CN102241379A - 节能型行走式液压搬运机械 - Google Patents

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Abstract

节能型行走式液压搬运机械,是在行走式液压搬运机械频繁地举升、放降和制动、起动过程中,利用添加的液压元件并借助搬运机械原有液压系统,将重物放降前的势能和车辆制动前的动能,部分转换成流体的压力能并储存到液压蓄能器中,并用于下次举升重物和起动车辆,使消耗动力获得的机械能(势能和动能)部分得到再生,以降低驱动油泵和起动车辆的动力机械的负荷和功率,使消耗动力获得的重物势能和车辆动能,在再次举升重物和起动车辆过程中部分得到再生,回收和再生效率高,节能减排效益显著。简便易行,投资少,寿命长。新造时配置或旧机改造时添置均可。

Description

节能型行走式液压搬运机械
技术领域:
[0001] 本发明节能型行走式液压搬运机械,它是在行走式液压搬运机械频繁举升、放降和制动、起动的过程中,利用添加的液压元件并借助搬运机械原有液压系统,将重物放降前的势能和车辆制动前的动能,部分转换成流体的压力能并储存到液压蓄能器中,并用于下次举升重物和起动车辆,使消耗动力获得的机械能(势能和动能)部分得到再生。这种节能型行走式液压搬运机械,包括起重和行走的驱动系统和控制系统等,在原液压系统中附加部分液压元件,构成新的液压系统,其特征在于:具有至少一个油泵/油马达和至少一个液压蓄能器,在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀,在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油马达的入口或回油箱的换向阀,新液压系统在保留该机械原有的全部功能和操控方式的基础上,具有能实现重物势能回收与再生和车辆动能回收与再生两者的部分或全部功能。成为节能型行走式液压搬运机械,达到节能减排的目的。属机械设计领域。
背景技术:
[0002] 本文中,行走式液压搬运机械是泛指用油缸升降重物的车辆,它们广泛地应用在海港码头、公路铁路货场、工程机械和工厂、仓储的运输装卸作业中,如叉车,集装箱正面吊、空箱堆高机、液压挖掘机、部分轨道起重机和汽车起重机等。它们均是靠动力机械(柴油机、电机等)驱动油泵推动油缸而举升重物和通过机械传动驱动车辆,转变为它们的机械能(势能和动能)。目前,该类机械在重物的放降过程中,使油缸的回油通过控制阀的狭小的开度来操控重物下降的速度,重物的势能转换成液压节流而产生的热能,通过冷却器 (水冷或风冷)散发到大气中;利用机械摩擦制动,使车辆动能变成热能散发到周围环境中。大量的能量就这样白白地流失了。如能回收行走式液压搬运机械在重物放降过程中的势能和制动前的动能并用于下次举升和起动,使其成为节能型机械,是对节能减排的贡献。 节能型液压搬运机械已成为用户的要求并引领生产厂商的研发方向。近期的一些信息和报道也反映出该种趋势,如专利申请号为200810143874. 7的名为“一种液压挖掘机动臂势能回收方法及装置”等,这些技术方案的共同点是将重物的势能在放降过程中通过发电机转换为电能储存在电池或超级电容中,它们的问题是:放降过程时间很短,普通电池来不及充电,回收的势能有限;而超级电容和大容量锂电池在经济、技术和寿命上都存在不少瓶颈难题,目前离广泛实际应用尚有较大距离。专利申请号为200710120715.0的名为发电态能量再利用电液压节能游梁式抽油机,它将“驴头”下降过程中,电动机处于发电工况时的少部分势能,通过下降的油缸直接储存到液压蓄能器中,在举升时直接放至油缸而助力,它只适用于势能基本不变的机械,无法适应势能大小变化无常的普通液压搬运机械中。
发明内容:
[0003] 本发明节能型行走式液压搬运机械,提供了一个不改动原机械传动系统,仅在原液压系统中附加部分液压元件,使形成的新的液压系统中具有至少一个液压泵/马达和至少一个蓄能器,同时新的液压系统还具有在保留该机械原有的全部功能和操控方式的基础上,可在放降、举升重物或制动、起动车辆的过程中,自动实现重物放降前的势能和车辆制动前的动能的部分回收和再生。
