CN103215978B - 拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，旨在提供一种能量转化率高、能量密度大、重量轻、结构简单的装载机动臂势能回收再生装置。它包括前桥车架、动臂、钢丝绳、定滑轮、拉簧蓄能器、液压电磁换向阀。本发明可实现装载机在动臂下降过程中，对工作装置的重力势能进行回收，并转化为弹性势能储存在拉簧蓄能器中，在装载机动臂举升过程中，将拉簧蓄能器储存的弹性势能，转化为动臂的重力势能，从而实现装载机动臂势能的回收再生利用，达到节能减排的目的。

Description

拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置

技术领域

本发明涉及一种装载机动臂势能回收再生装置，更确切的说是一种拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置。

背景技术

在装载机装载作业过程中，装载机动臂需要频繁的举升和下降，在动臂举升过程中，发动机驱动液压泵经液压换向阀控制动臂油缸，将动臂连同铲斗和摇臂一起举升至卸料高度，铲斗卸料后，发动机驱动液压泵经液压换向阀控制动臂油缸，将动臂、铲斗和摇臂一起下降至装料高度，在动臂举升和下降过程中，均需要发动机提供动力，且动臂重力势能白白浪费，使装载机存在油耗高、排放污染大等不足。

现有的装载机动臂势能回收装置通常采用液压回收或液压驱动发电的回收方式，即将动臂油缸的回油腔连接一个液压马达，液压马达向液压蓄能器泵入高压油液；或将液压马达与电机同轴相连，在动臂下降时使电机发电，回收动臂下降的重力势能。这种动臂势能回收方式，存在结构复杂、能量转化率低、动态响应慢、重量大、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种结构简单、能量转化率高、动态响应快、重量轻、成本低、能量密度大的拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置。

为解决上述技术问题，本发明的拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，包括前桥车架、动臂、动臂举升限位开关、动臂操纵杆、点火开关、油箱，其特征在于它还包括拉簧蓄能器、定滑轮、钢丝绳、电控单元、动臂操纵杆举升挡位开关、动臂操纵杆下降挡位开关、液压电磁换向阀。

其中，拉簧蓄能器包括：壳体、安装底座、拉簧挂钩、拉簧、连接盘、分拉杆、拉力板、拉杆、活塞杆、活塞、油缸、油缸封盖。

蓄能器的安装底座固定安装在前桥车架上，定滑轮固定安装在前桥车架的滑轮支架上，钢丝绳一端与拉杆的一端固定连接，钢丝绳的另一端绕过定滑轮与动臂的中部铰接。

蓄能器的拉杆另一端与拉力板的一端面固定连接，拉力板的另一端面与活塞杆的一端固定连接，活塞杆的另一端穿过油缸封盖的中心通孔与活塞固定连接，将活塞装入油缸内，活塞将油缸空腔分为有杆腔和无杆腔，拉杆的纵向轴线与拉力板的纵向轴线、活塞杆的纵向轴线、活塞的纵向轴线、油缸的纵向轴线在同一条直线上；壳体的纵向中央位置处设有一个圆柱通孔，圆柱通孔的底部设有周向凸台，通过该周向凸台将油缸固定安装在该圆柱通孔上；拉力板的另一端面的外周上还与多个分拉杆的一端固定连接，多个分拉杆以拉力板的纵向轴线对称布置，每个分拉杆的另一端与连接盘的一个端面固定连接，每个连接盘置于壳体的空腔内，每个连接盘的另一个端面和壳体底板之间固定连接有多条拉簧，每条拉簧的一端固定在连接盘上，每条拉簧的另一端固定在壳体底板上。

油缸的底部设有第一进油口，第一进油口连通至无杆腔；油缸封盖上设有第二进油口，第二进油口连通至有杆腔。 

液压电磁换向阀的一个控制油口通过液压管路连接至第一进油口，液压电磁换向阀的另一个控制油口通过液压管路连接至第二进油口。

将定滑轮、钢丝绳，拉簧蓄能器在前桥车架的左右两侧各布置一套，且两套装置以前桥车架的纵向轴线对称安装。

拉簧蓄能器的最大拉伸量大于动臂从最高位置下降到最低位置时钢丝绳所拉动的长度。

电控单元的输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关、动臂操纵杆下降挡位开关、动臂举升限位开关、点火开关，电控单元的输出端连接液压电磁换向阀的电磁线圈。

