CN101955139A - 节能堆高机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能堆高机，包括：发动机、具有取力口的变速箱、驱动桥、举升油缸、以及吊具，还包括：与发动机的变速箱的取力口连接并且兼作马达的斜盘式轴向柱塞变量泵，变量泵与举升油缸管路连接；斜盘控制装置，用于控制变量泵的斜盘的倾角，使变量泵的驱动轴在举升油缸下降时的旋转方向与举升时的旋转方向相同，并且使变量泵的驱动轴在举升油缸下降时的转速大于发动机输出轴的转速。本发明的节能堆高机在进行集装箱搬运和堆垛时，直接将势能转化为驱动能，达到了节能的功效。本发明设计原理简单、巧妙，充分利用了堆高机已有设计的组织结构，使得本发明的实施成本较低。

Description

节能堆高机

技术领域

本发明涉及集装箱搬运和堆垛装置，尤其涉及一种节能堆高机。

背景技术

集装箱堆高机是一种集装箱搬运和堆垛装置，在某种意义上说集装箱的堆高机属于行走式起重设备。在集装箱堆高机工作过程中，需要吊具起吊集装箱频繁上下升降，是一种典型的周期性作业设备。

吊具起升作业时，需要发动机将吊具、集装箱及内门架举升到一定高度，吊具下降过程中，液压系统中举升油缸回油直接到油箱，通过调节液压控制阀的开度来调节吊具的下降速度，通过关闭控制阀来停止吊具下降，吊具下降过程中释放的势能大部分消耗在控制阀上，没有任何转化的形式，能量浪费严重。

对于吊具势能的利用，有以下利用方式：

一、将吊具势能转化为电能及其他能量的间接利用方式，其基本上是采用机械蓄能器将势能贮存再作他用的形式。由于蓄能器体积的限制，或者是机械本身设计空间限制了蓄能器本身的结构，蓄能器只能贮存少量的势能，不能满足实际需要。

二、直接将势能转化的油电混合动力液压设备势能回收方法，采用在动臂液压缸回油路串接液压马达和发电机，通过液压马达驱动发电机把势能回收成电能，但回收时间短，且回收过程中液压油的压力波动大，导致发电机工作在低效率区、能量回收效率较低。

而现有液力堆高机行走驱动装置在行走时全部是由发动机驱动，如能将集装箱吊装设备中的势能直接转化为驱动能，将能充分灵活地利用能量，且不需要利用大体积的蓄能器而增大堆高机的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能堆高机，将堆高机吊具势能直接转化为驱动能，以减少能量浪费。

为此，本发明提供了一种节能堆高机，其包括发动机、具有取力口的变速箱、驱动桥、举升油缸、以及吊具，还包括：与发动机的变速箱的取力口连接并且兼作马达的斜盘式轴向柱塞变量泵，变量泵与举升油缸管路连接，以将吊具的势能直接转化为驱动能；斜盘控制装置，用于控制变量泵的斜盘的倾角，使变量泵的驱动轴在举升油缸下降时的旋转方向与举升时的旋转方向相同，并且使变量泵的驱动轴在举升油缸下降时的转速大于发动机输出轴的转速。

进一步地，上述节能堆高机还包括与举升油缸并联的旁通回路。

进一步地，上述旁通回路上设置有节流阀。

进一步地，上述旁通回路上还设置有与所述节流阀串联的电磁换向阀，所述电磁换向阀具有使所述旁通回路截止的第一换向位置和使所述旁通回路与油箱连通的第二换向位置。

进一步地，上述斜盘倾角控制装置包括缸筒、活塞、以及伺服阀芯，其中，活塞具有与伺服阀芯相适配的内缸，内缸的壁具有位置在下的通向缸筒上腔的第一油孔和位置在上的通向缸筒下腔的第二油孔，内缸的底部具有连通油箱的第三油口，活塞与变量泵的斜盘传动连接。

进一步地，上述变量泵具有与之并联的溢流阀。

本发明的节能堆高机在进行集装箱搬运和堆垛时，通过斜盘式轴向柱塞变量泵直接将势能转化为驱动能，达到了节能的功效。本发明设计原理简单、巧妙，充分利用了堆高机已有设计的组织结构，使得本发明的实施成本低。另外，利用旁通回路，可对吊具下降速度及行驶速度进行有效控制。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明的节能堆高机的示意图；

