效率是一台重型设备上几乎所有部件和系统的关键设计标准，对机器本身也是如此。液压是制造商寻求提高效率的众多领域之一。
液压元件和系统由于其功率密度仍然是大多数机器的重要组成部分，但通常被视为效率较低。电子和先进的软件控制是制造商用来提高效率的方法之一。
丹佛斯电力解决方案高级系统工程师Erik Westergaard表示，该公司的数字排量泵技术(该公司称其为固有的数字化技术)已显示出15%至30%的效率提升。泵本身的设计结合了电子控制器和先进的软件控制，可以提高效率。此外，Westergaard表示，泵的结构也在提高效率方面发挥了作用。阅读更多关于丹佛斯数字排量泵技术的信息．
数字化为提高效率提供了机会
Westergaard说，液压元件的设计，以及组成系统的元件是提高效率的重要因素。如何通过软件控制所选择的组件也同样重要。它可以使系统更智能地运行，与发动机操作更好地集成，并帮助操作员提高工作效率，所有这些都可以提高整个设备的效率。
通过了解和分析不同应用的占空比，丹佛斯能够更好地确定需要改进的领域。这样做可以更容易地确定哪些方面可以取得进展，哪些方面可能无法取得进展。Westergaard说:“然后你可以相应地布局系统，并设计控制以满足应用程序的需求，(同时)从效率或生产力的角度优化它。”
韦斯特加德表示，丹佛斯将主要精力放在液压元件和系统的软件控制方面。这包括设计软件，以提高生产力和固有的效率收益，以帮助机器操作员更准确。这样做可以减少部件的磨损，提高机器的整体寿命。
在转向领域，该公司正在研究具有多轴转向功能的电液系统和线控转向系统，这两种系统都有助于提高操作人员的舒适度，减少疲劳。韦斯特加德说，为非公路设备移动方向盘通常需要大量的肩部和肘部运动。例如，不需要使用方向盘，而是使用电液操纵杆，可以大大减少这些动作，否则会给操作员带来很大的压力。他说:“我们有一些研究表明，从传统的方向盘转向转向轮式装载机的操纵杆转向，平均可以减少65%的动作。”
一个舒适的操作人员会更有效率，从而使机器的操作和控制更有效率。
2020年12月，沃尔沃建筑设备(Volvo CE)宣布研制一种数字式液压驱动器以提高施工设备的燃油效率为目标。该技术的开发始于芬兰的一所大学和芬兰的Norrhydro公司。沃尔沃建筑设备与Norrhydro公司合作，进一步完善该技术，使其应用于建筑和其他重型设备，特别是挖掘机。
沃尔沃建筑设备研究工程师Kim Heybroek表示，该执行器的工作原理与其他线性执行器一样。他解释说:“它控制单个驱动器的力和速度，例如挖掘机或轮式装载机的臂架或臂架功能。”“然而，如果将其与普通的双作用气缸驱动器进行比较，则该执行器由一个机械气缸和许多电控阀门以及带有软件控制接口的ECU(电子控制单元)组成，ECU通过执行器内传感器的反馈来控制这些阀门。”
Norrhydro专利系统NorrDigi是沃尔沃CE与Norrhydro合作开发的新型数字液压执行器技术的关键部分。
沃尔沃建筑设备
来自传感器的反馈以闭环方式控制执行器的力和速度，他进一步解释道。与传统的双腔液压缸不同，执行机构采用了四腔液压缸;四个腔室可以通过两条供应压力管道进行选择性加压，从而在供应管道的任何给定压力水平下实现16种离散力状态。Heybroek说:“基本上，你可以把它看作是一个阶梯式机械传动的液压等效物。
他说:“另一种理解方法是，气缸内的有效液压面积会根据这两种供应压力中的哪一种作用于哪个气缸区域而逐步改变。”
Heybroek表示，数字液压执行器使新型液压系统的设计成为可能，克服了传统系统中存在的一些缺点，例如无法恢复动能，压力补偿损失过大。
数字液压执行器允许创建液压共压轨系统，其中所有执行器连接到包含液压蓄能器的压力轨，用于系统解耦和能量存储。Heybroek表示，通过这种设计，压力只施加在产生所需力所需的气缸面积上，从根本上减少了压力补偿损失。他说:“它还可以实现共压轨道的双向能量流动，这意味着臂架下降运动中的动能可以被回收并存储在蓄能器中。”“与此同时，蓄能器还可以作为峰值功率的来源，这意味着供电系统可能会缩小规模。”
对于旋转驱动和功能，例如挖掘机的摆动或行进驱动，Heybroek说，只有所需数量的电机位移才能产生所需数量的扭矩。这是通过使用可变位移电机来实现的。
迄今为止，在一台30吨挖掘机上进行的数字液压驱动器原型测试表明，在相同操作条件下，与标准沃尔沃CE机器相比，该数字液压驱动器的燃油效率提高了50%。
