CN101230586A

CN101230586A - 一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置

Info

Publication number: CN101230586A
Application number: CNA2007100668959A
Authority: CN
Inventors: 高峰
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-07-30

Abstract

本发明所述的一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置，包括相互连接的液压泵、蓄能器，所述的液压泵的输入轴与内燃机输出轴连接，所述的蓄能器上装有压力传感器，所述的液压泵的进口通过第一单向阀连接油箱，液压泵的进口通过第一液控单向阀连接蓄能器的进口，液压泵的出口通过第二单向阀连接蓄能器的进口，液压泵的出口通过第二液控单向阀连接油箱，液压泵的出口通过截止阀连接油箱；所述的压力传感器的输出连接控制电路，控制电路的输出连接所述的截止阀的切换开关；所述的第一液控单向阀、第二液控单向阀的控制口连接受所述的内燃机驱动的工程机械的液压系统的先导压力信号P_i。

Description

一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置

所属技术领域

本发明属于流体传动领域，适用于负载变化剧烈的各种工程机械设备，尤其是各种大功率工程机械，例如液压挖掘机、推土机、装载机等。通过在小负载时存储能量，在大负载时释放能量，本装置可以用来调节这些设备中内燃机的输出扭矩，使内燃机的输出扭矩趋于平稳，同时又能满足变化剧烈的负载功率需求，从而在这些设备的设计中可以选用小功率内燃机，达到降低成本和节约能源的目的。

背景技术

在许多机械设备中，由于负载的变化，导致原动机的输出扭矩也随之发生大幅度的变化。例如，在工程机械如液压挖掘机、推土机、装载机中，其负载变化非常大，导致驱动这些设备的内燃机的输出扭矩也发生很大变化。在以往通常的设计中，为满足这些设备的正常工作要求，必须按照可能出现的最大负载来选择内燃机。而在实际工作过程中，这些设备上的平均负载功率并不大，远小于最大负载功率。因此，按照最大负载功率选择的内燃机功率在整个工作过程中的大部分时间里就显得过大，导致内燃机在大部分时间内都工作在低效区，使燃油得不到充分利用，造成能源的浪费。另外，大功率柴油机还将导致制造成本的上升。在以往通常的设计中，这是为满足最大负载功率的要求而必须付出的代价，因此形成了满足最大负载功率需求与制造成本上升和节约能源之间的矛盾。

为解决以上所提到的矛盾，通常在设备中附加储能环节来调节原动机的输出扭矩。例如，在柴油机的输出端附加一个大惯量飞轮，可以使柴油机的输出扭矩趋于平稳。为提高飞轮的储能，通常采用加大转速和加大惯量的方式，但由于受内燃机转速限制，因此通过转速提高储能效果有限；如果采用加大飞轮惯量的方法，则飞轮的体积和重量由于受机械结构的限制，取得的效果也有限。因此，也有的设备采用可充电电池或超级电容作为储能元件，例如混合动力汽车。但电池由于受到目前技术发展的限制，其容量和单体电压偏低，用于大功率设备时体积较大，成本较高，而且可重复充电次数不高，而且与之对应的功率电路复杂，成本也较高。如果采用超级电容作为储能元件，虽然在充电寿命上远高于电池，但单体电压也是偏低，用于功率较大的设备时也存在体积庞大、电路复杂、成本高昂的的缺点。除次之外，飞轮电池也是一种选择，但这种技术目前在大功率设备上应用还不成熟，成本也是居高不下。

目前还有一种比较成熟的储能方式是采用液压蓄能器，适用于采用液压驱动的机械设备，通常用于液压混合动力汽车。通过在小负载时向蓄能器内蓄能，在大负载时利用蓄能器中储存的能量辅助内燃机驱动，可以在采用小功率内燃机的条件下满足短时间内大负载功率的需求。另外，这种蓄能方式还广泛用于液压混合动力车辆制动能量的回收。但这些装置一方面具有较复杂的结构和控制系统，通常采用静压传动的结构方案，另一方面没有考虑工程机械的工作特点和结构特点，不适合工程机械应用，尚未有一种适用于负载变化剧烈的工程机械设备的蓄能系统。

发明内容

本发明要解决现有采用液压蓄能器的蓄能系统结构复杂、不适合工程机械应用的问题，提供一种结构简单、适合工程机械应用的采用液压蓄能器的用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置。

