CN102734235A - 一种能量回收液压系统和混凝土输送泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能量回收液压系统，包括第一压力油源、至少一个缓冲油缸、第一控制元件、第一方向阀、蓄能器，其中：第一压力油源为缓冲油缸提供压力油，缓冲油缸中设置有至少一个缓冲腔，第一控制元件设置在第一压力油源与缓冲油缸之间的油路上，第一控制元件用于控制缓冲油缸换向；缓冲油缸的至少一个缓冲腔通过第一方向阀连接至蓄能器，在缓冲油缸缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器。本发明还提供了一种应用上述能量回收液压系统的混凝土输送泵。通过本发明，在缓冲油缸进行缓冲制动时，能够对缓冲腔的压力油进行回收。

Description

一种能量回收液压系统和混凝土输送泵

技术领域

本发明涉及液压控制技术领域，具体而言，涉及一种能量回收液压系统和一种混凝土输送泵。

背景技术

在油缸的工作过程中，当油缸到达油缸行程末端进行换向时，高速运动的活塞会对缸筒造成较大的冲击。为了减小活塞对缸筒造成冲击，通常采用缓冲油缸。当缓冲油缸即将到达行程末端时，缓冲腔内的压力逐渐增大从而逐渐降低活塞的运动速度，以达到油缸缓冲的目的。在缓冲油缸进行缓冲制动过程中，缓冲腔中的压力油缓慢释放至油箱，从而造成能量的浪费，尤其是在频繁换向的液压系统中，例如混凝土泵送系统中，该部分能量的浪费就更为严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能量回收液压系统，在缓冲油缸进行缓冲时，能够对缓冲腔的能量进行回收。

有鉴于此，本发明提供了一种能量回收液压系统，包括第一压力油源、至少一个缓冲油缸、第一控制元件、第一方向阀、蓄能器，其中：第一压力油源为缓冲油缸提供压力油，缓冲油缸中设置有至少一个缓冲腔，第一控制元件设置在第一压力油源与缓冲油缸之间的油路上，第一控制元件用于控制缓冲油缸换向；缓冲油缸的至少一个缓冲腔通过第一方向阀连接至蓄能器，在缓冲油缸缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器。

该技术方案中，在缓冲油缸进行缓冲制动时，活塞在缓冲油缸中继续前行直至到达换向位置，缓冲腔中压力油的压力上升以降低活塞的运动速度，从而减小了换向冲击，在该过程中，缓冲腔通过第一方向阀连接至蓄能器，将缓冲腔中至少部分压力油可以回收至蓄能器中，实现了制动能量的回收。

优选地，所述能量回收液压系统还包括执行元件和第二控制元件，其中，蓄能器通过第二控制元件连接至执行元件，第二控制元件用于控制执行元件换向，蓄能器中的压力油可通过第二控制元件驱动执行元件。

在实际应用中，第一控制元件可以采用具有中位工作机能的电磁换向阀，例如三位四通电磁换向阀；第一控制元件控制缓冲油缸进行换向，当处于电磁换向阀的中位时，第一控制元件会将第一压力油源与缓冲油缸之间的油路完全断开，此时，第一压力油源持续输出压力油，第一压力油源与缓冲油缸之间的油路的压力上升从而对系统造成冲击。

为了解决第一控制元件换向时第一压力油源的压力冲击，所述能量回收液压系统还包括第二方向阀，第二方向阀设置在第一压力油源与蓄能器之间的油路上；在第一控制元件控制缓冲油缸进行换向时，第一压力油源的至少部分压力油可以通过第二方向阀流至蓄能器的油路中。

所述第二方向阀可以选用电磁换向阀对该油路的通与断进行控制，通过控制第二方向阀的流通状态，可以控制压力油可以从第一压力油源单向流至所述蓄能器，也可以将该油路完全断开。所述第二方向阀可以选用单向阀；在缓冲油缸进行换向时，第一压力油源与缓冲油缸之间的油路压力上升，单向阀进油和出油之间形成压差，第一压力油源的压力油能够自动通过单向阀并流至蓄能器中；在正常工作状态下，单向阀进油和出油之间保持压力平衡；这样，在第一压力油源与蓄能器之间采用单向阀，可以简化控制系统的结构，降低成本。

优选地，所述能量回收液压系统还包括控制器和压力传感器，控制器连接至第一控制元件和第二控制元件，压力传感器用于检测蓄能器的压力；在缓冲油缸到达换向位置，当蓄能器中的压力小于预设值时，第一压力油源中至少部分压力油通过第二方向阀流至蓄能器；当蓄能器中的压力达到预设值时，控制器控制第二控制元件换向，蓄能器中的压力油通过第二控制元件驱动执行元件；在第二控制元件换向时或换向完成后，控制器控制第一控制元件换向。

