CN102071718A - 挖掘机能量回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挖掘机能量回收系统，发动机与电机相联共同驱动液压泵；回转并联油路口、动臂回油口与回收液压马达相连，回收液压马达联接具有发电功能的电机，将挖掘机动臂的下降势能以及回转制动的动能进行回收，并转变为电能储存到电储能元件中；电机、具有发电功能的电机和电储能元件均与电机控制器连接。该挖掘机能量回收系统可回收能量，提高系统回收效率，节能效果好，同时不影响发动机的稳定工作，提高了发动机的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种挖掘机，尤其涉及一种挖掘机能量回收系统。
背景技术
随着燃油等能源的短缺问题日显严重，研究工程机械的节能与新能源开发成为各大生产厂家迫在眉睫的现实问题。而液压挖掘机由于数量多、耗油高、排放差，已成为人们关注的主要对象。
液压挖掘机在工作过程中，动臂的上下运动和上车的回转动作频繁，运动部件惯性大，在动臂下降或回转减速制动时会释放大量的能量。在传统的挖掘机中，这部分能量很少被回收、存储和再利用，不仅造成了能源的浪费，还会引起发热、冲击、噪声等危害。若能将这部分能量进行回收并再利用，可提高挖掘机的能量利用率，从而降低能耗。
近些年来，国内外许多工程机械厂家对能量回收系统进行了不同程度和不同方法的研究。以往采用比较多的方法是增加蓄能器，如专利CN1958972A利用蓄能器直接吸收并直接释放重力势能。当工作机具向下移动时，工作机具具有的势能转化成压力能储存在蓄能器中。当工作机具上升时，蓄能器的中压力能不能完全转化成机械能提起工作机具作功，其原因在于，在蓄能器的释放能量的过程中，压力下降。当其压力不足以推动工作机具运动时，存储在蓄能器里的能量得不到释放，造成能量回收效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种能降低动力系统的能量损失，提高能量回收效率，不影响发动机的稳定工作，提高发动机工作效率的挖掘机能量回收系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供的挖掘机能量回收系统，包括发动机、液压泵、主阀、执行机构和整机控制器，电机与所述的液压泵传动连接；所述的执行机构中连接有电磁换向阀，所述的电磁换向阀出口连接回收液压马达的入口，所述的回收液压马达与具有发电功能的电机传动连接，所述的电机和所述的具有发电功能的电机通过电机控制器与电储能元件电相连。
所述的整机控制器上设有压力反馈信号输入接口，所述的压力反馈信号输入接口与所述的执行机构及所述的回收液压马达的油口相接，所述的整机控制器与所述的发动机、液压泵、电储能元件、电机控制器和电磁换向阀电相连。
所述的执行机构包括动臂油缸和回转马达，所述的回转马达并联有单向阀，所述的电磁换向阀包括连接于所述的动臂油缸的无杆腔油口与所述的主阀之间的第一电磁换向阀和与所述的单向阀连接的第一电磁阀。
所述的主阀为多路阀。
所述的电储能元件为超级电容或蓄电池。
所述的电机控制器内设有变频模块。在动臂下放及回转起动、制动状态下，工作在发电状态下的电机产生的交流电经所述的变频模块转换为直流电，输入并储存在储能元件中；在重载驱动状态下，储能元件内的直流电经所述变频模块转换为交流电，输入并带动工作在电动状态下的电机。
采用上述技术方案的挖掘机能量回收系统，利用电能储存元件，通过回收液压马达-具有发电功能的电机把动臂下降的势能和回转制动的动能转化为电能进行回收利用；而且可以释放上述能量来带动与发动机相连的电机，辅助发动机共同驱动液压泵。该能量回收系统不仅降低了动力系统的能量损失，提高了能量回收效率，同时不影响发动机的稳定工作，提高了发动机的工作效率。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
1、在动臂下降和回转制动的能量回收方式上，系统采用回收液压马达-具有发电功能的电机-储能元件的回收方式，在挖掘机工作中，能将动臂下降的势能和回转制动的动能通过回收液压马达与具有发电功能的电机转换成电能储存在储能元件中，最大程度的回收了挖掘机在作业过程中的可再利用能量，有效降低了能量损失，提高了能量回收效率。
2、系统采用储能元件-电机-液压泵的辅助工作方式，通过储能元件释放能量给电机供电，从而使电机与发动机共同驱动液压泵为系统回路提供辅助动力，这样保证了发动机的稳定工作，提高了发动机的工作效率。
3、系统采用超级电容或蓄电池作为再生制动能量储存元件，能快速响应挖掘机动态工况负载功率需求，提高了能量回收效率。
综上所述，本发明是一种能降低动力系统的能量损失，提高能量回收效率，不影响发动机的稳定工作，提高发动机工作效率的挖掘机能量回收系统。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述给出本发明的细节。