图2示出了根据本发明的节能堆高机的传动系统的示意图；

图3示出了根据本发明的节能堆高机的斜盘式轴向柱塞变量泵的原理示意图；

图4示出了图3所示斜盘式轴向柱塞变量泵的A-A截面示意图；

图5示出了根据本发明的节能堆高机的用于势能转换的液压系统的示意图；以及

图6示出了根据本发明的变量泵的斜盘控制装置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1示出了根据本发明的节能堆高机的示意图，图2示出了根据本发明的节能堆高机的传动系统的示意图，图5示出了根据本发明的节能堆高机的用于势能转换的液压系统的示意图，结合参照图1、图2和图5，在本发明的节能堆高机中，与势能转化为驱动能相关联的部件包括吊具2、门架3、举升油缸4、发动机9、具有取力口7的变速箱8、通过传动轴5与变速箱8连接的驱动桥6、连接至变速箱8的取力口7的斜盘式轴向柱塞变量泵10(以下简称为变量泵)、以及变量泵10的斜盘控制装置30。

发动机9的输出轴与变速箱8的主输入轴联接，变量泵10通过变速箱8上自带的取力口7与变速箱8联接，变速箱8中设有单向离合器8a、啮合传动的主齿轮8b和副齿轮8c，取力口7与副齿轮8c同步转动。在本发明中，变量泵10在举升油缸4举升时，作为油泵使用，在举升油缸4下降时，可调节变量泵10，使变量泵10的转速大于发动机9转速，此时单向离合器8a脱开，变量泵10作为马达使用，发动机9怠速空转。

该变量泵10的示意性结构在图3和图4中示出。如图3和图4所示，变量泵10由斜盘21、柱塞22、缸体23、配油盘24等主要零件组成，斜盘21和配油盘24是不动作的，驱动轴25带动缸体23和柱塞22一起转动，柱塞22靠机械装置或者在低压油作用下压紧在斜盘21上。

柱塞22在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘24上的配油窗口26吸入；柱塞22在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘24的配油窗口27向外排出，反之亦然。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油动作。

当变量泵作为马达使用时，斜盘21和配油盘24固定不动，柱塞22可在缸体23的柱塞孔内移动。斜盘中心线和缸体中心线相交一个倾角γ。高压油经配油盘的配油窗口26或27进入缸体23的柱塞孔时，高压腔的柱塞被顶出，压在斜盘上。斜盘对柱塞的反作用力分解为轴向分力和垂直分力。轴向分力与作用在柱塞上的液压力平衡，垂直分力则产生使缸体23发生旋转的转矩，驱动轴25随之转动。

在变量泵中，通过改变斜盘倾角γ的大小就可调节泵的排量；当变量泵作为液压马达使用时，通过改变斜盘倾角γ，例如从任一负值例如-20°改变为任一正值例如+30°，即可以改变驱动轴的旋转方向，反之亦然。变量泵的排量随斜盘摆角从零增大到最大值，在流量一定时，驱动轴转速与排量成反比，如此，可有效调节泵的转速。

在节能堆高机行走时，可关闭或减小发动机输出，利用势能驱动变量泵10，使变量泵10的输出轴的转速大于发动机输出转速，并使变速箱8的输出轴的转速与变量泵10的输出轴转速同步，达到动力匹配。此时，因发动机关闭或发动机输出减小，与常规比较，达到节能的功效。

变量泵的驱动轴的旋转方向和转速的控制由调整斜盘的倾角来实现。在本发明中，斜盘的倾角的调整是由斜盘控制装置30来实现的。

斜盘控制装置30的结构型式是多种多样的，下面以手动伺服形式的斜盘控制装置30为例进行说明。

斜盘控制装置30包括缸筒31、活塞32和伺服阀芯33。活塞32具有与伺服阀芯33相适配的内缸(座孔)37，该内缸37的壁上具有位置在下的通向缸筒31上腔b的第一阀口34和位置在上的通向所述缸筒31下腔a的第二阀口35，该内缸37的底部具有连通油箱14的第三阀口36，泵上的斜盘21通过拨叉机构与活塞32下端铰接。

斜盘倾角γ由活塞32的上下移动来改变。

当用手柄使伺服阀芯33向下移动时，上面的第二阀口35打开，a腔中的压力油经第二阀口35通向b腔，活塞32因上腔有效面积大于下腔的有效面积而向下移动，活塞32移动时又使第二阀口35关闭，最终使活塞32自身停止运动。

当手柄使伺服阀芯33向上移动时，下面的第一阀口34打开，b腔经第三阀口36接通油箱14，活塞32在a腔压力油的作用下向上移动，并在第一阀口34关闭时自行停止运动。如此，通过伺服阀芯的动作来实现对活塞32的控制。