沃尔沃建筑设备
他说，迄今为止，该公司已经在一台30吨重的挖掘机上进行了原型测试，结果显示，与标准的沃尔沃CE机器相比，在相同操作下，液压损失减少了大约一半，燃油效率提高了50%。他解释说:“我们将燃油效率定义为完成的工作量除以消耗的燃料量。”这种改善部分来自于燃料消耗的减少，另一部分来自于生产率的提高。”
虽然这项技术目前正在对挖掘机进行评估，但Heybroek表示，它适用于负载惯性相对较高的机器或功能。“在工作函数或占空比中，重型机械结构在重力作用下上升，然后再下降，效率提高最高。”
润滑选择是一个至关重要的组成部分
Lubrizol公司工业产品战略技术经理Blayne McKenzie博士表示，液压系统的任何改变都会影响其效率，包括对液压油的改变。由于液压油对整个液压系统的功能非常重要，当对液压油进行更改时，会影响几个性能因素。
优化粘度等方面可以最大限度地提高体积和机械效率，从而提高系统的整体性能。McKenzie说:“润滑油的每一次改变，液压流量的每一次增强，在输送主要流向的动力方面都是非常重要的。
作为开发可持续节能液压油的努力的一部分，路博润正在部署一种新型节能高性能聚合物。McKenzie表示，该公司正在利用路博润的高性能聚合物技术，实现从单级液体到多级替代品的转变。
他说:“我们正在开发这些液体，着眼于节省能源消耗，无论是燃料还是电力，(并且)能够做更多的工作。”
路博润的粘弹性聚合物可提高液压能源效率。它们在原地盘绕和展开的能力可以消除二次流的能量损失。
路博润公司
McKenzie说，在液压油中添加高性能聚合物并不是一个新概念。新颖之处在于路博润所使用的聚合物的化学成分。新型节能高性能聚合物长而灵活，能够根据温度和流量在溶液中盘绕和反冲。它们还能储存和分散能量。McKenzie说，这些特性使聚合物能够破坏寄生流或二次流，这种流动在流体沿任何方向被推时都会发生，而在重型设备中，这种情况基本上一直存在。
另一方面，传统的高性能聚合物往往较短且刚性强，不具备像新型路博润聚合物那样提高液压流量的固有能力。
高效节能聚合物与行业标准添加剂技术结合使用，以确保其继续满足市场现有的耐久性、抗氧化性和防腐蚀要求。麦肯齐表示:“这让我们的终端用户相信，我们为提高效率而做出的任何改变都没有影响(行业要求)。”
在运行设备中的测试和使用表明，新型节能高性能聚合物能够减少重型设备所有者的燃料使用。它还展示了使系统本身更有效地运行的能力，这有助于减少昂贵的停机时间，并使机器操作员能够完成更多的工作。
这些好处还可以减少排放，帮助环境，并实现路博润希望通过其新型聚合物化学实现的可持续发展目标。
当流体通过这条液压管线的90度弯道时，就会出现横过主要方向的流动。这些二次流在这里以更强的红色(顺时针)或蓝色(逆时针)显示。
路博润公司
液压系统和要求将继续发展
McKenzie表示，未来几年，可持续性和少花钱多做事将成为液压油和系统面临的两个最大压力点。他说:“这对液压系统和液压液来说意味着更高的速度、更高的压力、更高的负荷，(以及)轻量化，但建筑设备仍将被期望从A地运送相同数量的泥土到B地，或者挖相同的洞。”因此，液压油将面临更大的工作负荷，对其满足效率和应用要求的能力施加更大的压力。
作为可持续发展倡议的一部分，推动电气化已经产生了影响，电力和液压系统结合在一起，创造出更高效的机器，从而减少排放。
Heybroek表示，由于集成了传感器和其他电子设备，沃尔沃CE正在开发的数字液压执行器实际上可以成为电气化和自动化等其他行业趋势的推动者。此外，执行器具有更简化的封装，在传统和替代动力设备中都需要更少的空间。
通用压力轨道系统设计只使用两条主要压力管道，所有执行器都连接到这两条主要压力管道上。分布式阀门与气缸或执行机构集成在一起，使挖掘机通常使用的主控制阀被取消或显着减小尺寸，从而在机器中心留下更多的可用空间。对于电机，这可以允许在机器中安装更多的电池，以帮助满足建筑或其他重型设备的电力需求。
他还指出，数字液压驱动器减少了损失，有助于简化机器的电气化，并降低所需的电池容量。
随着当今液压元件和系统的效率提高，以及那些尚未实现的效率提高，制造商已经做好准备，以满足日益增长的解决方案需求，这些解决方案更具可持续性，能够事半功倍。
丹佛斯在一个砾石坑中的测试机器帮助公司评估其新液压系统技术的能力。
丹佛斯电力解决方案