[0004] 现有的行走式液压搬运机械是动作反复循环的设备,举升或放降、前进或后退、制动或起动。升降操作的传动方式是动力机械(柴油机或电动机)8带动油泵9,油泵9输出的压力油经控制阀组(KF) 20到升降油缸19的下腔,举升重物作功而转换为重物的势能;放降重物时,油泵9处于卸荷状态,升降油缸19下腔的液压油,被重物的重力通过控制阀组20 压回油箱,为使重物以一定速度平稳放降,必须使油缸的回油通过控制阀组20中的狭小的开度或设置平衡阀(实质为自动调整的节流阀),来操控重物下降的速度;车辆进退操作的传动方式是动力机械(柴油机或电动机)8通过带离合器的减速箱5及后桥6带动车轮7 而驱动车辆,制动时靠刹车的机械摩擦来消耗动能。
[0005] 本发明的技术方案概述如下:
[0006] 节能型行走式液压搬运机械,包括起重和行走的驱动系统和控制系统等,在原液压系统中附加部分液压元件,使形成的新的液压系统中具有至少一个油泵/油马达和至少一个蓄能器,在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀,在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油马达的入口或回油箱的换向阀,具有能实现重物势能回收与再生和车辆动能回收与再生两者的部分或全部功能。所述的液压系统中的油泵/油马达可以是:变量油泵/油马达与定量油泵/油马达的组合;定量油泵/油马达的组合;变量油泵/油马达的组合。该液压系统的油泵/油马达的工况可以是下述三种状态之一:油泵工况;油马达工况;卸荷工况。
[0007] —、重物势能的回收与再生:在重物下降回收势能的过程中,部分油泵/油马达进入油马达工况,被工作油缸的压力回油所驱动,输出转矩;另有部分油泵/油马达进入油泵工况,被前者所输出的转矩所驱动,将油从油箱压入蓄能器中。以双油泵/油马达为例(图 1),在原只有一个油泵9的液压系统中并联增设一个油马达27,它与原液压系统的油泵9同轴安装或机械连动,重物放降时,重物的重力将升降油缸19的回油压至油马达27的进口, 驱动油马达27带动油泵9工作,将油液压入蓄能器15中,实现重物势能的部分回收;举升重物时,蓄能器15内压力油先后通到油泵9和油马达27(此时为油泵工况)的吸油口,对其实施压力供油,减小了举升过程中动力机械的实际输出功率,实现重物的势能的部分再生。
[0008] 具体叙述如下:在原液压系统中并联设置一个油马达27,它与油泵9同轴安装或机械连动,(有些大型液压升降机械常设有两个或数个并联同时工作的油泵,如集装箱空箱堆高机、正面吊等,因一般的油马达可当油泵使用,可将其全部或部分油泵改为油马达27 的型号,而不需增设。)该系统的油路连结途径是,油箱1经单向阀3通向油泵9的进油口, 其出口经单向阀22与两位四通电磁换向阀11的H 口相连,两位四通电磁换向阀11的I、 Z和D 口分别通向油泵9的进油口、经截止阀14到蓄能器15和控制阀组20的压力油进口 PA,两位四通电磁换向阀11的Z与I 口之间并联了一个有节流孔的小两位两通电磁换向阀 10,蓄能器15的旁路上设有安全阀12和测压点13 ;增设的与原液压系统的油泵9同轴安装或机械连动的油马达27的进油口经单向阀M与油箱1连接,并在油马达27与油泵9的进油口之间的通道上设有两位二通电磁换向阀25,油马达27的出口经单向阀30与两位五通电磁换向阀32的F 口相连,两位五通电磁换向阀32的G、A、B和0 口分别通向油马达27的进油口、控制阀组20的压力油进口 Pa、控制阀组20的回油口 T和回油过滤器2 ;原液压系统中的控制阀组20通向升降油缸19的油路不变,但应将控制阀组20的回油通道上的流阻变小。
[0009] 该系统适用于定量泵也适用于变量泵,重物放降速度的控制方法:
[0010] A、在定量油泵/定量油马达的系统中,在重物放降的蓄能过程中,回油经两位三通电磁换向阀23到油马达27的进口,随着蓄能器15内压力的升高,放降速度也减慢,当蓄能器15内压力与升降油缸19下腔压力相等时,重物将不再下降。因此当重物放降速度低于要求值时,处于怠速工况的动力机械8可继续驱动油泵9和油马达27转动,在向蓄能器 15继续充能的同时,转动的油马达27可使重物在要求速度下继续放降至需要高度。当蓄能器已满,两位三通电磁换向阀23换向,回油经节流阀34再经回油过滤器2回到油箱1,放降速度由节流阀;34控制,同时两位三通电磁换向阀33通电换向,油泵9和油马达27均在卸荷状态。
