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CN101654915A - 挖掘机能量回收系统 - Google Patents

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吴文海
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Abstract

挖掘机能量回收系统，涉及挖掘机动臂节能系统。它包括液压缸、油箱、定量泵、阀门和发动机。其关键技术是与定量泵同轴安装第一变量泵和测速光电编码器，定量泵一端通过换向阀与液压缸连接，定量泵另一端分两路分别与油箱和液压缸连接；第一变量泵一端与油箱连接，另一端通过换向阀连接蓄能器；与发动机同轴安装第二变量泵，第二变量泵一端连接油箱，另一端连接单向阀，单向阀的出油口分三路，第一路通过换向阀连接蓄能器，第二路通过换向阀与液压缸连接，第三路通过换向阀与液压缸连接。本发明将流量再生和势能能量回收两者相结合，可同时实现流量再生和能量回收再利用，提高挖掘机能量的利用率，延长挖掘机的寿命。

Description

挖掘机能量回收系统
技术领域：
挖掘机能量回收系统，涉及挖掘机动臂节能系统。
背景技术：
液压挖掘机在工作过程中，动臂上下摆动比较频繁，液压挖掘机工作装置重量重、惯性大，为防止动臂液压缸上腔因动臂下降过快而产生吸空，一般通过主阀节流来调速，但减速制动时工作装置大量的位能绝大部分在主阀节流口转化为热能，不仅造成了能量浪费，还会导致系统温度上升和液压元器件寿命的降低。
发明内容：
本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种将流量再生和势能能量回收两者相结合的新型动臂节能系统，可同时实现流量再生和能量回收再利用，提高挖掘机能量的利用率，延长挖掘机的寿命。其技术方案如下：
本发明包括液压缸、油箱、定量泵、阀门和发动机。其关键技术是与定量泵同轴安装第一变量泵和测速光电编码器，定量泵一端通过换向阀与液压缸连接，定量泵另一端分两路分别与油箱和液压缸连接；第一变量泵一端与油箱连接，另一端通过换向阀连接蓄能器；与发动机同轴安装第二变量泵，第二变量泵一端连接油箱，另一端连接单向阀，单向阀的出油口分三路，第一路通过换向阀连接蓄能器，第二路通过换向阀与液压缸连接，第三路通过换向阀与液压缸连接。
与现有技术相比本发明具有的有益效果是：
1、液压缸活塞下行时，进入液压缸上腔的油来自下腔，即实现流量再生功能，提高了系统能量利用率；
2、液压缸活塞下行时，定量泵和变量泵组成可调式液压变压器与进行能量回收的蓄能器串联使用，以最优化的方式向蓄能器充液，将负载回馈的能量高效率的转化为液压能储存至蓄能器，减少了节流能量损失，提高了能量回收的效率，降低了系统发热，延长挖掘机的寿命；
3、液压缸上行时，先由储能元件蓄能器驱动变压器使之为动臂提供压力油源，当蓄能器的压力不足以驱动变压器向液压缸下腔供液时，计算机控制系统将切换到变量泵供油，形成回收能量的二次利用，进一步提高了作业效率，降低了燃油消耗量；
4、通过单向节流阀提高定量泵和变量泵组成的液压变压器输出返回至油箱的流体压力，以使得返回到油箱的流体一部分回供到液压缸，进一步减少系统流量需求；
5、定量泵和变量泵组成的液压变压器的过程是可逆的，它可以将蓄能器的压力输出到负载，从而实现能量的再利用。
附图说明：
图1，是本发明原理图；
图2，是本发明另一原理图。
具体实施方式：
实施例一：
参见图1，本实施例包括液压缸2、油箱13、定量泵/马达3、阀门和发动机7。其关键技术是与定量泵/马达3同轴安装第一变量泵/马达4和测速光电编码器11，定量泵/马达3和第一变量泵/马达4组成液压变压器；定量泵/马达3一端通过第二换向阀8.2与液压缸2的下腔连接，第二换向阀8.2还连接有第一压力传感器9.1；定量泵另一端分两路，第一路通过单向节流阀1连接油箱13，另一路通过第一换向阀8.1与液压缸2的上腔连接，单向节流阀1用来提高定量泵/马达3输出返回至油箱13的流体压力，以使得返回到油箱13的流体一部分回供到液压缸2。第一变量泵/马达4一端与油箱13连接，另一端通过第六换向阀8.6连接蓄能器5，第六换向阀8.6还连接有第一压力传感器9.2。与发动机7同轴安装第二变量泵/马达6，第二变量泵/马达6一端连接油箱13；另一端连接单向阀10，单向阀10的出油口分三路，第一路通过第五换向阀8.5连接蓄能器5，第二路通过第四换向阀8.4与液压缸2的下腔连接，第三路通过第三换向阀8.3与液压缸2的上腔连接。测速光电编码器11，第一、二压力传感器9.1、9.2，第一～第六换向阀分别与计算机控制系统12电连接。
实施例二：
参见图2，本实施例包括液压缸2、油箱13、定量泵/马达3、阀门和发动机7。其关键技术是与定量泵/马达3同轴安装第一变量泵/马达4和测速光电编码器11，定量泵/马达3和第一变量泵/马达4组成液压变压器；定量泵/马达3一端通过第二换向阀8.2与液压缸2的下腔连接，第二换向阀8.2还连接有第一压力传感器9.1；定量泵另一端分两路，第一路通过第七换向阀8.7连接油箱13，另一路通过第一换向阀8.1与液压缸2的上腔连接，第七换向阀8.7用来提高定量泵/马达3输出返回至油箱13的流体压力，以使得返回到油箱13的流体一部分回供到液压缸2。第一变量泵/马达4一端与油箱13连接，另一端通过单向阀连接蓄能器5，单向阀还连接有第一压力传感器9.2。与发动机7同轴安装第二变量泵/马达6，第二变量泵/马达6一端连接油箱13；另一端连接单向阀10，单向阀10的出油口分三路，第一路通过单向阀连接第五换向阀8.5，第五换向阀8.5连接蓄能器5，第二路通过第四换向阀8.4与液压缸2的下腔连接，第三路通至其它负载14。测速光电编码器11，第一、二压力传感器9.1、9.2，以及换向阀分别与计算机控制系统12电连接。
本发明的工作原理如下：
液压缸2活塞下行时，通过计算机控制系统12，使换向阀8.1、8.2、8.6打开，而换向阀8.3、8.4、8.5关闭。液压缸2下腔的高压油液通过换向阀8.2驱动定量泵/马达3作‘马达’工况，定量泵/马达3输出扭矩带动第一变量泵/马达4作‘泵’工况，第一变量泵/马达4将油箱13中的油液增压为蓄能器5充液，实现负载回馈能量的回收；同时，定量泵/马达3排出的油经单向节流阀1或第七换向阀8.7回油箱13，提高了回油压力，使得油液优先供给有杆液压缸2上腔，可防止液压缸在负载作用下迅速下降而使上腔产生吸空，实现上腔中的油液来自于下腔，即流量再生功能。
液压缸2活塞上行时，通过计算机控制系统12，使换向阀8.1、8.2、8.6打开，而换向阀8.3、8.4、8.5关闭，储存于蓄能器5中的高压油驱动第一变量泵/马达4作‘马达’工况，第一变量泵/马达4输出扭矩带动定量泵/马达3转动作‘泵’工况，将液压缸2上腔油液和油箱13中油液增压送至液压缸2下腔，驱动负载上行。
上述液压缸的控制策略如下：计算机控制系统将光电编码器11反馈的液压变压器实际转速与理想转速曲线进行比较，并根据压力传感器9.1、9.2的压力信号动态调节定量泵/马达3、第一变量泵/马达4之间的扭矩差值，调节变压器的转速，从而改变负载的运行速度。上行时，蓄能器5压力不足以驱动变压器为液压缸供油时，通过计算机控制系统将压力油源切换到第二变量泵/马达6，发动机7带动第二变量泵/马达6驱动液压缸上行。
当下行且负载不向系统回馈能量时，通过计算机控制系统，将换向阀8.2，8.3打开，而换向阀8.1、8.4、8.5、8.6关闭，并调节第一变量泵/马达4排量至仅维持泄漏；发动机7带动第二变量泵/马达6驱动液压缸下行。