如图1所示，发动机1、电机2、液压泵3机械传动连接；回收液压马达11与具有发电功能的电机10机械传动连接；液压泵3与多路阀4的油路相通；多路阀4与回转回路、动臂油缸8的油路相通；动臂油缸8的无杆腔油口与多路阀4之间连接有第一电磁换向阀9；在回转回路中，与回转马达5并联的另外一条支路上接有单向阀6，单向阀6连接有第一电磁阀7；第一电磁换向阀9和第一电磁阀7的出口连接回收液压马达11的入口，电机2和具有发电功能的电机10通过电机控制器12与电储能元件13电相连，电储能元件13为超级电容或蓄电池，整机控制器14上设有压力反馈信号输入接口，压力反馈信号输入接口与回转马达5的左右油口、回收液压马达11的油口和动臂油缸8的信号输出端相接，整机控制器14与发动机1、液压泵3、电储能元件13、电机控制器12、第一电磁阀7和第一电磁换向阀9电相连。整车控制器14从回转马达5、回收液压马达11和动臂油缸8等液压执行机构接受信号，向发动机1、液压泵3、电储能元件13、电机控制器12以及第一电磁阀7和第一电磁换向阀9发送控制指令。
本发明的工作原理如下：
整车控制器14通过对动臂油缸8与回转马达5输出的压力信号进行采集和数据处理，获得负载压力；向发动机1、液压泵3、第一电磁阀7、第一电磁换向阀9发送控制指令从而控制发动机1的工作模式、液压泵3的排量、第一电磁阀7和第一电磁换向阀9的工位。电机控制器12通过接收整车控制器14传输过来的信号，向电机2、具有发电功能的电机10发出控制指令从而控制电机2和具有发电功能的电机10的模式。
具体控制如下：
1)、如图1所示，动臂油缸8的无杆腔接第一电磁换向阀9，第一电磁换向阀9的油口还分别连接多路阀4和回收液压马达11。动臂上升时，整车控制器14控制第一电磁换向阀9工作在上位，则上升阶段，液压油从第一电磁换向阀9进入无杆腔。动臂下降时，整车控制器14控制第一电磁换向阀9工作在下位，动臂油缸8的液压油通过第一电磁换向阀9进入回收液压马达11，把动臂下降的势能转化为回收液压马达11的液压能，回收液压马达11带动具有发电功能的电机10工作，此时具有发电功能的电机10工作在发电状态，将回收液压马达11的液压能转化为电能，通过电机控制器12储存在电储能元件13，电储能元件13处于充电状态。
2)、如图1所示，回转马达5的进出油口分别并联连接单向阀6，单向阀6后连接第一电磁阀7，第一电磁阀7与回收液压马达11油路相连。在上车平台回转制动时，整车控制器14控制第一电磁阀7工作在下位，因上车平台转动惯量造成的回转马达5高压腔液压油通过第一电磁阀7进入回收液压马达11带动其转动；同时，整车控制器14向电机控制器12发送信号，使电机控制器12控制具有发电功能的电机10工作在发电状态，电机控制器12中的变频模块将具有发电功能的电机10生成的三相交流电能整流转换为直流电能储存进电储能元件13，电储能元件13处于充电状态。
3)、液压泵3由发动机1和电机2组成的系统共同驱动。发动机1在某一模式下时，发动机1提供某一恒定功率，当负载功率大于发动机1的调定功率时，电机控制器12控制电机2工作在电动状态，液压泵3由发动机1和电机2共同驱动，电储能元件13处于放电状态；当发动机1自身调定功率能满足负载功率需求时，电机控制器12控制电机2工作在随动状态，发动机1单独驱动液压泵3，电储能元件13处于不工作状态。
Claims (6)
1.一种挖掘机能量回收系统，包括发动机(1)、液压泵(3)、主阀、执行机构和整机控制器(14)，其特征在于：电机(2)与所述的液压泵(3)传动连接；所述的执行机构连接电磁阀，所述的电磁阀出口连接回收液压马达(11)的入口，所述的回收液压马达(11)与具有发电功能的电机(10)传动连接，所述的电机(2)和所述的具有发电功能的电机(10)通过电机控制器(12)与电储能元件(13)电相连。
2.根据权利要求1所述的种挖掘机能量回收系统，其特征在于：所述的整机控制器(14)上设有压力反馈信号输入接口，所述的压力反馈信号输入接口与所述的执行机构及所述的回收液压马达(11)的油口相接，所述的整机控制器(14)与所述的发动机(1)、液压泵(3)、电储能元件(13)、电机控制器(12)和电磁换向阀电相连。
3.根据权利要求1或2所述的挖掘机能量回收系统，其特征在于：所述的执行机构包括动臂油缸(8)和回转马达(5)，所述的回转马达(5)并联有单向阀(6)，所述的电磁阀包括连接于所述的动臂油缸(8)的无杆腔油口与所述的主阀之间的第一电磁换向阀(9)和与所述的单向阀(6)连接的第二电磁阀(7)。
4.根据权利要求1或2所述的挖掘机能量回收系统，其特征在于：所述的主阀为多路阀(4)。
5.根据权利要求1或2所述的挖掘机能量回收系统，其特征在于：所述的电储能元件(13)为超级电容或蓄电池。
6.根据权利要求1或2所述的挖掘机能量回收系统，其特征在于：所述的电机控制器(12)内设有变频模块。
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