各单体设备液压站工作泵可以有选择性地输出0～3种压力源，0种压力源表示该液压站可以不输出压力源，另外1～3种压力源可以选择其中1种、2种或3种独立的压力源进行输出，且每个单体设备压力源的输出方式可以不必相同。每种压力源的输出可以选择单台泵输出，也可选择多台泵共同输出；不同单体设备的液压站也可以选择输出相同压力的动力源。
[0028] 在各单体设备液压站工作泵输出方式中，使相同压力等级的输出动力源都并联在一起，使它们都输出到同一压力管道中，即，同一动力源连接到同一管道，不同动力源接连到不同压力管道，多压力源将对应多根压力主管道。
[0029] 这样，根据需要，全部单体设备液压站可以共同输出1～3种不同压力等级的压力源，分别命名为P0、P1、P2，这些压力源可以供各单体设备液压回路选择使用。
[0030] 1.3、液压阀台的联网运行方式
[0031] 每个单体设备都有各自液压回路和液压控制阀台，每个单体设备液压阀台可以根据自身实际需求，从联网后动力源中选择其中一种或多种压力源供其回路使用。如果选择双压力源供给，则每个单体设备液压阀台至少有2根压力管道和一根低压回油管道，其液压阀台(阀块)也必须作相应改变，一些液压回路也应作双压力切换控制功能方式的改变；如果该阀台仍然选用单压力供油方式，则阀块结构可以保持不变，只需选取与之相适应的压力源管线相连即可。在各压力油管线和与之连接的阀台之间装有高压球阀，以便于单体设备的维护使用。
[0032] 1.4、各液压阀台的回油方式
[0033] 每个单体设备的液压阀台都应有各自回油管路，一般地，其回油管路选择就近回油方式，使其回到就近油箱，这样便于简化管路。
[0034] 1.5、各液压站辅助设备运行方式
[0036] 1.6、各液压站输出压力源的构成方式
[0037] 本发明中，由于较多地保留了原设备液压站电机-工作泵，所以，直接采用由多台电机-工作泵构成单压力源或多压力源的方式来组建群控液压站。
[0038] 本发明多站液压群控节能技术，其液压站可采用单一压力源，也可采用2～3种多压力源的工作方式，一般地，采用多压力源供能方式可以得到更高节能效率，所以优先选用多压力源作为液压站供能方式。单一压力源组站方式，就是全体液压站都输出相同压力的动力源，输出压力相同，允许输出流量可以不同，所有输出压力源都共同运行在同一压力管网中。多压力源组站方式，就是各单体液压站都可以输出压力源，而每个液压站可以输出一种或多种压力源，每种压力源可以由一台或多台泵共同输出，但所有输出相同压力的动力源都必须通过管道并联汇集在一起，形成该压力的总管道，而不同压力的动力源运行在不同的管网中；这样，全部单体液压站便可形成梯级多压力输出动力源，一般地，输出2～3种压力源便可满足实际需求。
[0039] 在各液压泵站中，用于驱动工作泵的电机，可采用常规定速电机，也可采用变速控制电机；变速控制电机一般采用伺服电机或变频调速电机。定速驱动电机一般和变量工作泵组合使用，当压力达到工作泵变量设定值时，输出流量便随压力升高逐渐自动减小，当输出压力达到设定最大值时，输出流量接近“零”，故，电机输出功率自动减小。也可由定速电机加定量工作泵和带压力开关的蓄能站组成的节能运行模式，当输出压力降到压力开关“低压”设定值时，定量泵加载运行，系统压力上升，当压力达到压力开关正常“保压”设定值时，压力开关信号控制工作泵电磁溢流阀卸荷，由蓄能器保压，定量泵卸荷运行，工作泵输出压力接近“零”，电机空转运行。液压站的节能运行也可采用调速电机驱动运行方式，一般地，采用调速电机驱动定量泵的运行方式，在工作泵输出管线上增设压力传感器，由压力传感器的检测值来控制电机运行转速，当系统压力达到“正常”设定压力时，电机以低于额定转速的方式运行，当系统低于该设定压力一定程度值时，电机高速运行，直到系统压力达到设定“正常”压力时，电机才降速运行。采用降速运行，主要是采取变流量运行方式达到节能目的。本发明中，因采用了网控节能技术，建议优先采用定速电机加变量泵的节能运行方式，其特点是结构简单可靠，系统运行压力平稳。