[0011] B、在变量油泵/定量油马达的系统中,可只将负责给蓄能器充能的定量油泵改换为变量油泵9,保留与其同轴或机械相连一个定量油马达27 ;或在原系统中只有一个定量油泵的升降机械中,可将其改换为变量油泵9,并增设一个与其同轴或机械相连一个定量油马达27。专用控制器31 (K1)将采集的蓄能器的压力P、流量Q和泵的转速ω等数据处理后,对变量油泵的排量作适时的调节,以便在举升完成后使动力机械卸荷或在放降过程中控制重物放降的速度和平稳性。重物放降的即时速度取决于定量油马达27的流量 Q(Q- «Xqi),式中ω为定量油马达27的角速度,Ql是定量油马达27的排量(是常数), 只需控制定量油马达27的转速,就能控制重物放降的速度。定量油马达27和变量油泵9 的转速是相同的,角速度ω的增减取决于定量油马达27的输出转矩M1和变量油泵9输入转矩M2之间的平衡。M1 α ΡιΧ(1ι,Ρι为定量油马达27进口压力(它取决于重物的重量,在该一次放降过程中基本不变),Q1为常量,因此M1也是常量;Μ2 - P2Xq2, P2为蓄能器15的压力(在蓄能过程中由小变大),q2为变量油泵9的排量。
[0012] 当M1 > M2时,ω增大,放降速度加快;当M1 < Μ2,ω减小,放降速度减慢。检测角速度ω数值并输入至控制器31 (K1)与设定的ω比对,调整变量油泵9的排量q2,就可改变 M2,若不考虑机械传动和液压系统的效率,在理论上就可在不发生节流发热损耗的情况下, 迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的势能。重物落地前的缓速或中间悬停,仍由司机操作完成。
[0013] C、在大型液压搬运机械中,常使用多台变量柱塞油泵(如正面吊有三台流量较大的负载敏感型变量柱塞油泵),可将其全部或部分改换为变量柱塞油马达,让分别来自伸缩油缸和变幅油缸的回油通向不同的油马达,并在泵轴上设置转速传感器28,同理,专用控制器31 (K1)和^KK2)分别将采集的蓄能器的压力P、流量Q和泵的转速ω等数据处理后,对变量油泵9和变量油马达27的排量作适时的调节,以便在举升完成后使动力机械卸荷或在放降过程中控制重物放降的速度和平稳性。重物放降的即时速度取决于变量油马达27的流量(KQoc ωΧ(1ι),式中ω为变量油马达27的角速度,Ql是变量油马达27的即时排量,只需及时有效地调整变量油马达27的转速和变排量机构,就能控制重物放降的速度。变量油马达27和变量油泵9的转速是相同的,角速度ω的增减取决于变量油马达27的输出转矩 M1和变量油泵9输入转矩M2之间的平衡。M1 α P1 χ qi,P1为变量油马达27进口压力(它取决于重物的重量,在该一次放降过程中基本不变),Q1为变量油马达27的排量;M2 Ocp2X q2, P2为蓄能器15的压力(在蓄能过程中由小变大),q2为变量油泵9的排量。
[0014] 当M1 > M2时,ω增大,放降速度加快;当M1 < Μ2,ω减小,放降速度减慢。检测角速度ω数值并输入至专用控制器31 (K1)和四(1(2)与设定的ω比对,分别调整变量油马达 27的排量Ql和变量油泵9的排量q2,就可同时改变M1和M2,若不考虑机械传动和液压系统的效率,在理论上就可在不发生节流发热损耗的情况下,迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的势能。重物落地前的缓速或中间悬停,仍由司机操作完成。
[0015] 上述的几种系统中,势能的再生过程是将蓄能器15内的压力油,先经有节流孔的小两位两通电磁换向阀10释放至油泵9的进油口,提高了该处压力,两位四通电磁换向阀断电复位大流量放能时,以减少或消除液压冲击,蓄能器15对油泵9实施压力供油,减少了动力机械8的输出功率,油泵9的出油经控制阀组20到升降油缸19举升重物。
[0016] 二、车辆制动前动能的回收与再生:
