CN103174688A - 一种液压节能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压节能系统，包括液压油箱、变量泵、调速阀、第一电磁换向阀、液压缸、第一行程开关、第二行程开关、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀以及蓄能器；在液压油箱向液压缸的无杆腔加油的过程中，液压缸的有杆腔的油同时通过管道储存进入蓄能器；在液压缸复位过程中，蓄能器通过管道向液压缸的有杆腔加油。本发明解决传统液压系统中回油管路和溢流管路的液压油损失问题，通过液压节能系统，回收回油管路和溢流管路的液压油，并在主油路中对回收的液压油加以利用，达到节能的目的。

Description

一种液压节能系统
技术领域
本发明涉及液压领域，具体地，涉及一种液压节能系统。
背景技术
随着人类社会的不断发展，工业化水平的不断提升，能源问题已经成为当今社会迫切关注的问题。液压系统在机械工业中的应用非常广泛，例如机床行业，汽车行业，工程机械等重型机械行业。
在传统的液压系统中，存在着大量的能量损失。其中，在系统的回油管路中，大量的液压油流回油箱，造成了能量的浪费。其次，在液压系统中，经常会伴有液压冲击，造成系统压力过高，从而产生溢流，这时大量的液压油会经过溢流阀流回油箱内，造成了系统的压力损失。所以，整个液压系统中的能量损失主要是回油路液压油能量损失和溢流回路液压油能量损失，如果把回油管路和溢流管路中的液压油回收起来，并在合适的地方对液压油加以释放利用，会减少液压泵的输出功率，从而可以降低电机的输出功率，节约了电能。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种液压节能系统。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种液压节能系统，包括液压油箱、变量泵、调速阀、第一电磁换向阀、液压缸、第一行程开关、第二行程开关、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀以及蓄能器；所述液压缸包括活塞杆、无杆腔以及有杆腔，活塞杆的伸出端方向上设置所述第一行程开关和第二行程开关，第一电磁换向阀根据第一行程开关和第二行程开关的开关状态，控制自身的工作状态；液压油箱包括出油口X、入油口Y以及入油口Z三个油箱口；其中出油口X通过管道依次连接变量泵、调速阀、第一电磁换向阀以及液压缸的无杆腔；液压缸的有杆腔通过管道依次连接第一电磁换向阀、第二电磁换向阀；第二电磁换向阀还分别连接液压油箱的入油口Z、蓄能器，以及第四电磁换向阀的一端；第四电磁换向阀的另一端连接液压油箱的入油口Y；变量泵与调速阀之间管道同时连接第三电磁换向阀的一端，第三电磁换向阀的另一端同时连接蓄能器和第四电磁换向阀；在液压油箱向液压缸的无杆腔加液压油的过程中，液压缸的有杆腔的液压油同时通过管道储存进入蓄能器；在液压缸复位过程中，蓄能器通过管道向液压缸的有杆腔加油。
本发明中，蓄能器可以采用气囊式蓄能器。
本发明中，包括控制第二电磁换向阀、第三电磁换向阀以及第四电磁换向阀工作状态的控制器。
本发明中，蓄能器出口以及第四电磁换向阀的进油口管道上设有压力传感器，压力传感器的压力信号传送至工控机。
本发明中，变量泵与第一电磁换向阀之间的管道上依次设有第一单向阀和调速阀，其中单向阀两端的管道分别连接一变量油缸的两端，调速阀直接连接第一电磁换向阀的进油口管道。
本发明中，所述变量泵与第一单向阀之间的管道同时连接一溢流阀，溢流阀另一端连接第四电磁换向阀。
本发明中，溢流阀与第四电磁换向阀之间的连接管道同时通过管道连通蓄能器。
本发明中，所述溢流阀与第四电磁换向阀之间的连接蓄能器的管道上设有液控单向阀。
本发明中，所述第二电磁换向阀的进油端管道上设有第二单向阀。
本发明中，所述第三电磁换向阀的出油端管道上设有第三单向阀。
本发明中，所述出油口X的管道上设有过滤器。