动臂势能回收过程的工作原理为：驾驶员接通点火开关，在装载机作业过程中，当驾驶员将动臂操纵杆推至下降挡位时，下降挡位开关闭合，装载机动臂开始下降，电控单元检测到下降挡位开关的闭合信号后，电控单元控制液压电磁换向阀的电磁线圈通电，液压电磁换向阀通电动作；随着装载机动臂的下降，固定在动臂上的钢丝绳拉动蓄能器的拉杆向上运动，拉杆通过拉力板拉动分拉杆，分拉杆再经连接盘将拉簧拉伸；同时拉杆通过拉力板拉动活塞杆，活塞杆拉动活塞一起上升，有杆腔的液压油从第二进油口排出，经过液压电磁换向阀流回油箱，无杆腔由于活塞的上移而形成真空，液压油经过油箱和液压电磁换向阀通过第一进油口，被吸入到无杆腔；停止动臂下降时则液压电磁换向阀回位至关闭位置，此时无杆腔的第一进油口和有杆腔的第二进油口均被液压电磁换向阀关断，活塞被固定不动，活塞杆、拉力板、拉杆、分拉杆、连接盘均保持固定不动，拉簧被保持在拉伸状态，这样就将动臂下落的重力势能转换为拉簧的弹性势能储存起来。

动臂势能再生过程的工作原理为：在装载机作业过程中，当驾驶员将动臂操纵杆推至举升挡位时，举升挡位开关闭合，装载机动臂开始举升，电控单元检测到举升挡位开关的闭合信号后，电控单元控制液压电磁换向阀的电磁线圈通电，液压电磁换向阀通电动作，拉簧收缩，经连接盘拉动分拉杆，分拉杆再经拉力板拉动拉杆向下运动，拉杆通过钢丝绳拉动动臂上升；同时，拉力板拉动活塞杆向下运动并推动活塞向下移动，无杆腔的液压油从第一进油口排出，经过液压电磁换向阀流回油箱，有杆腔由于活塞的下移而形成真空，液压油经油箱和液压电磁换向阀通过第二进油口，被吸入到有杆腔；此时拉簧的弹性势转换为动臂的重力势能；停止动臂上升时则液压电磁换向阀回位至关闭位置，此时无杆腔的第一进油口和有杆腔的第二进油口均被液压电磁换向阀关断，活塞被固定不动，活塞杆、拉力板、拉杆、分拉杆、连接盘均保持固定不动，拉簧被保持在收缩状态，这样就将拉簧的弹性势能转换为动臂上升的重力势能。当动臂举升至举升限位高度，动臂举升限位开关闭合，电控单元控制电磁线圈断电，拉簧蓄能器处于能量保持状态。

当装载机进行刮平作业或不工作时，动臂操纵杆置于中位或浮动位置，此时电控单元控制液压电磁换向阀会保持断电位置，有杆腔和无杆腔的液压油不再相互流动，拉簧蓄能器处于能量保持状态。

本发明与现有技术相比，其优点是：

（1）本发明的拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置的蓄能部件采用了多个拉簧，直接将动臂的重力势能转化为拉簧的弹性势能，结构简单、能量转化率高、动态响应快、重量轻、成本低； 

（2）本发明中的拉簧蓄能器，拉簧蓄能器中集成了油缸，通过液压电磁换向阀可实现拉簧蓄能器弹性势能的储存控制、释放控制和保持控制，结构简单、性能可靠。

附图说明

图1是本发明实施例拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置的结构示意图。

图2是本发明实施例拉簧蓄能器的纵向剖面结构及油缸控制油路示意图。

图3是本发明实施例图2的俯视图。

 图中：1.动臂  2.前桥车架  3.定滑轮  4.钢丝绳  6.油箱  100.拉簧蓄能器  101.壳体  101a.安装底座  101b.壳体底板  102.拉簧挂钩  103.拉簧  104.连接盘  105.分拉杆  106.拉力板  107.拉杆  107a.拉杆法兰  107b.拉杆吊环  108.活塞杆  109.活塞  110.油缸  110a.第一进油口  111.油缸封盖  111a.第二进油口  112.有杆腔  113.无杆腔  500.电控单元  501.动臂操纵杆举升挡位开关  502.动臂操纵杆下降挡位开关  503.动臂举升限位开关  504.液压电磁换向阀  504a.电磁线圈  505.动臂操纵杆  506.点火开关

 具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细描述。

如图1~3所示，本发明的拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，包括动臂1、前桥车架2、油箱6、动臂操纵杆505，其特征在于它还包括定滑轮3、钢丝绳4、拉簧蓄能器100、电控单元500、动臂操纵杆举升挡位开关501、动臂操纵杆下降挡位开关502、动臂举升限位开关503、液压电磁换向阀504、点火开关506。

其中，拉簧蓄能器100包括：壳体101、安装底座101a、拉簧挂钩102、拉簧103、连接盘104、分拉杆105、拉力板106、拉杆107、活塞杆108、活塞109、油缸110、油缸封盖111。