通过以上描述，本领域人员可以理解，通过该斜盘21控制装置30，很容易实现使变量泵的驱动轴在举升油缸下降时的旋转方向与举升时的旋转方向相同，并且使变量泵的驱动轴在举升油缸下降时的转速大于发动机输出轴的转速。

如图6所示，在本发明的优选实施例中，节能堆高机还包括与变量泵10并联的安全阀(即溢流阀)11，与举升油缸4并联的受节流控制的旁通回路，该旁通回路优选包括串联的节流阀12和电磁换向阀13。如此，除了可利用变量泵10本身调节转速外，还可利用旁通回路A，可把旁通回路电磁换向阀13导通，调节节流阀12，进而影响变量泵10的流量及转速。

本发明优选实施例的节能堆高机将势能转化为驱动能的工作过程如下：当吊具3下降、举升油缸4的活塞杆回缩时，如果不需要能量回收，则利用旁通回路A将回油直接导入油箱14，即将电磁换向阀13切换到流通位置，调节节流阀12，将回油直接快速导回油箱14。

如需要进行能量回收，则先关闭旁通回路A，将举升油缸4的高压回油导入变量泵10，驱动变量泵10，然后导入油箱14，变量泵10与变速箱8的取力口相接，与发动机9一起驱动变速箱8，将动力传给驱动轴7，进而驱动桥6工作。

本发明综合利用斜盘式轴向柱塞变量泵10本身结构及旁通回路A中的电磁换向阀13和节流阀12，灵活地控制了势能转化驱动能的过程。变量泵10改变回路方向及流量，通过电磁换向阀13的开关来取舍势能的转化。在本发明中，电磁换向阀13导通时，还能通过调节节流阀12的流量大小，将部分回油通过变量泵10注入油箱14，同时将势能转化为驱动能，以达到灵活控制势能转化的功能。

在图5所示的液压系统中，变量泵10自带安全阀11。本液压系统完成了举升油缸4的吸油和回油两个功能，吸油完成举升油缸4伸长，回油完成举升油缸4回缩及能量的转化。吸油通过变量泵10将油箱14中的油泵送至举升油缸4，此时将旁通回路关闭。回油时，如以上工作过程说明，可经旁通回路A直接回油箱14，或经变量泵10将油压转化为驱动能再回油箱14。

本发明的节能堆高机在进行集装箱搬运和堆垛时，通过斜盘式轴向柱塞变量泵直接将势能转化为驱动能，达到节能的功效。本发明设计原理简单、巧妙，充分了利用堆高机已有设计的组织结构，使得本发明的实施成本非常低。另外，利用旁通回路，可对吊具下降速度及行驶速度进行有效控制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种节能堆高机，包括发动机、具有取力口的变速箱、驱动桥、举升油缸、以及吊具，其特征在于，还包括：

与所述变速箱的取力口连接并且兼作马达的斜盘式轴向柱塞变量泵，所述变量泵与所述举升油缸管路连接，以将所述吊具的势能直接转化为驱动能；以及

斜盘控制装置，用于控制所述变量泵的斜盘的倾角，使所述变量泵的驱动轴在所述举升油缸下降时的旋转方向与举升时的旋转方向相同，并且使所述变量泵的驱动轴在所述举升油缸下降时的转速大于所述发动机输出轴的转速。

2.根据权利要求1所述的节能堆高机，其特征在于，还包括与所述举升油缸并联的旁通回路。

3.根据权利要求2所述的节能堆高机，其特征在于，所述旁通回路上设置有节流阀。

4.根据权利要求3所述的节能堆高机，其特征在于，所述旁通回路上还设置有与所述节流阀串联的电磁换向阀，所述电磁换向阀具有使所述旁通回路截止的第一换向位置和使所述旁通回路与油箱连通的第二换向位置。

5.根据权利要求1所述的节能堆高机，其特征在于，所述变量泵具有与之并联的溢流阀。

6.根据权利要求1所述的节能堆高机，其特征在于，所述斜盘控制装置包括缸筒、活塞、以及伺服阀芯，其中，所述活塞具有与所述伺服阀芯相适配的内缸，所述内缸的壁具有位置在下的通向所述缸筒上腔的第一阀口和位置在上的通向所述缸筒下腔的第二阀口，所述内缸的底部具有连通油箱的第三阀口，所述活塞与所述变量泵的斜盘传动连接。

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