本发明所述的一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置，包括相互连接的液压泵、蓄能器，所述的液压泵的输入轴与内燃机输出轴间接连接，所述的蓄能器上装有压力传感器，所述的液压泵的进口通过第一单向阀连接油箱，第一单向阀允许液压油的流动方向是从油箱到所述的液压泵的进口；同时液压泵的进口通过第一液控单向阀连接蓄能器的进口，在没有液控信号的条件下第一液控单向阀允许的液压油流动方向是从所述的液压泵的进口到蓄能器；液压泵的出口通过第二单向阀连接蓄能器的进口，第二单向阀允许的液压油流动方向是从所述的液压泵的出口到蓄能器；液压泵的出口通过第二液控单向阀连接油箱，在没有液控信号的条件下第二液控单向阀允许的液压油流动方向是从油箱到所述的液压泵的出口；液压泵的出口还通过一个液控或电磁截止阀连接油箱；所述的压力传感器的输出连接控制电路，控制电路的输出连接所述的截止阀的切换开关；所述的第一液控单向阀、第二液控单向阀的控制口连接所述的内燃机驱动的工程机械的液压系统的先导压力信号P_i。

进一步，所述的第一液控单向阀、第二液控单向阀可以是液控或电磁截止阀。

更进一步，所述的蓄能器的出口通过溢流阀连接油箱。

考虑到工程机械设备通常都采用液压驱动，本发明采用了液压蓄能器作为储能元件，利用一个与工程机械柴油机直接或间接相连的液压泵完成小负载功率时的储能，同时液压泵也能工作在马达状态，由蓄能器驱动，作为柴油机的辅助动力以满足大功率负载需求。本发明提出的液压控制结构，通过两个单向阀、两个液控单向阀或两个液控或电磁截止阀、一个溢流阀、一个电磁截止阀或液控截止阀，在工程机械先导操纵压力的控制下，在没有先导压力或工程机械不动作时由所发明装置中的泵向蓄能器储能，在有先导压力或工程机械有动作时此泵则变成马达状态，由蓄能器驱动作为柴油机的辅助驱动，以满足此时大扭矩负载的需求。通过在工程机械没有操作或没有动作时向蓄能器蓄能，在工程机械有操作或有动作时蓄能器向外释放能量作为柴油机的辅助动力，从而使柴油机输出扭矩趋于平均。

本发明的优点是：结构简单、性能可靠，适用于负载变化剧烈的工程机械，能够使工程机械设备的设计中采用小功率发动机，使发动机的效率更高，更节省燃油，同时也降低了发动机成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的系统原理结构图。

图2是本发明的第二种系统原理结构图。

图3是工程机械的操纵信号和系统负载功率关系图。

图4是本发明的一种应用实例。

图中，1.液压泵，2.第一单向阀，3.第一液控单向阀，4.蓄能器，5.第二单向阀，6.第二液控单向阀，7.压力传感器，8.溢流阀，9.油箱，10.电磁截止阀，11.主泵，12.柴油机，13.工程机械主液压回路。

具体实施方式

实施例一

参照图1、3、4：

本实施例所述的一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置，包括相互连接的液压泵1、蓄能器4，所述的液压泵1的输入轴与内燃机输出轴连接，所述的蓄能器4上装有压力传感器7，所述的液压泵1的进口通过第一单向阀2连接油箱9，第一单向阀允许液压油的流动方向是从油箱到所述的液压泵的进口；液压泵1的进口通过第一液控单向阀3连接蓄能器4的进口，在没有液控信号的条件下第一液控单向阀允许的液压油流动方向是从所述的液压泵的进口到蓄能器；液压泵1的出口通过第二单向阀5连接蓄能器4的进口，第二单向阀允许的液压油流动方向是从所述的液压泵的出口到蓄能器；液压泵1的出口通过第二液控单向阀6连接油箱9，在没有液控信号的条件下第二液控单向阀允许的液压油流动方向是从油箱到所述的液压泵的出口；液压泵1的出口通过截止阀10连接油箱9；所述的压力传感器7的输出连接控制电路，控制电路的输出连接所述的截止阀10的切换开关；所述的第一液控单向阀3、第二液控单向阀6的控制口连接所述的内燃机驱动的工程机械的液压系统的先导压力信号P_i。

