CN102092662B - 举升液压系统及具有该液压系统的举升机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种举升液压系统及具有该液压系统的举升机械，其中，举升液压系统包括油箱；举升油缸，其进油管路和排油管路连结于节点；变量液压泵/马达，包括：过油腔，连通于节点和油箱之间；转子，设置于过油腔内；传动轴，其第一端与转子相连；飞轮，连接于传动轴的第二端，当举升油缸排油时，变量液压泵/马达作为液压马达工作驱动飞轮储能，当举升油缸进油时，变量液压泵/马达作为液压泵工作，由飞轮驱动向举升油缸输送液压油。本发明提供的举升液压系统能够在频繁地集装箱堆垛动作中节省大量能量，且飞轮可当作配重使用，方便布局。而且，飞轮的使用在节省能量的同时，减轻了液压油对系统各部件的冲击，保证举升液压系统运行的平稳性。

Description

举升液压系统及具有该液压系统的举升机械

技术领域

本发明涉及一种液压系统，特别地，涉及一种举升液压系统。此外，本发明还涉及一种包括上述举升液压系统的举升机械。 

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题日趋严重，提高工程机械节能环保性能及减少废气排放成了工程机械研究的重要方向之一。 

用于举升的流动港口机械，通常采用液压系统实现吊具的升降，这些液压系统在将货物吊起或堆垛的过程中，需要足够动力的发动机进行驱动，进而需要消耗掉大量的燃料，这使得基于这些液压系统进行工作的流动港口机械成为港口作业中消耗能源和造成污染的一类源头，然而，由于这些机械的液压系统在每一次工作循环中往往存在大量的势能的回馈，它们同时又是一类具有较大节能潜力的液压系统。 

例如堆高机，在频繁地进行集装箱起吊、堆垛的过程中，其液压系统中液压马达的动能转换成堆高机吊具的势能，将集装箱等货物吊起；在吊具下落时，液压系统中的液压油通常直接回流到油箱，吊具所存储的大量势能则直接转变成热能损耗掉，而未转换成动能驱动液压系统工作，大量势能无法得到充分的利用，进而使得港口机械的发动机燃油消耗较大，造成了能源的浪费及环境的污染。 

因此，有必要提供一种新型的液压系统，用于解决在举升作业过程中能源利用率低、燃油消耗高的技术问题。 

发明内容

本发明旨在提供一种举升液压系统及具有该举升液压系统的举升机械，该举升液压系统能够解决用于举升作业的液压系统的能源利用率低、燃油消耗高的技术问题。 

为此，本发明提供了一种举升液压系统，包括油箱，还包括：举升油缸，其进油管路和排油管路连结于节点；变量液压泵/马达，包括：过油腔，连通于节点和油箱之间；转子，设置于过油腔内；传动轴，其第一端与转子相连；飞轮，连接于传动轴的第二端上，其中，当举升油缸排油时，变量液压泵/马达作为液压马达工作驱动飞轮储能，当举升油缸进油时，变量液压泵/马达作为液压泵工作，由飞轮驱动向举升油缸输送液压油。 

进一步地，本发明所提供的举升液压系统，还可以包括：位移传感器，设置于举升油缸上，用于监测举升油缸的运行距离；控制器，与位移传感器和变量液压泵/马达相连，用于根据举升油缸在预定时间内的运行距离调整变量液压泵/马达的流量。 

进一步地，本发明所提供的举升液压系统，还可以包括压力传感器，设置于举升油缸上，用于检测举升油缸的无杆腔内的油压值是否达到预定油压值，当举升油缸的无杆腔内的油压值达到预定油压值时，控制器对变量液压泵/马达的流量进行调整。 

进一步地，本发明所提供的举升液压系统，还可以包括转速传感器，设置于飞轮上，用于检测飞轮的转速是否超出预定转速 值，当飞轮的转速超出预定转速值时，控制器通过调整变量液压泵/马达的流量以调整飞轮的转速。 

进一步地，飞轮的旋转轴承可以为液体静压轴承或滚子轴承。 

进一步地，本发明所提供的举升液压系统，还可以包括主液压泵，其排油口通过电磁阀与节点相连，其进油口与油箱相连，当举升油缸排油时，电磁阀断开，当举升油缸进油且飞轮的转速小于预定转速值时，电磁阀接通，由主液压泵向举升油缸输送液压油。 

根据本发明的另一个方面，还提供了一种举升机械，其包括上述举升液压系统。 

进一步地，上述举升机械可以为堆高机。 

进一步地，堆高机的车体后部具有配重舱，飞轮可以设置于该配重舱内。 

本发明具有以下技术效果： 

1.本发明所提供的举升液压系统通过增设的变量液压泵/马达以及飞轮，回收液压油缸放油时释放的富余能量，并在液压油缸向外做功时将该能量用于驱动液压油缸工作，将该举升液压系统应用到港口机械，如堆高机中，能够在频繁地集装箱堆垛动作中节省大量能量，且飞轮可以当作配重使用，方便布局。而且，飞轮的使用在节省能量的同时，减轻了液压油对系统各部件的冲击，保证了举升液压系统运行的平稳性。飞轮转动的陀螺效应同时将增加整车的稳定性，防止侧翻。 