在该技术方案中，通过传感器检测蓄能器的压力，控制器可以根据驱动执行元件所需的压力控制第一控制元件和第二控制元件延迟换向，在蓄能器中的压力小于预设值时，通过控制第一控制元件延迟换向ΔT时间，在ΔT时间内使第一压力油源对蓄能器进行主动充压，直至蓄能器的压力上升至预设值，使蓄能器可以更好地满足执行元件工作时的压力需求，使蓄能器回收的能量可以得到更好的驱动执行元件工作。

优选地，执行元件为具有至少一个缓冲腔的执行油缸，执行油缸的至少一个缓冲腔通过第一方向阀连接至蓄能器，在执行油缸缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器。在该技术方案中，实现了对执行油缸在缓冲制动时压力油的回收，进一步减少了浪费，提高了系统的效率。

优选地，所述能量回收液压系统还包括第二压力油源，第二压力油源连接至蓄能器可为蓄能器提供压力油。在该技术方案中，设置第二压力油源为蓄能器主动充压，不需要通过第一控制元件延迟换向并采用第一压力油源对蓄能器充压，可以避免影响缓冲油缸的正常工作，提高系统的工作效率；通过设置第二压力油源，可以与蓄能器共同驱动执行元件工作，可以避免蓄能器回收的压力油不足时难以驱动执行元件工作的情况。

在一种具体技术方案中，蓄能器中的压力油可通过第一方向阀流入缓冲油缸中。在该技术方案中，可以采用蓄能器对缓冲油缸进行缓冲制动的压力油进行回收，采用蓄能器中压力油驱动执行元件工作时，该执行元件可以为缓冲油缸，例如在缓冲油缸启动时，蓄能器中压力油还可以驱动缓冲油缸的快速启动，从而进一步提高系统的工作效率。

在一种具体技术方案中，缓冲油缸为混凝土泵送系统的主油缸，执行元件为混凝土泵送系统的摆动油缸。

本发明还提供了一种混凝土输送泵，包括上述技术方案中任一项所述的能量回收液压系统，所述混凝土输送泵显然应当具有上述技术方案中所述能量回收液压系统相应的有益效果。

综上所述，本发明提供的能量回收液压系统中，将缓冲油缸的缓冲腔连接至蓄能器，在缓冲油缸进行缓冲制动时，缓冲腔内压力油的回收至蓄能器中；将该系统应用到混凝土输送泵中，缓冲油缸为泵送系统的主油缸，利用蓄能器中主油缸在缓冲制动时的压力油，并驱动泵送系统的摆动油缸工作，从而提高泵送系统的工作效率。

附图说明

图1是本发明中一种能量回收液压系统的原理图；

图2是本发明实施例提出一种能量回收液压系统的结构图。

其中，图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

第一压力油源1，缓冲油缸2，第一控制元件3，第一方向阀4，蓄能器5，执行元件6，第二控制元件7，第二方向阀8，控制器9，压力传感器10，第二压力油源11，传感器12，第一缓冲油缸21，第二缓冲油缸22。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，图1是本发明中一种能量回收液压系统的原理图，图2是本发明实施例提出一种能量回收液压系统的结构图。

参照图1和图2，本发明提出的一种能量回收液压系统，包括：第一压力油源1、至少一个缓冲油缸2、第一控制元件3、第一方向阀4、蓄能器5，其中：第一压力油源1为缓冲油缸2提供压力油，缓冲油缸2中设置有至少一个缓冲腔，第一控制元件3设置在第一压力油源1与缓冲油缸2之间的油路上，第一控制元件3用于控制缓冲油缸2换向；缓冲油缸2的至少一个缓冲腔通过第一方向阀4连接至蓄能器5，在缓冲油缸2缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器5。

该技术方案中，在缓冲油缸进行缓冲制动时，活塞在缓冲油缸中继续前行直至到达换向位置，缓冲腔中压力油的压力上升以降低活塞的运动速度，从而减小了缓冲油缸的换向冲击，并且设置缓冲腔通过第一方向阀连接至蓄能器，将缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器中，实现了制动能量的回收。