第一液控单向阀3、第二液控单向阀6受先导压力信号P_i的控制，电磁截止阀10受电压信号P_C的控制。

在图3中，表示出了先导压力信号P_i与系统负载压力P_L之间的关系，当先导压力信号P_i上升时，通常系统负载压力P_L也会上升。

将先导压力信号P_i接到第一液控单向阀3、第二液控单向阀6的控制口上，用先导压力信号P_i控制第一液控单向阀3、第二液控单向阀6。当先导压力信号P_i为零压时，第一液控单向阀3和第二液控单向阀6与普通单向阀一样，液压油只能单向流动，油箱9中的液压油经由第一单向阀2进入液压泵1，此时如果蓄能器4中压力还没有达到溢流阀8的开启压力，而且电压信号P_C控制截止阀11处于关断状态，液压泵1输出的液压油经由第二单向阀5流入蓄能器4，完成储能过程。在蓄能器4的出口处，安装有压力传感器7以检测蓄能器4中的压力。当压力传感器7检测到蓄能器4中的压力升高到某一个设定值P₁时，则控制电压信号P_C打开截止阀10，使液压泵1输出的液压油直接通过截止阀10回油箱，实现卸荷。此时，如果先导压力信号P_i依然为零压，使第一液控单向阀3、第二液控单向阀6仍然处于单向状态，则蓄能器4中的压力始终保持在这一设定值。当开始操纵设备时，先导压力信号P_i不再为零压，因此会控制第一液控单向阀3、第二液控单向阀6处于双向导通状态。由于第二单向阀5的作用，蓄能器4中的液压油不会流入液压泵1的出口，而是通过第一液控单向阀3流入液压泵1的入口处。由于第一单向阀2的作用，液压泵1完全由蓄能器4中的高压油驱动而变为马达运行状态，液压泵1输出的液压油此时直接通过第二液控单向阀6回到油箱9。在液压泵1变为马达运行状态时，蓄能器4中的压力会不断降低，当降低到比设定值P₁更低的P₂时，由压力传感器7检测出来，然后控制电压信号P_C关断电磁截止阀10，为蓄能器4的蓄能过程做好准备。当设备工作装置暂时停止工作时，先导压力信号P_i回到零压，第一液控单向阀3、第二液控单向阀6又回到单向导通状态，使液压泵1重新回到泵工作状态，给蓄能器4补充液压油，进入蓄能状态，直到蓄能器中的压力达到设定值P₁或先导操纵信号不为0为止。

通过以上的运行过程，就可以实现在有先导操纵信号时，由蓄能器释放能量以辅助内燃机驱动机械设备，没有先导操纵信号时，由蓄能器吸收能量以充分利用内燃机功率，从而实现均衡内燃机输出扭矩的作用。

通常工程机械动力系统由主液压泵11，柴油机12和主液压回路13组成，本实施例中的液压泵1与主泵11共轴串联安装，通过连轴器与柴油机12的输出轴相连，由柴油机12的输出轴驱动。在这种连接方式下，当没有先导操纵信号时，先导压力信号P_i为零，主泵11负载较轻，柴油机12的部分输出功率用来驱动液压泵1向蓄能器4蓄能；当对工程机械进行操作时，先导压力信号P_i不为零，主泵11的负载较大，第一液控单向阀3、第二液控单向阀6在先导压力信号P_i的作用下双向导通，使液压泵1工作在马达状态，由蓄能器4中的高压液压油驱动，辅助柴油机12共同驱动主泵11，从而实现均衡柴油机12输出扭矩的作用。

实施例二

参照图2、3、4：在本实施例中，用液控截止阀3A和6A代替前例中的第一液控单向阀3、第二液控单向阀6，起到同样的作用。

其余与前例相同。

Claims

1.一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置，包括相互连接的液压泵、蓄能器，所述的液压泵的输入轴与内燃机输出轴间接连接，所述的蓄能器上装有压力传感器，其特征在于：所述的液压泵的进口通过第一单向阀连接油箱，第一单向阀允许液压油的流动方向是从油箱到所述的液压泵的进口；同时液压泵的进口通过第一液控单向阀连接蓄能器的进口，在没有液控信号的条件下第一液控单向阀允许的液压油流动方向是从所述的液压泵的进口到蓄能器；液压泵的出口通过第二单向阀连接蓄能器的进口，第二单向阀允许的液压油流动方向是从所述的液压泵的出口到蓄能器；液压泵的出口通过第二液控单向阀连接油箱，在没有液控信号的条件下第二液控单向阀允许的液压油流动方向是从油箱到所述的液压泵的出口；液压泵的出口还通过一个液控或电磁截止阀连接油箱；所述的压力传感器的输出连接控制电路，控制电路的输出连接所述的截止阀的切换开关；所述的第一液控单向阀、第二液控单向阀的控制口连接所述的内燃机驱动的工程机械的液压系统的先导压力信号P_i.

2.如权利要求1所述的一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置，其特征在于：所述的第一液控单向阀、第二液控单向阀可以是液控或电磁截止阀。

3.如权利要求1或2所述的一种用于均衡内燃机输出扭矩的液压装置，其特征在于：所述的蓄能器的出口通过溢流阀连接油箱。