[0017] 在上述能完成势能回收与再生的液压系统中,再加一个两位三通电磁换向阀33, 其中一个进油路经单向阀沈与油泵9的出口相连,另一进油路则与两位四通电磁换向阀11 的D 口相连,两位三通电磁换向阀33的出口,一路与两位五通电磁换向阈32的0 口连接, 另一路与油泵27的出口相连,此外还需在原机械控制阀组KF的压力油进口 Pa之前加装一个两位二通电磁换向阀4。车辆制动时,两位二通电磁换向阀4通电断开,车辆惯性动能反过来通过带离合器的减速箱5带动油泵9和油泵27转动,将油液自油箱1充入蓄能器15 内,油泵9和油泵27共同作为负载形成的阻力矩配合机械刹车使车辆减速以至停下,提高了车辆的制动力;车辆起动时,两位四通电磁换向阀11失电、两位五通电磁换向阈32得电, 蓄能器15内的压力油驱动油泵9和油泵27 (此时均为油马达工况),通过带离合器的减速箱5,共同邦助动力机械起动车辆,加大了车辆的起动力。车辆前进或后退,动力机械和油泵的转向不变,都能正常进行动能的回收与再生。这样,该系统就能在保持该行走式液压搬运机械原有全部功能的基础上,实现重物势能和车辆动能的回收与再生。
[0018] 变量油泵系统电磁铁动作与工况表:
[0019]
复原 放降蓄势能 助升生势能 制动蓄动能 起动生动能离合器状态 + +IDT + 延时- + 延时-5DT + +6DT +4DT 先+ 先+8DT + +
[0020] 三、叉车等中小型行走式液压搬运机械的势能和动能的回收和再生:[0021] 它们一般是中、小型行走式液压搬运机械,液压系统较简单,一般只有一个定量油泵,改造它们的技术方案是,将该定量油泵改为同排量的定量油马达9,定量油马达9的进口经单向阀3与油箱1相连,定量油马达9的出口一路经两位二通电磁换向阀21直接与回油过滤器2相连,另一路经单向阀22通到两位四通电磁换向阀11的H 口,两位四通电磁换向阀11的I、Z和D 口分别通向定量油泵9的进油口、经截止阀14到蓄能器15和通向控制阀组20的压力油进口 PA,两位四通电磁换向阀11的Z与I 口之间并联了一个有节流孔的小两位两通电磁换向阀10,蓄能器15的旁路上设有安全阀12和测压点13,控制阀组20通向升降油缸19,升降油缸19下降时的回油经控制阀组20的出口 T到两位三通电磁换向阀 23的进口,两位三通电磁换向阀23的出口,一路到油泵9的进口,另一路经可调节流阀34 与回油过滤器2相连。市场上5-10吨的叉车,虽然在液压系统中设有两个定量泵,但由于他们是同轴相连且机械联动的,所以也可应用上述方案。因此可以总结出此方案的特点为在重物下降回收势能的过程中,工作油缸的压力回油在进入蓄能器前,所经过的油泵/油马达均不为油马达工况,而是卸荷工况或被引擎所驱动的油泵工况,并且势能和动能由相同的油泵/油马达来回收或再生。
[0022] 需要注意的是当势能再生时,须在两个或多个泵的方案中加装两位两通电磁换向阀25,避免有时因重物的重量太轻而造成柴油机失载致超速。而在一个泵的方案中则可由司机控制升降阀的开度或在油路上安装调速阀以保持升举速度的稳定。
[0023] 为防止周围环境对油液的污染,油箱可选用保持常压的模板活塞闭式油箱(专利号为200720068995. 0),以保证系统的可靠性和使用寿命。
[0024] 节能型行走式液压搬运机械的液压系统,可选用各类标准的油泵/油马达和液压阀等液压元件组合而成,所采用的液压元件的规格型号,应和原机液压系统相匹配,在定型设计之后,应将本系统融合在该液压举升机械的整体设计中,制造专用集成阀,以减小体积并降低成本。动力机械(柴油机或电动机)在原地怠速(或非举升工况)时,可向蓄能器充能,以备下次举升、起动出全力,此时动力机械选型之功率应可减小,以获得更佳的技术经济效益和节能减排效果。
[0025] 有益效果:
[0026] 1、节能型行走式液压搬运机械的液压系统,它利用和发展了原液压系统的功能来实现重物势能和车辆动能的回收和再生,并降低了液压系统的温升。
[0027] 2、节能型行走式液压搬运机械,势能和动能的回收和再生是简单的物理过程,而非电化学过程,能实现高速、高效的势能和动能的回收和再生。
[0028] 3、节能型行走式液压搬运机械,动力机械(柴油机或电动机)在原地怠速(或非举升工况)时,可向蓄能器充能,以备下次举升出全力。这样,在设计新的机型时,可减小动力机械的功率,从而进一步提高节能减排效果
[0029] 4、节能型行走式液压搬运机械,所用的技术是成熟的液压技术,对原机械传动系统和操作方法未作改变,无论是新造还是旧设备改造,都简便易行、可靠性好、寿命长,且投入少、经济性好。