Claims (8)

1.一种挖掘机能量回收系统，包括液压缸(2)、油箱(13)、定量泵(3)、阀门和发动机(7)，其特征是与定量泵(3)同轴安装第一变量泵(4)和测速光电编码器(11)，定量泵(3)一端通过换向阀与液压缸(2)连接，定量泵另一端分两路分别与油箱(13)和液压缸(2)连接，第一变量泵(4)一端与油箱(13)连接，另一端通过换向阀连接蓄能器(5)，与发动机(7)同轴安装第二变量泵(6)，第二变量泵(6)一端连接油箱(13)，另一端连接单向阀(10)，单向阀(10)的出油口分三路，第一路通过换向阀连接蓄能器(5)，第二路通过换向阀与液压缸(2)连接，第三路通过换向阀与液压缸(2)连接。
2.根据权利要求1所述挖掘机能量回收系统，其特征是定量泵(3)通过单向节流阀(1)连接油箱(13)。
3.根据权利要求1所述挖掘机能量回收系统，其特征是定量泵(3)通过第一换向阀(8.1)连接液压缸(2)。
4.根据权利要求1所述挖掘机能量回收系统，其特征是定量泵(3)和第一变量泵(4)分别连接压力传感器。
5.根据权利要求1或4所述挖掘机能量回收系统统，其特征是测速光电编码器(11)、压力传感器、换向阀分别与计算机控制系统(12)电连接。
6.根据权利要求1所述挖掘机能量回收系统，其特征是定量泵(3)通过换向阀连接油箱(13)。
7.根据权利要求1所述挖掘机能量回收系统，其特征是第一变量泵(4)通过单向阀连接蓄能器(5)。
8.根据权利要求1所述挖掘机能量回收系统，其特征是第二变量泵(6)另一端的单向阀(10)的第三路出油口通至其它负载(14)，单向阀(10)的第一路出油口还有单向阀连接换向阀。
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