[0040] 1.7多站液压群控系统蓄能站的优化
[0041] 为达到节能最大化，在多站联网运行的液压系统中引入液压蓄能站，在可能情况下，液压蓄能站尽量采用大容量来储存液压能，这样做，可以使系统削峰填谷效果更好，在充分满足系统流量和压力需求情况下，能够将工作泵和电机运行功率降到最小，以减少系统电机-工作泵空载损耗。具体来讲，就是在系统各输出压力源总压力管上，并联接入一定容量的液压蓄能站；如果系统有多个压力管线，则在每个压力管线上都可接入一定容量的液压蓄能站；其液压蓄能站接入管线的点，可以是在压力总管任意一个位置上；其接入方式，可以采用在某一点集中接入一个大蓄能站，也可采用在多点分散接入若干个小型蓄能站的方法。蓄能站的高压管线接该系统压力主管线，其卸荷管线接回油箱管线。每个液压蓄能站由若干个标准液压蓄能器、带安全阀的高压球阀、管路和安装支架等辅助部件构成，高压球阀在正常情况下一般处于常开状态，在停止使用或维修状态下才处于常闭状态，蓄能器卸荷回路上的卸荷阀，在正常使用情况下，该阀门一般处于常闭状态，在维修状态下才可能处于被打开状态。
[0042] 1.8多站液压群控节能系统结构详细说明
[0043] 如图1，为一个多站液压群控节能系统的结构模型示意图。该图中，给出了一个能独立输出P0、P1和P2三种动力源的群控液压系统，该结构图由n个单体设备组成，每个单体设备都有一个液压站，各液压站都有一个油箱，分别命名为Y1、Y2、……，Yn。油箱Y1与油箱Y2相连，在Y1与Y2相连的管路上装有维修阀门K1，油箱Y2与油箱Y3相连通，在Y2与Y3相连的管路上装有维修阀门K2，以此类推，油箱Yn-1与油箱Yn相连通，在Yn-1与Yn相连的管路上装有维修阀门Kn-1，这样，各液压站油箱就通过管道并联成一个大液压站，各阀门在正常情况下处于全开状态。
[0044] 各个液压站都由若干台工作泵组成，各工作泵分别命名为B1、B2、B3、……，Bm，其中M≥N。这n个单体设备，设每个单体设备都对应一个大阀台(实际工作中可能有多个阀台)，分别编号为S1、S2、……、Sn。每个阀台都由若干根压力管线与总管线相连接(图中，S1阀台中给出了2根压力管线，S2阀台中给出了1根压力管线)，在每个压力管线上都装有高压球阀，分别命名为F1、F2、F3、……、Fy-1和Fy，且每个阀台都至少有一根接油箱的回油管线，分别命名为T1、T2、……，Tn。
[0045] 如图1所示，每个液压站可根据需要均能输出1～3种不同压力的动力源。这三种压力源分别命名为P0、P1、P2，这三种压力源可相对独立输出，其压力总管线分别标号为L0、L1、L2，其中P0-L0，P1-L1，P2-L2成一一对应。该图中，工作泵B1输出压力P0，工作泵B2输出压力P2，工作泵B3输出压力P1，工作泵B4输出压力P1，……，工作泵Bm-1输出P2，工作泵Bm输出压力P0。在这些工作泵输出中，压力相同的输出源通过并联连接到相同的压力管线上，如，工作泵B1和Bn并联连接到压力P0总管线L0上；又如，工作泵B2和Bn-1并联连接到压力P2总管线L2上；再如，工作泵B3和B4并联连接到压力P1总管线L1上；且压力管线L0、L1和L2都各自相对独立。
[0046] 在该图1中，每个液压阀台可根据实际需求与相应的压力管线相连，可选取L0、L1或L3中的任意一支或多支相连，其中，阀台S1通过压力管线分别与总管线L1、L2相连，也即接压力源P1、P2；阀台S2与总管线L1相连，接压力源P1；阀台Sn与总管线L0和L2相连，分别接压力源P0、P2，在每个压力管线上接维修阀门，分别编号为F1、F2、……、Fn-1、Fn，正常情况下，这些阀门均处于开启状态。