[0030] 5、节能型行走式液压搬运机械,它的液压系统中的几个电磁换向阀都断电时,不需任何改动就能恢复原机械液压系统原先的非节能工作模式。
[0031] 6、节能型行走式液压搬运机械的液压系统,与原机械制动可同时作用,可提高制动效果,也可延长机械制动部件的使用寿命。
[0032] 7、节能型行走式液压搬运机械的液压系统,可同时回收动能和势能,并允许叉车的多种联合动作。
[0033] 8、节能型行走式液压搬运机械的双泵或多泵的液压系统,可组合起制动或起动作用,从而加大车辆的制动力或起动力,提高车辆的工作效率。
[0034] 图1、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用变量泵与定量马达组合)。
[0035] 图2、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用定量泵与定量马达组合)。
[0036] 图3、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用变量泵与变量马达组合)。
[0037] 图4、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用单个定量泵/马达)
[0038] 图5、节能通用型叉车的液压原理图。
[0039] 图6、节能型正面吊的液压原理图。
[0040] 图7、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(双泵/马达的另一种方案)。
[0041] 图8、节能通用型叉车的势、动能组合方案的液压原理图。
[0042] 实施方案:
[0043] 现结合附图说明本发明的具体实施方案,变量泵与定量马达的组合系统见图1,是较佳的自适应性方案,它能自动适应不同工况下的势能回收,当司机利用动力机械(柴油机或电动机)8带动变量油泵9驱动升降油缸19举升重物后,若操控机械进行放降作业,在重物放降过程中,升降油缸19的下腔(无杆腔)的油液,被重物的重力压至控制阀组20的畅通(流阻调至最小)的回油通道T,与此同时,IDT和5DT通电,换向阀11和32换向,带压力的回油经换向阀32的B 口到G至定量油马达27的进口,定量油马达27的出油经单向阀30回经换向阀32的0 口至回油过滤器2到油箱1,此时,由重物的势能造成的回油压力, 形成的定量油马达27的转矩带动同轴或机械连动的变量油泵9工作,将油液自油箱1经单向阀3抽出,再经单向阀22至换向阀11的H 口到Z 口经开启的截止阀14 (维修时可关断) 通至蓄能器15。这样,重物在放降过程中,其势能部分转换为流体的压力能储存在蓄能器 15中,安全阀12起限压保护作用。
[0044] 需要再次举升作业时,在操纵控制阀组20的同时,4DT先通电,蓄能器15内的压力油经节流的两位二通电磁换向阀10到两位四通电磁换向阀11的I 口,再至变量油泵9的进油口,提高了该处压力,两位四通电磁换向阀11断电复位大流量放能时,以减少或消除液压冲击,延时后IDT和5DT都断电,换向阀11和换向阀32复位,蓄能器15内的压力油通到变量油泵9的进口,实施压力供油,动力机械8带动变量油泵9和定量油马达27 (此时为泵工况),它们出口的压力油分别经单向阀22和30,再分别经电磁换向阀11和32共同到控制阀组20的压力油进口 PA,并经控制阀组20至升降油缸19。
[0045] 此时分两种状况:(1)蓄能器15内的压力小于泵组的出口压力PA,两位二通电磁换向阀25通电开通,蓄能器15内的压力油经换向阀11的Z 口和I 口至变量油泵9的进口,并经两位二通电磁换向阀25至泵工况的定量油马达27的进口,对两个泵实施压力供油,大大减小了油泵组的进出口压差,当流量不变时,油泵的功率与其进出口压差成正比 (N - ΔΡ),从而大大降低了动力机械的能耗,直至蓄能器15内的压力油放完,动力机械才开始全力带动油泵组工作;(2)蓄能器15内的压力大于泵组的出口压力PA,两位二通电磁换向阀25关闭,蓄能器15内的压力油只到达变量油泵9的进口,只对变量油泵9实施压力供油,泵工况的定量油马达27由动力机械全力驱动,这使动力机械避免失载而超速,随着蓄能器15内的压力降至小于泵组的出口压力Pa时,两位二通电磁换向阀25开通,则同时向两个泵实施压力供油,减少动力机械的能耗。