在传统液压系统中，系统内的能量损失主要是回油路液压油能量损失和溢流回路液压油能量损失。而在本发明中，回油路中的液压油并没有流回油箱，而是流入了蓄能器中，同样的，溢流回路中的液压油也是流入蓄能器中，从而实现了回油路和溢流回路液压油的回收。之后通过液压油能量释放回路将回收的液压油释放到主油路中，并通过变量油缸调节泵的摆角，从而减少了液压泵的输出功率，降低了电机的输出功率，节约了电能。
有益效果：本发明解决传统液压系统中回油管路和溢流管路的液压油损失问题，通过液压节能系统，回收回油管路和溢流管路的液压油，并在主油路中对回收的液压油加以利用，达到节能的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是实施例所述的一种液压节能系统的装置原理总图。
图2是实施例中传感器和控制器之间的控制原理图。
图3是实施例中回油路液压油回收原理图。
图4是实施例中溢流回路液压油回收原理图。
图5是实施例中液压油能量释放回路原理图。
图6是实施例中安全保护回路原理图。
具体实施方式
本发明公开了一种液压节能系统，包括液压油箱、变量泵、调速阀、第一电磁换向阀、液压缸、第一行程开关、第二行程开关、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、液控单向阀以及蓄能器；所述液压缸包括活塞杆、无杆腔以及有杆腔，活塞杆的伸出端方向上设置所述第一行程开关和第二行程开关，第一电磁换向阀根据第一行程开关和第二行程开关的开关状态，控制自身的工作状态；液压油箱包括出油口X、入油口Y以及入油口Z三个油箱口；其中出油口X通过管道依次连接变量泵、调速阀、第一电磁换向阀以及液压缸的无杆腔；液压缸的有杆腔通过管道依次连接第一电磁换向阀、第二电磁换向阀；第二电磁换向阀还分别连接液压油箱的入油口Z、蓄能器，以及第四电磁换向阀的一端；第四电磁换向阀的另一端连接液压油箱的入油口Y；变量泵与调速阀之间管道同时连接第三电磁换向阀的一端，第三电磁换向阀的另一端同时连接蓄能器和第四电磁换向阀；在液压油箱向液压缸的无杆腔加油的过程中，液压缸的有杆腔的油同时通过管道储存进入蓄能器；在液压缸复位过程中，蓄能器通过管道向液压缸的有杆腔加油。系统还包括控制第二电磁换向阀、第三电磁换向阀以及第四电磁换向阀工作状态的控制器。蓄能器出口以及第四电磁换向阀的进油口管道上设有压力传感器，压力传感器的压力信号传送至工控机。变量泵与第一电磁换向阀之间的管道上依次设有第一单向阀和调速阀，其中单向阀两端的管道分别连接一变量油缸的两端，调速阀直接连接第一电磁换向阀的进油口管道。所述变量泵与第一单向阀之间的管道同时连接一溢流阀，溢流阀另一端连接第四电磁换向阀。溢流阀与第四电磁换向阀之间的连接管道同时通过管道连通蓄能器。所述溢流阀与第四电磁换向阀之间的连接蓄能器的管道上设有液控单向阀。所述第二电磁换向阀的进油端管道上设有第二单向阀。所述第三电磁换向阀的出油端管道上设有第三单向阀。所述出油口X的管道上设有过滤器。
实施例
如图1和图2所示，本实施例提供了一种液压节能系统，包括：变量泵1，变量油缸2，溢流阀3，电磁换向阀4，单向阀5，液控单向阀6，电磁换向阀7，单向阀8，调速阀9，电磁换向阀10，单向阀11，电磁换向阀12，液压缸13，行程开关14，行程开关15，气囊式蓄能器16，压力传感器17，压力传感器18，控制器19，过滤器20，液压油箱21。其中，在压力传感器17和压力传感器18中分别集成有各自的信号调理电路；在控制器19中分别有多路开关，数据采集卡，A/D转换器，工控机。
本实施例的连接方式为：液压油箱21的出油口X经过过滤器20连接到变量泵1的入油口，变量泵1的第一输油口连接到单向阀5的入油口处，单向阀5的出油口连接到调速阀9的入油口处，调速阀9的出油口连接到电磁换向阀12的入油口12P处，电磁换向阀12的两个工作油口12A和12B分别接液压缸13的无杆腔13b和有杆腔13c。液压缸13的活塞杆13a端部设有行程开关14和行程开关15。