2.本发明所提供的举升液压系统中设置有多个传感器实时检测油缸油压、速度以及飞轮的转速，通过控制器控制变量液压泵 /马达的流量，形成闭环反馈控制，提高了系统运行的可靠性和精确性。而且，成本低，可用性强。 

3.本发明所提供的举升液压系统中，用于实现能量回收的变量液压泵/马达、飞轮及各个传感器和控制器的安装结构简单，可以方便的集成到港口机械车辆的原有液压系统中去。 

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。 

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是本发明优选实施例的举升液压系统结构示意图；以及 

图2是本发明优选实施例的堆高机结构示意图。 

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。 

本发明提供了一种举升液压系统和具有该举升液压系统的举升机构，作为一个优选实施例，该举升机构可以是一种港口机械，如堆高机。下面结合图1和图2，对本发明所提供的举升液压系统的结构以及具有该举升液压系统的堆高机的工作过程进行说明。 

为了实现回收堆高机的吊具下落时的势能，本发明所提供的举升液压系统包括驱动吊具升降的液压油缸，即举升油缸、变量液压泵/马达3、飞轮10、以及油箱。为了保持吊具在升降过程中的平衡，通常在吊具的左右两侧均采用一个举升油缸同时驱动吊具升降，即第一举升油缸1和第二举升油缸2，举升油缸可以通过差动连接与变量液压泵/马达3相连接，具体地说，第一举升油缸1的进油管路和排油管路连结于第一节点A，第二举升油缸2的进油管路和排油管路连结于第二节点B。在本实施例中，变量液压泵/马达3可以采用已有产品，如闭式泵，该变量液压泵/马达3的过油腔连通在公共节点C和油箱之间，当两个举升油缸排油(吊具下降)时，液压油通过变量液压泵/马达3的过油腔输送到油箱中，依靠液压油的压力驱动过油腔中的转子旋转，进而驱动与转子相连的传动轴旋转，带动与传动轴相连的飞轮10旋转回收吊具释放的势能并存储，此时，变量液压泵/马达3作为液压马达工作，即将液压油的压力转化成机械力输出。当吊具上升时，再由飞轮10释放存储的能量用于驱动转子反向旋转，此时变量液压泵/马达3作为液压泵工作，使油箱中的液压油通过过油腔输送到公共节点C进而进入两个举升油缸的进油口中，驱动两个举升油缸，带动堆高机的吊具上升。 

为了实现对该变量液压泵/马达的流量的准确实时地控制，本发明所提供举升液压系统还可以包括多个传感器和一个控制器9，可以通过这些传感器实时反馈第一举升油缸1、第二举升油缸2以及飞轮10的状态值，由控制器9对变量液压泵/马达3的工作状态进行及时准确的控制。在本实施例中，可以包括一个位移传感器12。由于两个举升油缸同步运动，该位移传感器12可以仅设置在第一举升油缸1上，用于监测两个举升油缸的运行距离。位移传感器12再将检测到的运行距离发送给控制器9，由控制器9将收到的油缸活塞的运行距离转换成油缸运行速度值并将该运行速度值与预定的运行速度值相比较，若得到油缸的实际运行速度高于或低于预定 的运行速度的结果，则控制器9向变量液压泵/马达3发送模拟控制信号，实时地调整变量液压泵/马达3的排量，保证两个举升油缸按照预期的速度下降，实现了对油缸运动速度的闭环控制。 

优选地，本发明所提供的举升液压系统还可以包括压力传感器13，该压力传感器13可以设置于第一举升油缸1的末端，用于检测两个举升油缸内的油压值，控制器9可以根据该压力传感器13发送的油压值控制变量液压泵/马达3的流量，尤其在变量液压泵/马达3作为液压马达工作时，当油压过高时调整变量液压泵/马达3的排量以减少整个举升液压系统的压力。 

优选地，本发明所提供的举升液压系统还可以包括转速传感器14，其可以设置于飞轮10上，用于检测飞轮10的转速是否超出预定转速值，当飞轮10的转速超出预定转速值时，控制器9可以通过调整作为液压马达工作的变量液压泵/马达3的流量，进而调整飞轮10转速，尤其是在车辆进行连续落箱操作而导致飞轮转速过高的情况下，可以及时地调整飞轮10的转速，以保证系统运行的安全。当飞轮10的转速超出预定转速值时，且当举升油缸缩短时，此时变量液压泵/马达3作为马达工作，控制器9发出控制信号减小变量液压泵/马达3的排量，以减少势能转换成飞轮动能的能量，避免飞轮10转速过快增大。当飞轮10的转速超出预定转速值，且当举升油缸伸长时，此时变量液压泵/马达3作为泵工作，此时保证举升油缸仅通过变量液压泵/马达3供油，而不接通主油路，以快速吸收飞轮的动能，使飞轮转速降低。 