[0046] 控制器31(ig将采集的蓄能器的压力P、流量Q和泵的转速ω等数据处理后,对变量油泵的排量作适时的调节,以便在举升完成后使动力机械卸荷或在放降过程中控制重物放降的速度和平稳性。重物放降的即时速度取决于定量油马达27的流量(KQ oc WXq1), 式中ω为定量油马达27的角速度,Ql是定量油马达27的排量,是常数,只需控制定量油马达27的转速,就能控制重物放降的速度。定量油马达27和变量油泵9的转速是相同的,角速度ω的增减取决于定量油马达27的输出转矩M1和变量油泵9输入转矩M2之间的平衡。 M1 - P1Xq1, P1为定量油马达27进口压力(它取决于重物的重量,在该一次放降过程中基本不变),Q1为常量,因此M1也是常量;Μ2 - P2Xq2jP2为蓄能器15的压力(在蓄能过程中由小变大),q2为变量油泵9的排量。
[0047] 当M1 > M2时,ω增大,放降速度加快;当M1 < Μ2,ω减小,放降速度减慢。检测角速度ω数值并输入至控制器31 (K1)与设定的ω比对,调整变量油泵9的排量q2,就可改变 M2,若不考虑机械传动和液压系统的效率,在理论上就可在不发生节流发热损耗的情况下, 迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的势能。重物落地前的缓速或中间悬停,仍由司机操作完成。
[0048] 定量泵与定量油马达组合的系统如图2所示,势能回收和再生过程和图1完全一样。在重物放降的蓄能过程中,随着蓄能器15内压力的升高,放降速度也减慢,当重物较轻时当蓄能器15内压力与升降油缸19下腔压力相等时,重物将不再下降,因此当重物放降速度低于要求值时,处于怠速工况的动力机械8可继续驱动油泵9和油马达27转动,在向蓄能器15继续充能的同时,转动的油马达27可使重物继续放降至需要高度,当蓄能器已满, 两位三通电磁换向阀23换向,回油经可调节流阀34再经回油过滤器2回到油箱1,放降速度由节流阀;34控制,同时两位三通电磁换向阀33通电换向,油泵9和油马达27均在卸荷状态。
[0049] 变量泵与变量油马达组合的系统如图3所示,势能回收和再生过程和图1完全一样。可在泵轴上设置转速传感器观,控制器31 (K1)和四(1(2)分别将采集的蓄能器压力P、 流量Q和泵的转速ω等数据处理后,对变量油泵9和变量油马达27的排量作适时的调节, 以便在举升完成后使动力机械卸荷或在放降过程中控制重物放降的速度和平稳性。重物放降的即时速度取决于变量油马达27的流量(KQ oc CoXq1),式中ω为变量油马达27的角速度,Q1是变量油马达27的即时排量,只需及时有效地调整变量油马达27的转速和变排量机构,就能控制重物放降的速度。变量油马达27和变量油泵9的转速是相同的,角速度ω的增减取决于变量油马达27的输出转矩M1和变量油泵9输入转矩M2之间的平衡。 M1 - ΡΑχqi, Pa为变量油马达27进口压力(它取决于重物的重量,在该一次放降过程中基本不变),Cl1为变量油马达27的排量;M2 oc ρ χ %,为蓄能器15的压力(在蓄能过程中由小变大),q2为变量油泵9的排量。
[0050] 当M1 > M2时,ω增大,放降速度加快;当M1 < Μ2,ω减小,放降速度减慢。检测角速度ω数值并输入至控制器31 (K1)和四(1(2)与设定的ω比对,分别调整变量油马达27 的排量Cl1和变量油泵9的排量q2,就可同时改变M1和M2,若不考虑机械传动和液压系统的效率,在理论上就可在不发生节流发热损耗的情况下,迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的势能。重物落地前的缓速或中间悬停,仍由司机操作完成。