在该实施例中，上述液压能量回收系统应用在混凝土输送泵中，缓冲油缸2为混凝土泵送系统的主油缸，其中，能量回收液压系统包括两个缓冲油缸2，第一控制元件3用于控制两个缓冲油缸2进行换向，例如图2中，第一控制元件3为三位四通电磁换向阀，两个缓冲油缸2的连接方式为：三位四通电磁换向阀的两个工作油口分别连接至第一缓冲油缸21的有杆腔和第二缓冲油缸22的有杆腔，且第一缓冲油缸21的无杆腔和第二缓冲油缸22的无杆腔相连通；或者，三位四通电磁换向阀的两个工作油口分别连接至第一缓冲油缸21的无杆腔和第二缓冲油缸22的无杆腔，且第一缓冲油缸21的有杆腔和第二缓冲油缸22的有杆腔相连通；在工作状态下，两个缓冲油缸2交替推拉实现物料的连续输送效果。

第一方向阀4可以采用电磁换向阀：当缓冲油缸2缓冲制动时，控制第一方向阀4的流通方向，以使得缓冲腔中压力油通过第一方向阀4回收至蓄能器5中；当第一控制元件3控制缓冲油缸2进行换向时，通过控制第一方向阀4的流通方向，蓄能器5中的压力油可以通过第一换向阀4驱动缓冲油缸动作。第一方向阀4可以采用单向阀，如图2所示，压力油只能从缓冲油缸2流向蓄能器5，从而实现缓冲油缸2缓冲制动时缓冲腔内的部分或全部压力油的回收，这样，可以避免蓄能器5中的压力油回流至缓冲腔对缓冲油缸2的正常工作可能造成的影响。

第一方向阀4需要根据实际的工况需要进行选择，这些均是围绕本发明中的蓄能器5对缓冲腔内的压力油进行回收而展开的，其显然均应属于本发明的保护范围之内。

在上述实施例中，该能量回收液压系统还包括执行元件6和第二控制元件7，其中，蓄能器5通过第二控制元件7连接至执行元件6，第二控制元件7用于控制执行元件7换向，蓄能器5中的压力油可通过第二控制元件7驱动执行元件6。

在该实施例中，上述液压能量回收系统应用在混凝土输送泵中，执行元件6可以为混凝土泵送系统的两个摆动油缸，其中，第二控制元件7用于控制两个摆动油缸进行换向，例如图2中，第二控制元件7为三位四通电磁换向阀，两个摆动油缸的连接关系参见现有技术。应当理解的，将主油缸缓冲制动时的压力油回收至蓄能器中，并用于驱动摆动油缸工作，实现了混凝土泵送系统内部压力油的回收与利用。上述执行元件6不仅仅限制于泵送系统的摆动油缸，还可以为液压马达等其他液压元件

在混凝土泵送系统中，第一控制元件3控制缓冲油缸2进行换向，当三位四通电磁换向阀处于中位时，第一控制元件3会将第一压力油源1与缓冲油缸2之间的油路完全断开，此时，第一压力油源1持续输出压力油，第一压力油源1与缓冲油缸2之间的油路的压力上升从而对系统造成冲击。

为了解决第一控制元件3换向时第一压力油源1的压力冲击，该能量回收液压系统还包括第二方向阀8，第二方向阀8设置在第一压力油源1与蓄能器5之间的油路上，在第一控制元件3控制缓冲油缸2进行换向时，第一压力油源1的至少部分压力油可以通过第二方向阀8流至蓄能器5的油路中。

所述第二方向阀8可以选用具有单向流通功能的电磁换向阀，对该油路的通与断进行控制，该电磁换向阀可以控制压力油可以从第一压力油源单向流至所述蓄能器，也可以将该油路完全断开。其中，所谓的“通与断”是指压力油可通过第二方向阀对该油路进行控制，例如，可以控制压力油可以从第一压力油源1单向流至所述蓄能器5，而无法反向流通，即正向通反向断，当然也可以将通过第二该油路完全断开。所述第二方向阀8可以选用单向阀；在缓冲油缸进行换向时，第一压力油源与缓冲油缸之间的油路压力上升，单向阀进油和出油之间形成压差，第一压力油源的压力油能够自动通过单向阀并流至蓄能器中；在正常工作状态下，单向阀进油和出油之间保持压力平衡；这样，在第一压力油源与蓄能器之间采用单向阀，可以简化控制系统的结构，降低成本。