[0047] 如图2所示，为带蓄能站的群控液压节能系统结构示意图，该图给出了3种输出压力源的结构原理图，且每种压力源都有一根压力总管线，分别为L0、L1和L2，在L0总管线上接液压蓄能站X0，在L1总管线上接液压蓄能站X1，在L2总管线上接液压蓄能站X2。每个液压蓄能站都由若干个标准蓄能器、带安全阀的高压球阀、高压管道和低压回油管道等附件共同组成液压蓄能站。为维修方便，在每个蓄能站总高压管路上都装有维修球阀，在正常工作状态下，球阀处于完全打开状态。在实际工作中，通过在每个压力管线上并联接入多个小型液压蓄能站以替代大型集中蓄能站来得更方便，这样便避开了安装设备空间的严格限制。
[0048] 2、单体设备液压回路的压力分级应用
[0049] 2.1单体设备液压回路压力分级控制
[0050] 在各单体设备液压系统中，一些液压回路仅需要低压源驱动，另一些液压回路仅需中压源驱动，还有少数液压回路仅需高压源驱动。传统做法就是用单一高压源代替多压力源需求，用高压源经减压阀减压后使用，造成能源的严重浪费。为达到节能最大化，本发明部分引入《一种多压力源节能液压系统》专利技术，来实现各液压回路的分级压力控制和部分重要液压回路的双压力源按作功时序动作控制。
[0051] 例如，在单动薄板冲压机液压回路中，主冲压油缸需要高压源供油，其它辅助回路仅需要中压源供油就能满足系统正常工作需求，因此我们可以使用中压源和高压源进行分别供油来达到其节能目的。又如，在注塑机液压系统中，除合模缸需要高压源外，其它液压缸或液压马达仅需低压源或中压源就能满足其工作需求。这样，我们可以为相应液压回路提供其最恰当的压力源来满足工作需要，以2～3种压力源来代替单一压力源达到其最佳节能目的。
[0052] 通过进一步研究发现，在每个液压回路中，都存在空载回程现象，即使在对外作功单行程过程中，也存在低压大行程和高压小行程的作功过程。比如，单动薄板冲床工作主油缸在快速工进冲压过程中，在上滑块接触被加工工件之前为低压大流量快进过程，仅当上滑块将要接触工件时，液压系统才转换为慢速工进，此时仅需求高压小流量；在冲压工件成型后保压过程中，仅需要高压源保压，但不消耗任何压力油体积；紧接着，在冲压完毕返回过程中，又仅需要低压源带动滑块快速回程。可见，在薄板冲床冲压主回路中，我们可以实施多压力源控制：在快进时，靠高位油箱自动补油，滑块靠重力加速下滑；当滑块接近冲压件时，液压回路自动切换，滑块速度转换成慢速工进，由高压源驱动，特点是高压小流量需求；当冲压成型并保压时，滑块仅需高压油保压而不消耗压力油体积；当冲压完毕，滑块快速返程，液压回路转换成由低压源驱动，特点是低压大流量需求。因此，我们可以使用双压力源：由低压源和高压源按作功时序分别给于相应的压力驱动源。
[0053] 就这样，将所有液压系统集中起来，进行分级处理，我们发现一般需要2～3种压力源就能很好满足全部液压回路的压力需求，仅特殊个别设备可能需要4个压力源更能满足其节能需求，4个压力源其提供方法与3个压力源提供方法一样，并没有特别之处；所以我们一般按压力分为高、中、低三档压力源就能很好满足实际工作需求，把3挡不同压力需求看作是一个标准多压力源液压系统，仅是一种习惯做法。
[0054] 2.2双压力源液压回路结构模式
[0055] 如图3所示，为多压力源双压力控制回路结构示意图，该回路中，分别提供P0、P1、P2三种不同压力源供各液压回路使用；其中，回路1使用单压力源P1来控制，回路2使用单压力源P2来控制，回路3同时使用低压源P0和中压源P1双压力源控制，回路4同时使用低压源P0和高压源P2双压力源控制。对于双压力源控制，可以按负载对外作功时序压力需求，使压力源进行自动切换。在双压力源控制回路中，在任意时刻仅有一种压力源参与控制，一般情况下不会发生两种压力源同时控制某负载回路的情况，两种压力源交替控制而不是同时参与，压力源的切换由负载回路自动控制完成，其详细控制方式可参照《一种多压力源节能液压系统》专利文献来实施。