[0051] 车辆动能回收和再生是在上述能完成势能回收与再生的液压系统中,再加一个两位三通电磁换向阀33,其中一亇进油路经单向阀沈与油泵9的出口相连,另一进油路则与两位四通电磁换向阀11的D 口相连,两位三通电磁换向阀33的出口,一路与两位五通电磁换向阈32的0 口连接,另一路与油泵27的出口相连,此外还需在原机械控制阀组KF的压力油进口 Pa之前加装一个两位二通电磁换向阀4。车辆制动时,两位二通电磁换向阀4通电断开,车辆惯性动能反过来通过带离合器的减速箱5带动油泵9和油泵27转动,将油液自油箱1充入蓄能器15内,油泵9和油泵27共同作为负载形成的阻力矩配合机械刹车使车辆减速以至停下,提高车辆的制动力;车辆起动时,两位四通电磁换向阀11失电、两位五通电磁换向阈32得电,蓄能器15内的压力油驱动油泵9和油泵27 (此时均为油马达工况),通过带离合器的减速箱5,共同邦助动力机械起动车辆,加大车辆的起动力。车辆前进或后退, 动力机械和油泵的转向不变,都能正常进行动能的回收与再生。这样,该系统就能在保持该移动式液压升降机械原有全部功能的基础上,实现重物势能和车辆动能的回收与再生。
[0052] 图4是单个定量泵/定量油马达的节能型移动式液压升降机械的液压系统原理图,是简易型的,它们一般适用于中、小型的液压升降机械,液压系统较简单,一般只有一个定量油泵,改进它们的技术方案是,将该定量油泵改为同排量的定量油马达9,油马达9的进口经单向阀3与油箱1相连,油马达9的出口一路经两位二通电磁换向阀21与回油过滤器2直接相连,另一路经单向阀22通到两位四通电磁换向阀11的H 口,两位四通电磁换向阀11的I、Z和D 口分别经单向阀4通向油泵9的进油口、经截止阀14到蓄能器15和通向控制阀组20的压力油进口 PA,两位四通电磁换向阀11的Z与I 口之间并联了一个有节流孔的小两位两通电磁换向阀10,蓄能器15的旁路上设有安全阀12和测压点13,控制阀组 20通向升降油缸19,升降油缸19下降时的回油经控制阀组20的出口 T到两位三通电磁换向阀23的进口,两位三通电磁换向阀23的出口,一路到油泵9的进口,另一路经可调节流阀34到回油过滤器2。
[0053] 需要说明的是,当重物放降时,如果蓄能器容量已满,则令1DT(阀11)和2DT(阀 21)得电,此时,柴油机将进入怠速工况,油泵9卸荷,其出油经两位二通电磁换向阀21回油箱;而升降油缸的回油则经过阀23、节流阀34,并经回油过滤器2回到油箱1,从而可以继续控制重物的放降速度。
[0054] 图5是目前常见的通用型叉车改造后的液压原理图。16的点划线框内是原叉车的转向随动系统,20的点划线框内是原叉车的控制阀组,20-2是分流阀,它将油泵9的流量按比例分流给升降、倾斜油缸和转向机构;20-1是升降、倾斜油路的调压阀;20-3是转向油路的调压阀;20-4是升降油缸的操纵阀;20-5是倾斜油缸的操纵阀。油泵9的出油先经控制阀组20里的分流阀20-2分流后,再到两位四通电磁换向阀11的H 口,并经两位四通电磁换向阀11回到控制阀组20通向操纵阀,17为油路的切断阀,防止重物急落。其工作原理与图3相同。
[0055] 图5叉车的电磁铁动作与工况表:
[0056]
10复原 放降蓄势 放降蓄势器满时) 助升生势 制动蓄动能 起动生动匕 目匕离合器状态 (+ -) 一 + +1 DT - + + 延时- + 延时-2 DT - - + - - +3 DT - + - - - -4 DT - - - 先+ - 先+
[0057] 图6是节能型正面吊的液压原理图,点划线框内的B6、B7、B12、B23和B25是原正面吊液压控制阀组,它在势能回收时,分别将压力不同的伸缩缸和变幅缸下腔的油液通向两个变量油马达的进口,形成的合力矩带动油泵向蓄能器充能,其工作原理和图3相同。
[0058] 图7是两个液压泵/液压马达的另一种方案,它省去了单向阀沈和两位二通电磁换向阀4,并将两位三通电磁换向阀33改为两位二通电磁换向阀,并可将两位二通电磁换向阀25改为液控换向阀。系统虽较图1、图2和图3的方案简单,但难以实现双泵同时起制动或起动作用。
[0059] 图8是节能通用型叉车的势、动能组合方案,它的特点是一亇双联定量泵9通过单向超越离合器41与柴油机8的输出轴相连;在变速箱5的输出轴上加装一个定量泵37,使势能和动能的收放可由不同的油泵/油马达完成,制动回收动能时柴油机的离合器42可脱开,超越离合器41使下降蓄势能时的下降速度与柴油机怠速的转速无关。为了适应叉车经常的倒车作业,在油泵37的进出油口上加装了一个较大通径的液动两位四通换向阀38,它可在正或倒车作业时,保持油泵37的输出的流向不变。其中的两位二通电磁换向阀39导通时实施动能再生操作,该阀关断时,可实施势能再生操作。该系统当离合器42结合时,两组泵(9和37)组合起耒都可参与动能回收或动能再生,这样可加大车辆的制动力矩或起动力矩,提高搬运机械的工作效率。其它部分工作原理同图5。