为了实现该液压系统更加稳定可靠地工作，该能量回收液压系统还包括控制器9和压力传感器10，控制器9连接至第一控制元件3和第二控制元件7，压力传感器10用于检测蓄能器5的压力；在缓冲油缸2到达换向位置，当蓄能器5中的压力小于预设值时，第二方向阀8将第一压力油源1与蓄能器5之间的油路连通，第一压力油源1中的压力油通过第二方向阀8流入蓄能器5，第一压力油源1为蓄能器5充压；当蓄能器5中的压力达到预设值时，控制器9控制第二控制元件7换向，蓄能器5中的压力油通过第二控制元件7驱动执行元件6；在第二控制元件7换向时或换向完成后，控制器9控制第一控制元件3换向。

在该技术方案中，通过传感器检测蓄能器的压力，控制器可以根据驱动执行元件6所需的压力控制第一控制元件3和第二控制元件7延迟换向，在蓄能器5中的压力小于预设值时，通过控制第一控制元件延迟换向ΔT时间，在ΔT时间内使第一压力油源1对蓄能器5进行主动充压，直至蓄能器的压力上升至预设值，使蓄能器可以更好地满足执行元件工作时的压力需求，使蓄能器回收的能量可以得到更好的驱动执行元件工作。

在蓄能器5中的压力达到预设值后，控制第二控制元件7换向时，控制器9控制第一控制元件3换向，第一压力油源1的压力油可以通过第二方向阀8流至蓄能器5的油路中，蓄能器5和第一压力油源1能够共同驱动执行元件6工作；或者在第二控制元件7换向完成后，控制器9控制第一控制元件3换向，第一压力油源1的压力油可以通过第二方向阀8流至蓄能器5中为蓄能器充压，蓄能器5单独为驱动执行元件6工作。在上述实施例中，所述的预设值可以是驱动执行元件6所需的压力值，这样通过蓄能器8释放压力油以驱动执行元件6工作；所述的预设值还可以小于驱动执行元件6所需的压力值，此时可以在执行元件6换向时，第一压力油源1与蓄能器8共同驱动执行元件6工作。

在具体应用中，执行元件6可以为具有至少一个缓冲腔的执行油缸，执行油缸的至少一个缓冲腔通过第一方向阀4连接至蓄能器5，在执行油缸缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器5。在该技术方案中，实现了对执行油缸在缓冲制动时压力油的回收，进一步减少了浪费，提高了系统的效率。例如，在混凝土泵送系统的摆动油缸中设置缓冲腔，在摆动油缸进行缓冲制动时，对摆动油缸缓冲制动的压力油进行回收。

该能量回收液压系统还包括第二压力油源11，第二压力油源11连接至蓄能器5可为蓄能器5提供压力油。在该技术方案中，设置第二压力油源11可以为蓄能器5主动充压，不需要通过第一控制元件延迟换向并采用第一压力油源对蓄能器充压，可以避免影响缓冲油缸的正常工作，提高系统的工作效率；通过设置第二压力油源，还可以与蓄能器5共同驱动执行元件6工作，可以避免蓄能器5回收的压力油不足时难以驱动执行元件6工作的情况。

根据本发明上述的液压能量回收系统，下面将该液压能量回收系统应用到混凝土输送泵中为例，对本发明的工作原理进行更具体的说明。

如图2所示，将本发明中的液压能量回收系统应用到混凝土输送泵中，缓冲油缸2为混凝土泵送系统的主油缸，执行元件6为混凝土泵送系统的摆动油缸，第一控制元件3和第二控制元件7均采用三位四通电磁换向阀，第一方向阀4为单向阀，第二方向阀8为具有单向流通功能的电磁换向阀，第一压力油源1和第二压力油源11均为油泵，工作原理如下：

在缓冲油缸2进行缓冲制动时，缓冲腔中压力油的压力上升，并且缓冲腔中的压力油通过第一方向阀4回收至蓄能器5中；当缓冲油缸2到达换向位置时，控制器9判断压力传感器10当前检测到蓄能器5中的压力是否达到预设值：若未达到预设值，控制第二方向阀8的连通状态，使得第一压力油源1输出的压力油通过第二方向阀8对蓄能器5进行充压，直至蓄能器5中的压力值达到预设值；若已达到预设值或经过第一压力油源1充压后达到了预设值，控制器9控制第二控制元件7换向，蓄能器5中的压力油释放并通过第二换向元件7驱动到执行元件6工作；在控制器9控制第二控制元件7换向时或换向完成后，控制器9控制第一控制元件3进行换向。

对于缓冲油缸2是否到达换向位置的检测，可以在缓冲油缸2上设置用于检测缓冲油缸2的活塞位置的传感器12，传感器12可以是位移传感器，通过检测活塞杆或活塞的位移从而获取缓冲油缸的工作状态，也可以是压力传感器，根据缓冲油缸内的压力判断缓冲油缸的工作状态。