[0056] 3、群控液压系统工作泵开机流量计算
[0057] 多站群控液压节能系统最大特点在于，当使用多站液压进行群控节能时，在液压蓄能站的配合使用下，可以使系统泵站流量输出尽量达到平稳，可最大限度地降低电机-工作泵运行时的装机功率，从而降低空载能耗。则液压蓄能站和工作泵的开机额定流量必须满足一定的优化条件，才能做到节能的最有效性。通过以下3个经验公式可求出各压力源蓄能站总装机容量和工作泵开机流量。
[0058] 3.1公式定义
[0059] 定义1： ………………………………………………………I
[0060] 定义2： ………………………………………………………II
[0061] 定义3： ………………………………………………………III
[0062] j代表多压力源对象P0、P1、P2中的任意一个，当ΔVj代表P0压力源时，记为ΔVj0；当ΔVj代表P1压力源时，记为ΔVj1；当ΔVj代表P2压力源时，记为ΔVj2，用i表示某单体设备。
[0063] ΔVi，为在单位产品工作周期T内对外作功时，单体设备所需某压力源的压力油体积，i代表某单体设备。
[0064] ΔVj，为多压力源中，在单位产品工作周期T内，各单体设备所需某压力源的压力油体积之和。
[0065] VX，为液压站输出某压力源上蓄能站总装机容量，对于压力源P0、P1、P2，可以分别表示为VX0、VX1、VX2。
[0066] QB表示生产某产品时，某压力源所对应的该压力等级各液压站所需工作泵开机总额定流量需求，对于P0、P1、P3压力源中的工作泵，可分别表示为QB0、QB1和QB2，其中，B表示压力源中某一类工作泵。当选定某压力源时， 为该压力源工作泵名义需求流量，ξ为修正系数，一般地，选取1.1≤ξ≤30；VX为某压力源蓄能站总装机容量。
[0067] 3.2、具体实施方法
[0068] 3.21单体设备单位产品平均工作周期T的确定
[0069] 对于同一单体设备，生产不同产品的工作周期可能相同，也可能不同，如果不相同，则按生产单位产品所需最短工作周期T来计算。
[0070] 对于全部单体设备，各设备生产相同单位产品所需工作周期T可能相同，也可能不同，如果不相同，则按其最长的单体设备工作周期T计算，该T作为全部单体设备统一计算工作周期。
[0071] 3.22、工作周期T内各压力油体积ΔVj的计算
[0072] 根据公式I计算求出ΔVj，对于各压力源P0、P1和P2，工作周期T内，其压力油需求体积分别为 和
[0073] 对于任意ΔVj而言，是指在统一工作周期T内，各单体设备对外作功所需要的某压力源全部体积之和，如果某单体设备实际工作周期为Ti，且Ti≤T，则工作周期T内实际需求压力油为工作周期Ti内所需要的压力油体积Vi的 倍，即 我们以统一工作周期T内实际压力油需求ΔVi来计算，注意避免两者混淆。换言之，也可统一表述为：在生产某产品时，ΔVj为各单体设备对外作功，在单位时间内某压力源所需求的压力油总体积。
[0074] 3.23、求某压力源蓄能站总装机容量VX的确定
[0075] 根据公式III计算某压力源上该蓄能器总装机容量，对于压力源P0、P1、P2其计算公式分别对应为： 公式III中，对于确定的单体设备和生产产品，根据公式I均可得到相应具体ΔVj，ξ为修正系数，一般地，1.1≤ξ≤30，建议取ξ＝1.25～3.0为最佳值，这样得到蓄能器装机容量为最优值。
[0076] 当某压力源上蓄能器总装机容量确定后，该蓄能站为所对应的单体设备均起作用，并不随单体设备开机数量的多少而变化。
[0077] 一般地，其装机容量主要受现场使用空间限制，蓄能器装机容量应选择尽可能大。在选定蓄能器装机容量后，便可进一步确定工作泵开机额定流量。
[0078] 3.24、泵站各压力源工作泵总装机额定流量QB的确定