电磁换向阀12的出油口12T接单向阀11的入油口处，单向阀11的出油口接电磁换向阀10的入油口10P处，电磁换向阀10的第一输油口10B接蓄能器16的输油口，电磁换向阀10的第二输油口10T接液压油箱21的入油口Z；变量泵1的第二输油口连接到溢流阀3的入油口，溢流阀3的第一输油口连接到电磁换向阀4的入油口4B处，电磁换向阀4的出油口4A连接液压油箱21的入油口Y处，溢流阀3的第二输油口连接到液控单向阀6的入油口处，液控单向阀6的第一输油口接电磁换向阀7的入油口7B处，电磁换向阀7的出油口7A接单向阀8的入油口，单向阀8的出油口接调速阀9的入油口处，液控单向阀6的第二输油口接蓄能器16的入油口，液控单向阀6的控制油口K接液控单向阀出油口的管路上；变量泵1的斜盘与变量油缸2的活塞杆机械连接，变量油缸的两个油腔分别连接单向阀5的进油口管路和出油口管路。压力传感器17安装在电磁换向阀7和蓄能器16之间的液压管道上，压力传感器17的信号输出端接控制器19的第一信号输入端，控制器19的第一信号输出端分别连接电磁换向阀7和电磁换向阀10的控制端口；压力传感器18安装在溢流阀3和电磁换向阀4之间的液压管道上，压力传感器18的信号输出端接控制器19的第二信号输入端，控制器19的第二信号输出端接电磁换向阀4的控制端口。
本实施例所述系统可以分为主油路、回油路、溢流回路、能量释放回路以及安全保护回路几个部分。
主油路：在主油路中接有单向阀5，是为了当蓄能器16中的液压油释放到主油路中时，使单向阀5进出口形成压差，从而可使变量油缸2向左移动，变量油缸左腔的液压油补偿到单向阀5进口处，同时变量油缸2的活塞杆左移，减小了变量泵1斜盘的摆角，从而减小了变量泵1的排量。主油路中接有调速阀9，是为了控制进入液压缸13的液压油的压力和流速，尤其是在蓄能器16释放液压油的过程中，保证液压缸13平稳可靠的工作，如图1所示。
行程开关14，行程开关15分别是使电磁换向阀12的左位和右位得失电换向的。
回油路：在回油路中接有单向阀11，是为了使回油路中的液压油单向流入蓄能器，从而可使蓄能器中的液压油不可反向流回。在单向阀11的出油管路中接有两位四通电磁换向阀10，且电磁换向阀10的初始状态处于右位开启，即电磁换向阀10的10P口和10B口初始状态是接通的，这是为了使系统第一工况工作时，回油路中的液压油进入蓄能器中，如图3所示。
溢流回路：溢流回路中接有溢流阀3，溢流阀3是控制主油路超载压力的，防止主油路压力过载，当主油路压力超过溢流阀3的调定压力P3时，系统产生溢流，溢流的液压油将进入溢流阀3，然后经过液控单向阀6，进入到蓄能器16中，如图4所示。
能量释放回路：压力传感器17安装在能量释放回路中，当压力传感器17检测到压力信号，并传递给控制器19，控制器19输出电信号给电磁换向阀7和电磁换向阀10的控制端口，使这两个电磁换向阀同时换向，此时电磁换向阀7的7A口和7B口接通，电磁换向阀10的10P口和10T口接通，这时蓄能器16中的油液经过电磁换向阀7和单向阀8开始释放到主油路中，而回油路中的油液经过电磁换向阀10流入油箱。其中电磁换向阀7初始状态处于右位断开，即电磁换向阀7的7A口和7B口初始状态是断开的，这是为了在储存液压油过程中，蓄能器16中的液压油不外流，如图5所示。
安全保护回路：在安全保护回路中接有液控单向阀6，两位二通电磁换向阀4，压力传感器18安装在安全保护回路上，当系统压力过大时，液控单向阀6的液控油口K被打开，使得液控单向阀反向接通，这时压力传感器18检测到压力信号，并传递给控制器19，控制器19输出电信号给电磁换向阀4，使其换向，此时电磁换向阀4的4A口和4B口接通，从而实现了系统的卸荷，起到了安全保护的作用。其中电磁换向阀4初始状态处于左位断开，即电磁换向阀4的4A口和4B口初始状态是断开的，如图6所示。
压力传感器17的压力设定检测值为P1，压力传感器18的压力设定检测值为P2，液控单向阀6的液控油口压力设定值为PK，溢流阀3的溢流压力设定值为P3。
P1<P3<PK=P2。