在控制器9控制第二控制元件7换向时或换向完成后，控制器9控制第一控制元件3进行换向，为了减小第一压力油源1的换向冲击，第一压力油源1的压力油可通过第二方向阀8流至蓄能器5的油路中，具体的：控制第二控制元件7换向时，控制器9控制第一控制元件3换向，第一压力油源1的压力油可以通过第二方向阀8流至蓄能器5的油路中，蓄能器5和第一压力油源1能够共同驱动执行元件6工作；或者在第二控制元件7换向完成后，控制器9控制第一控制元件3换向，第一压力油源1的压力油可以通过第二方向阀8流至蓄能器5中为蓄能器充压，蓄能器5单独为驱动执行元件6工作。

在上述工作过程中，第二压力油源11可以持续为蓄能器5充压，并且可以与蓄能器一起驱动执行元件6工作，这样，可以减小蓄能器5的充压时间，进一步提高系统的工作效率。

本发明还提出了一种混凝土输送泵，采用上述的能量回收液压系统，所述混凝土输送泵显然应当具有上述技术方案中所述能量回收液压系统相应的有益效果。

综上所述，本发明提供的能量回收液压系统中，将缓冲油缸的缓冲腔连接至蓄能器，在缓冲油缸进行缓冲制动时，缓冲腔内压力油的回收至蓄能器中；将该系统应用到混凝土输送泵中，缓冲油缸为泵送系统的主油缸，利用蓄能器中主油缸在缓冲制动时的压力油，并驱动泵送系统的摆动油缸工作，从而提高泵送系统的工作效率。

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 (10)

1.一种能量回收液压系统，其特征在于，包括第一压力油源（1）、至少一个缓冲油缸（2）、第一控制元件（3）、第一方向阀（4）、蓄能器（5），其中：

第一压力油源（1）为缓冲油缸（2）提供压力油，缓冲油缸（2）中设置至少一个缓冲腔，第一控制元件（3）设置在第一压力油源（1）与缓冲油缸（2）之间的油路上，第一控制元件（3）用于控制缓冲油缸（2）换向；

缓冲油缸（2）的至少一个缓冲腔通过第一方向阀（4）连接至蓄能器（5），在缓冲油缸（2）缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器（5）。

2.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括执行元件（6）和第二控制元件（7），其中，蓄能器（5）通过第二控制元件（7）连接至执行元件（6），第二控制元件（7）用于控制执行元件（7）换向，蓄能器（5）中的压力油可通过第二控制元件（7）驱动执行元件（6）。

3.根据权利要求2所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括第二方向阀（8），第二方向阀（8）设置在第一压力油源（1）与蓄能器（5）之间的油路上；在第一控制元件（3）控制缓冲油缸（2）进行换向时，第一压力油源（1）的至少部分压力油可以通过第二方向阀（8）流至蓄能器（5）的油路中。

4.根据权利要求3所述的能量回收液压系统，其特征在于，第二方向阀（8）为单向阀。

5.根据权利要求3所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括控制器（9）和压力传感器（10），控制器（9）连接至第一控制元件（3）和第二控制元件（7），压力传感器（10）用于检测蓄能器（5）的压力；

在缓冲油缸（2）到达换向位置，当蓄能器（5）中的压力小于预设值时，第一压力油源（1）中至少部分压力油通过第二方向阀（8）流至蓄能器（5）；当蓄能器（5）中的压力达到预设值时，控制器（9）控制第二控制元件（7）换向，蓄能器（5）中的压力油通过第二控制元件（7）驱动执行元件（6）；在第二控制元件（7）换向时或换向完成后，控制器（9）控制第一控制元件（3）换向。

6.根据权利要求2所述的能量回收液压系统，其特征在于，执行元件（6）为具有至少一个缓冲腔的执行油缸，执行油缸的至少一个缓冲腔通过第一方向阀（4）连接至蓄能器（5），在执行油缸缓冲制动时，缓冲腔中至少部分压力油回收至蓄能器（5）。

7.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括第二压力油源（11），第二压力油源（11）连接至蓄能器（5）可为蓄能器（5）提供压力油。

8.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，蓄能器（5）中的压力油可通过第一方向阀（4）流入缓冲油缸（2）中。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的能量回收液压系统，其特征在于，缓冲油缸（2）为混凝土泵送系统的主油缸，执行元件（6）为混凝土泵送系统的摆动油缸。

10.一种混凝土输送泵，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的能量回收液压系统。

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