[0079] 经过上述各步骤，当我们确定了参数ΔVj、ξ、T和VX后，我们就可以根据公式II，由 计算出某压力源全体单体设备在开机情况下的最优装机流量，即全部单体设备一起工作的理论额定总流量QB；对于压力源P0、P1、P2其计算公式可分别表示为：
[0080] 3.25、求部分单体设备开机状态下的工作泵额定流量
[0081] 根据上述步骤3.24，求出的是全部单体设备都在开机状态下的各压力源的总开机流量。在实际生产中，更多情况是根据生产需求，可能只需要开动部分单体设备就能完成生产任务，所以我们还必须给出开动部分单体设备工作泵启动所需要输出的额定流量计算方法，才能达到最节能需求。设，某工厂共有M台单体设备，当生产某产品时仅需开启部分单体设备，其编号为L、K、H、E、Y。在计算工作泵实际需求流量时，利用公式I和公式II仍然有效，但根据公式I求 时，其ΔVi分别为ΔVL、ΔVK、ΔVH、ΔVE和ΔVY，工作周期T也为实际工作最大周期，则公式I此时变为ΔVj＝ΔVK+ΔVL+ΔVH+ΔVE+ΔVY，其余未开启的单体设备液压执行机构所要消耗压力油体积为零，则不必计算在内；也即，此时ΔVj为单位产品实际工作周期T内某压力源需求体积之和。
[0082] 在运用公式 求实际部分开机设备需求工作泵额定流量时，需要判断该压力源蓄能站装机容量VX与单位产品实际周期T内单体设备，对外作功所需求压力油总体积ΔVj之比值β的大小来进行经验判断，即令 当0＜β＜1时，取ξ＝2.0～3.0为优，当1≤β时，取ξ＝1.25～2.0为优；若β值越大，则ξ取值可以越小。
[0083] 根据上述规则得到的工作泵开机额定流量，既能充分满足各单体设备正常需求，也能保证液压站工作泵装机流量的最小化，有效避免了电机-工作泵造成的极大空载负荷。
[0084] 3.26、各液压站工作泵启动方式
[0085] 根据上述规则计算得出的工作泵开机额定流量，其工作泵的启动或停止可以由人工手动实现，也可以由各单体设备“开机”和“停机”信号自动实现，其具体启动或停止方式可根据实际情况进行灵活设置，此处不再详细介绍。
[0086] 上述各步骤看似复杂，但当我们一旦确定了蓄能器装机容量和全部单体设备在开机状态下的最优开机额定流量时，在开动部分设备生产时，其计算则变得相当简单，仅需按单位时间内的产品与全部单体设备在开机状态下的产品之比值λ，由该λ乘以总开机额定流量便得到实际部分开机数量工作泵的额定流量；故，实际操作起来很简单。
[0087] 效果检查
[0088] 某汽配零部件生产厂有JFY27-500型冲压机10台，JFY27-400型冲压机2台，每台冲压设备都有各自独立的液压站和液压回路，其中，JFY27-500机型，每台机床配2个液压站，一个主液压站和一个辅助液压站，主液压站配备2×45KW电机2台，相应单泵额定工作流量为95L/min，最高工作压力为25MPa；辅助液压站为20KW电机1台，相应配套工作泵流量为40L/min，最高工作压力为25.0MPa，供冲压机取送辅助工件用。JFY27-400冲压机，每台机床配备一个液压站，每个液压站同样配2×45KW电机2台，相应单泵额定工作流量为95L/min。
[0089] 这样，12台机床共配备22个液压站，总装机34台电机-工作泵，总装机容量为1280KW，在正常生产过程中，实际总电耗为320～425KW·H/H，电机负荷率为25％～33.2％，属于轻度负载工况，因此，系统空载能耗很高，非常值得进行节能改造。
[0090] 在实际生产过程中，因产品规格差异大，实际约90％产品生产只需要10MPa低压源就能满足需求，而仅有10％产品需求需要25MPa的高压压力源。
[0091] 经科学计算，按产品平均生产能耗需求，全部冲压机满负荷生产，每小时需求电能约为55度。因此，约高达80％以上的能耗被浪费，节能前景广阔。