实际上，本发明所提供的举升液压系统可以包括原有举升液压系统中的主液压泵4，该主液压泵4的排油口可以通过电磁阀8与公共节点C相连，该主液压泵4的进油口与油箱相连，当两个举升油缸排油时，电磁阀8断开，液压油流过变量液压泵/马达3，当两个举升油缸进油时，电磁阀8仍维持在断开的状态，首先由飞轮10 驱动变量液压泵/马达3作为液压泵工作向两个举升油缸输入液压油，当飞轮10的转速小于预定转速值时，在控制器9的控制下使电磁阀8接通，主液压泵4的油路将连接到输油油路中，由发动机11驱动主液压泵4继续向两个举升油缸输送液压油，以保证两个油缸的运动速度，使堆高机的吊具保持平稳的上升速度。 

优选地，飞轮10的旋转轴承可以采用滚子轴承或者液体静压轴承。若采用液体静压轴承，则可以由车辆本身的液压系统向该轴承供油，以保证飞轮的低摩擦能量损耗。 

实际上，为了接受集装箱从20多米高度落下来的势能，飞轮必须足够大、足够重才能够吸收这么多能量，飞轮通常重一至二吨，如本发明所提供的堆高机等举升机械的车体的后部需要具有一个配重舱，将飞轮10安装在该配重舱中(如图2所示)，那么该飞轮10还可以当做整车的配重使用。 

实际上，本发明的举升液压系统种的储能部分还可以采用独立的液压泵和液压马达，该液压泵和液压马达均可以与飞轮机械连接，那么该储能部分就可以集成到采用普通的液压油缸的举升液压系统中，液压泵和液压马达可以分别连接到液压油缸的进油管路和排油管路上，当油缸向外排油时，排出的液压油可以用于飞轮工作，反之，进油时，再由飞轮驱动液压泵工作向进油管路中输送液压油，实现节约能源和降低污染的目的。 

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 (7)

1.一种举升液压系统，包括油箱，其特征在于，还包括：

举升油缸(1、2)，其进油管路和排油管路连结于节点(A、B)；

变量液压泵/马达(3)，包括：

过油腔，连通于所述节点(A、B)和所述油箱之间；

转子，设置于所述过油腔内；

传动轴，其第一端与所述转子相连；

飞轮(10)，连接于所述传动轴的第二端上，

其中，当所述举升油缸(1、2)排油时，所述变量液压泵/马达(3)作为液压马达工作驱动所述飞轮(10)储能，当所述举升油缸(1、2)进油时，所述变量液压泵/马达(3)作为液压泵工作，由所述飞轮(10)驱动向所述举升油缸(1、2)输送液压油；

位移传感器(12)，设置于所述举升油缸(1、2)上，用于监测所述举升油缸(1、2)的运行距离；

控制器(9)，与所述位移传感器(12)和所述变量液压泵/马达(3)相连，用于根据所述举升油缸(1、2)在预定时间内的运行距离调整所述变量液压泵/马达(3)的流量；

转速传感器(14)，设置于所述飞轮(10)上，用于检测所述飞轮(10)的转速是否超出预定转速值，当所述飞轮(10)的转速超出预定转速值时，所述控制器(9)通过调整所述变量液压泵/马达(3)的流量以调整所述飞轮(10)的转速。

2.根据权利要求1所述的举升液压系统，其特征在于，还包括压力传感器(13)，设置于所述举升油缸(1、2)上，用于检测所述举升油缸(1、2)的无杆腔内的油压值是否达到预定油压值，当所述举升油缸(1、2)的无杆腔内的油压值达到预定油压值时，所述控制器(9)对所述变量液压泵/马达(3)的流量进行调整。

3.根据权利要求1所述的举升液压系统，其特征在于，所述飞轮(10)的旋转轴承为液体静压轴承或滚子轴承。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的举升液压系统，其特征在于，还包括主液压泵(4)，其排油口通过电磁阀(8)与所述节点(A、B)相连，其进油口与所述油箱相连，当所述举升油缸(1、2)排油时，所述电磁阀(8)断开，当所述举升油缸(1、2)进油且所述飞轮(10)的转速小于预定转速值时，所述电磁阀(8)接通，由所述主液压泵(4)向所述举升油缸(1、2)输送液压油。

5.一种举升机械，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的举升液压系统。

6.根据权利要求5所述的举升机械，其特征在于，该举升机械为堆高机。

7.根据权利要求6所述的举升机械，其特征在于，所述堆高机的车体后部具有配重舱，所述飞轮(10)设置于配重舱内。

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