[0060] 本发明不仅可用于行走式液压搬运机械,其势能回收和再生的原理也可用于固定式液压升降机械,上述的实施例只是几种选例,并不限定本专利的保护范围。

Claims (12)

1. 一种节能型行走式液压搬运机械,包括起重和行走的驱动系统和控制系统等,在原液压系统中附加部分液压元件,构成新的液压系统,其特征在于:具有至少一个油泵/油马达和至少一个液压蓄能器,在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀,在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/ 油马达的入口或回油箱的换向阀,新液压系统在保留该机械原有的全部功能和操控方式的基础上,具有能实现重物势能回收与再生和车辆动能回收与再生两者的部分或全部功能。
2.如权利要求1所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:所述的液压系统中的油泵/油马达可以是:变量油泵/油马达与定量油泵/油马达的组合;定量油泵/油马达的组合;变量油泵/油马达的组合。
3.如权利要求1和2所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:该液压系统的油泵/油马达的工况可以是下述三种状态之一:油泵工况;油马达工况;卸荷工况。
4.如权利要求1、2和3所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:在重物下降回收势能的过程中,部分油泵/油马达进入油马达工况,被工作油缸的压力回油所驱动,输出转矩;另有部分油泵/油马达进入油泵工况,被前者所输出的转矩所驱动,将油从油箱压入蓄能器中。
5.如权利要求1、2和3所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:在重物下降回收势能的过程中,工作油缸的压力回油在进入蓄能器前,所经过的油泵/油马达均不为油马达工况,而是卸荷工况或被引擎所驱动的油泵工况。
6.如权利要求1、2、3、4和5所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:势能和动能分别由不同的油泵/油马达来回收或再生,它们还可以组合发挥功能。
7.如权利要求1、2、3、4和5所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:势能和动能由相同的油泵/油马达来回收或再生。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6和7所述的的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于: 所述的液压系统中含有防止柴油机失载超速的控制阀。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6和7所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:两个或多个定量油泵/油马达的组合和单个油泵/油马达的液压系统中含有可控制重物下降速度的可调节流阀。
10.如权利要求2所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:所述的含有变量油泵与油马达的组合,配备有专用的控制器。
11.如权利要求1、2、3、4、5、6和7所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:所述液压系统中设有在能量再生过程中起缓冲作用的有节流孔的两位两通电磁换向阀。
12.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和11所述的节能型行走式液压搬运机械,其特征在于:所述的液压系统可选用各类标准的油泵/油马达和液压阀等液压元件组合而成, 也可设计制造专用集成阀。
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