[0092] 经分析，这是一个变压力和变流量需求的液压作功设备，该液压系统是一个压力需求变化很大，而流量需求变化相对较小的液压系统，且设计装机容量远远大于系统常规生产需求，造成了很大浪费。这样的液压系统，使用目前流行的伺服电机或变频调速控制电机对其进行节能改造，不但成本高，而且很难将节能率做到20％以上；这样的液压系统，使用《一种群控液压节能技术》改造时，需要较大的空间来放置中央液压站，这在该公司很难实现，而且需要高位油箱更增加了困难。
[0093] 分析以上特点，决定使用本发明便能很好地解决该问题，不但节能，而且改造成本较低。具体改造如下：
[0094] (1)、对所有液压站进行并联组网：使油箱并联、液压阀台并网，为了不增加新的液压站，以最小的改动量来完成现有设备的节能改造，将原冲压设备的高位油箱通过管道将油箱底部进行连通，在每个连通的管道上装有维修阀门，且正常工作时每个阀门均处于开启状态，原低位液压站油箱关闭不用，其回油管路连接到最近高位回油箱中。
[0095] (2)、根据系统实际使用情况，并联后液压系统需求3.5MPa，10MPa和25MPa三档压力，3.5MPa压力除供冲压主油缸以外的其它液压回路使用，这些低压回路实行单压力源控制，对于冲压主油缸则采用双压力源控制，冲压快进时，靠重力加速下降，以高位油箱补液，当快进转换为工进时，系统压力源转换为10.0MPa或25.0MPa高压供油方式；冲压完成后，高速返程由3.5MMPa低压源快速供油，这样，便最大限度地节约了能源。10.0MPa和25MPa压力源是为满足生产不同产品而设计的压力源，一般情况下仅需要10.0MPa压力源就能满足生产，在特殊情况下才需要25.0MPa压力源工作，10.0MPa压力源和25MPa压力源一般情况下不同时供给某冲床使用。当系统仅需要10.0MPa压力源时，所有25.0MPa工作泵则停止工作，当系统仅需要25.0MPa压力源时，所有10.0MPa工作泵则停止工作，当系统两者都需要时，则需要在相应的阀台连接处，关闭不需要的那一组压力球阀，而保留所需要的压力源球阀。
[0096] (3)、低压源3.5MPa、中压源10.0MPa和高压源25.0MPa均由各自独立电机-工作泵驱动，每个液压站可输出其中任意一种或两种压力源，也可以选择不输出压力源，这是因为并联后压力源总流量需求远小于原各冲床流量最大值之和，每种压力源都各自运行在相对独立的压力管线中，并且，这三种管线都输出到各自液压阀台上，供其选择使用，每个阀台与总管线连接处装有球阀，以便于控制和维护使用。
[0097] (4)、改变原工作泵控制电机大小，驱动3.5MPa工作泵电机需要更换成额定功率为6.5KW左右的电机，而工作泵不必更换，只需要调整其输出工作压力参数；驱动10.0MPa工作泵电机则需更换成额定功率为18KW左右的电机，但其工作泵不必更换，只需要调整其输出工作压力参数；25.0MPa压力源驱动电机和工作泵都保持不变。
[0098] (5)、实现多压力源驱动后，系统以3.5MPa驱动为主，且全部冲床实现并联，当全部冲床工作时，实际只需要开启15台就能满足其正常工作需求，如果在3.5MPa主管线上再增加20件容量为25L的小型蓄能器，则只需要开启其中8台工作泵就能满足其全部需求；对于10.0MPa工作泵，如果选择在其输出管线上增加8件容量为25L的小型蓄能站，则只需要开启2台工作泵就能满足其需求；同样，如果在25.0MPa工作泵输出管线上，选择增加8件容量为25L的小型蓄能站，则只需要开启2台工作泵就能满足其需求。这样，实际总开机台数可降低到10台，总装机容量则降低为100KW或132KW就能满足所有工况满负荷生产情况。
[0099] 经过上述改进后，当所有冲床都满负荷生产时，实际平均电耗仅为102度/小时，平均节能率约75％。
[0100] 可见，这是一个实施简单、成本低廉且节能效率高的液压系统新节能方式，非常适合老旧设备的节能改造。
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