工作原理：如图1所示，当三位四通电磁换向阀12左位工作时，此时电磁换向阀12的12P口和12A口接通，12B口和12T口接通，液压油从油箱21经过滤器20过滤，之后由变量泵1把液压油输送到主油路中，液压油在主油路中经过单向阀5，调速阀9，电磁换向阀12的12P口和12A口，从而平稳的进入到液压缸13的无杆腔中，使液压缸工作，液压缸13有杆腔中的液压油经过电磁换向阀12的12B口和12T口，单向阀11，电磁换向阀10的10P口和10B口开始回油，此时回油路中的油液并没有流回油箱21，而是流入蓄能器16中，实现了回油路的液压油回收。其次，当主油路压力过大时，溢流阀3会打开，开始溢流，这时油液也没有溢流回油箱21，而是经过液控单向阀6，流入蓄能器16中，实现了溢流路的液压油回收。当液压缸13有杆腔活塞杆前端的挡块压到行程开关15时，此时电磁换向阀12右边的控制端口得电，于是电磁换向阀12开始换向，开始右位工作，此时电磁换向阀12的12P口接12B口，12A口接12T口，这时蓄能器16中的液压油也达到一定量了，蓄能器16的输油口压力达到一定值P1，此时压力传感器17检测到压力信号，并传递给控制器19，控制器19输出电信号给电磁换向阀7和电磁换向阀10的控制端口，使这两个电磁换向阀同时换向，此时电磁换向阀7的7A口和7B口接通，电磁换向阀10的10P口和10T口接通，从而使得蓄能器16中的液压油液开始释放，蓄能器16中的液压油经过电磁换向阀7的7B口和7A口，单向阀8进入到主油路中，由于主油路中的调速阀9的节流调速作用，蓄能器中的压力油能够实现平稳的释放到主油路中，此时回油路中的液压油经过电磁换向阀10的10P口和10T口流入油箱，等到蓄能器中的液压油释放完，这时液压缸13有杆腔活塞杆前端的挡块压到行程开关14，电磁换向阀12又开始换向至左位，此时电磁换向阀12的12P口和12A口接通，12B口和12T口接通，同时压力传感器17检测到的压力变小，控制器19会使电磁换向阀7和电磁换向阀10同时失电，使得这两个电磁换向阀再次同时换向至初始状态，即电磁换向阀7的7A口和7B口断开，电磁换向阀10的10P口和10B口接通，此后整个液压系统进入下一个循环阶段。在液压油释放到主油路的过程中，单向阀5出油口的压力要高于进油口压力，这时变量油缸2的右油腔进入压力油，左油腔的压力油流入单向阀5的进油口，实现了压力补偿，同时，变量油缸2的活塞杆左移，减小了变量泵1斜盘的摆角，减小了泵的排量，从而泵的输出功率减小，达到节能的目的。在本发明的液压节能系统中，如果出现系统压力超过液控单向阀6的控制油口的调定压力PK时，液控单向阀6的控制油口K会打开，使得液控单向阀反向接通，这时压力传感器18检测到压力信号P2，并传递给控制器19，控制器19输出电信号给电磁换向阀4，使其换向，此时电磁换向阀的4A口和4B口接通，于是液压油可以经过管路Y流入油箱21，从而实现了系统的卸荷，起到了过载保护的作用。
控制原理：如图2所示，本发明采用了压力传感器17，压力传感器18和控制器19对电磁换向阀7，电磁换向阀10，电磁换向阀4进行控制换向。当压力传感器17检测到液压油能量释放回路中的压力信号1时，会把压力信号1在传感器17内部的信号调理电路进行信号调理，之后压力传感器17输出电信号到控制器19中的多路开关，之后经过数据采集卡进行数据采集，数据采集之后的信号进入A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，最后数字信号进入工控机，工控机内部设定有控制程序，控制程序将对信号进行判定，当信号达到一定值时，控制器会输出电流信号1给电磁换向阀7和电磁换向阀10，同时对电磁换向阀7和电磁换向阀10进行换向。同样的，当压力传感器18检测到安全保护回路中的压力信号2时，会把压力信号2在传感器18内部的信号调理电路进行信号调理，之后压力传感器18输出电信号到控制器19中的多路开关，之后经过数据采集卡进行数据采集，数据采集之后的信号进入A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，最后数字信号进入工控机，工控机内部设定有控制程序，控制程序将对信号进行判定，当信号达到一定值时，控制器会输出电流信号2给电磁换向阀4，从而对电磁换向阀4进行换向。
本实施例，安装方便，工作可靠。当液压缸13工作时，回油腔内的油液经过换向阀12的出油口12T，油液并不是直接流回油箱21，而是经过回油管路流入蓄能器16，实现了回油路的液压油回收。其次，当主油路压力过大时，溢流阀3会打开，开始溢流，这时油液也没有溢流回油箱21，而是经过液控单向阀6，流入蓄能器16中，实现了溢流路的液压油回收。当蓄能器16中的液压油达到一定量时，蓄能器的输油口压力会升高，这时压力传感器17检测到压力信号，并传递给控制器19，控制器19输出电信号给电磁换向阀7和电磁换向阀10的控制端口，使这两个电磁换向阀同时换向，这时蓄能器16中的油液开始释放，由于主油路中的调速阀9的节流调速作用，蓄能器中的压力油能够实现平稳的释放到主油路中，此时回油路中的液压油经过电磁换向阀10流入油箱，等到蓄能器中的液压油释放完，控制器19会使电磁换向阀7和电磁换向阀10同时失电，使得这两个电磁换向阀再次同时换向，此后整个液压系统进入下一个循环阶段。在液压油释放到主油路的过程中，单向阀5出油口的压力要高于进油口压力，这时变量油缸2的右油腔进入压力油，左油腔的压力油流入单向阀5的进油口，实现了压力补偿，同时，变量油缸2的活塞杆左移，减小了变量泵1斜盘的摆角，减小了泵的排量，从而泵的输出功率减小，达到节能的目的。在本发明的液压节能系统中，如果出现系统压力超载的情况，液控单向阀6的控制油口K会打开，使得液控单向阀反向接通，这时压力传感器18检测到压力信号，并传递给控制器19，控制器19输出电信号给电磁换向阀4，使其换向，从而实现了系统的卸荷，起到了过载保护的作用。
本发明提供了一种液压节能系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种液压节能系统，其特征在于，包括液压油箱、变量泵、调速阀、第一电磁换向阀、液压缸、第一行程开关、第二行程开关、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀以及蓄能器；
所述液压缸包括活塞杆、无杆腔以及有杆腔，活塞杆的伸出端方向上设置所述第一行程开关和第二行程开关，第一电磁换向阀根据第一行程开关和第二行程开关的开关状态，控制自身的工作状态；
液压油箱包括出油口X、入油口Y以及入油口Z三个油箱口；其中出油口X通过管道依次连接变量泵、调速阀、第一电磁换向阀以及液压缸的无杆腔；液压缸的有杆腔通过管道依次连接第一电磁换向阀、第二电磁换向阀；第二电磁换向阀还分别连接液压油箱的入油口Z、蓄能器，以及第四电磁换向阀的一端；第四电磁换向阀的另一端连接液压油箱的入油口Y；
变量泵与调速阀之间管道同时连接第三电磁换向阀的一端，第三电磁换向阀的另一端同时连接蓄能器和第四电磁换向阀；
在液压油箱向液压缸的无杆腔加液压油的过程中，液压缸的有杆腔的液压油同时通过管道储存进入蓄能器；在液压缸复位过程中，蓄能器通过管道向液压缸的有杆腔加油。
2.根据权利要求1所述的一种液压节能系统，其特征在于，包括控制第二电磁换向阀、第三电磁换向阀以及第四电磁换向阀工作状态的控制器。
3.根据权利要求2所述的一种液压节能系统，其特征在于，蓄能器出口以及第四电磁换向阀的进油口管道上设有压力传感器，压力传感器的压力信号传送至工控机。
4.根据权利要求2所述的一种液压节能系统，其特征在于，变量泵与第一电磁换向阀之间的管道上依次设有第一单向阀和调速阀，其中单向阀两端的管道分别连接一变量油缸的两端，调速阀直接连接第一电磁换向阀的进油口管道。
5.根据权利要求4所述的一种液压节能系统，其特征在于，所述变量泵与第一单向阀之间的管道同时连接一溢流阀，溢流阀另一端连接第四电磁换向阀。
6.根据权利要求5所述的一种液压节能系统，其特征在于，溢流阀与第四电磁换向阀之间的连接管道同时通过管道连通蓄能器。
7.根据权利要求6所述的一种液压节能系统，其特征在于，所述溢流阀与第四电磁换向阀之间的连接蓄能器的管道上设有液控单向阀。
8.根据权利要求7所述的一种液压节能系统，其特征在于，所述第二电磁换向阀的进油端管道上设有第二单向阀。
9.根据权利要求7所述的一种液压节能系统，其特征在于，所述第三电磁换向阀的出油端管道上设有第三单向阀。
10.根据权利要求1所述的一种液压节能系统，其特征在于，所述出油口X的管道上设有过滤器。
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