拉簧蓄能器100的安装底座101a固定安装在前桥车架2上，定滑轮3固定安装在前桥车架2的滑轮支架上，钢丝绳4一端与拉杆107的一端固定连接，钢丝绳4的另一端绕过定滑轮3与动臂1的中部铰接。

拉杆107的另一端设有拉杆法兰107a，拉杆107的拉杆法兰107a端与拉力板106的一端面固定连接，拉力板107的另一端面与活塞杆108的一端固定连接，活塞杆108的另一端穿过油缸封盖111的中心通孔与活塞109固定连接；活塞109装入油缸110内，活塞109将油缸空腔分为有杆腔112和无杆腔113，拉杆107的纵向轴线与拉力板106的纵向轴线、活塞杆108的纵向轴线、活塞109的纵向轴线、油缸110的纵向轴线在同一条直线上；壳体101的纵向中央位置处设有一个圆柱通孔，圆柱通孔的底部设有周向凸台，通过该周向凸台将油缸110固定安装在壳体101的该圆柱通孔上；拉力板106另一端面的外周上还与六个分拉杆105的一端固定连接，这六个分拉杆105以拉力板106的纵向轴线对称布置，每个分拉杆105的另一端与连接盘104的一个端面固定连接，每个连接盘104置于壳体101的空腔内；每个连接盘104的另一个端面和壳体底板101b之间固定连接有十六条拉簧103，每条拉簧103的一端固定在连接盘105上的拉簧挂钩102，每条拉簧103的另一端固定在壳体底板101b上的拉簧挂钩102。

油缸110的底部设有第一进油口110a，第一进油口110a连通至无杆腔113；油缸封盖111上还设有第二进油口111a，第二进油口111a连通至有杆腔112。 

液压电磁换向阀504的A油口通过液压管路连接至第一进油口110a，液压电磁换向阀504的B油口通过液压管路连接至第二进油口111a，液压电磁换向阀504的P、T油口通过液压管路连接至油箱6。

电控单元500的输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关501、动臂操纵杆下降挡位开关502、动臂举升限位开关503、点火开关506，电控单元500的输出端连接液压电磁换向阀504的电磁线圈504a。

动臂操纵杆举升挡位开关501、动臂操纵杆下降挡位开关502均采用霍尔接近开关，分别安装在动臂操纵杆505举升位置和下降位置的固定支架上，当动臂操纵杆505被置于举升位置时，动臂操纵杆举升挡位开关501闭合，当动臂操纵杆505被置于下降位置时，动臂操纵杆下降挡位开关502闭合；动臂举升限位开关503固定在前桥车架2上，当动臂1举升至最高限位高度时，动臂举升限位开关503闭合，否则，动臂举升限位开关503断开。

将定滑轮3、钢丝绳4，拉簧蓄能器100在前桥车架2的左右两侧各布置一套，且两套装置以前桥车架2的纵向轴线对称安装；拉簧蓄能器100的最大拉伸量大于动臂1从最高位置下降到最低位置时钢丝绳4所拉动的长度的10%～20%，以防止拉簧被过度拉伸，确保使用安全。

驾驶员接通点火开关506，在装载机作业过程中，当驾驶员将动臂操纵杆505推至下降挡位，动臂操纵杆下降挡位开关502闭合，装载机动臂1开始下降，电控单元500检测到下降挡位开关502的闭合信号后，电控单元500控制液压电磁换向阀504的电磁线圈504a通电，液压电磁换向阀504通电动作；随着装载机动臂1的下降，固定在动臂1上的钢丝绳4拉动蓄能器100的拉杆107向上运动，拉杆107通过拉力板106拉动分拉杆105，分拉杆105再经连接盘104将拉簧103拉伸；同时拉杆107通过拉力板106拉动活塞杆108，活塞杆108拉动活塞109一起上升，有杆腔112的液压油从第二进油口111a排出，经过液压电磁换向阀504流回油箱6，无杆腔113由于活塞109的上移而形成真空，液压油经过油箱6和液压电磁换向阀504通过第一进油口110a，被吸入到无杆腔113；停止动臂1下降时则液压电磁换向阀504回位至关闭位置，此时无杆腔113的第一进油口110a和有杆腔112的第二进油口111a均被液压电磁换向阀504关断，活塞109被固定不动，活塞杆108、拉力板106、拉杆107、分拉杆105、连接盘104均保持固定不动，拉簧103被保持在拉伸状态，这样就将动臂1下落的重力势能转换为拉簧103的弹性势能储存起来。

在装载机作业过程中，当驾驶员将动臂操纵杆505推至举升挡位时，动臂操纵杆举升挡位开关501闭合，装载机动臂1开始举升，电控单元500检测到动臂操纵杆举升挡位开关501的闭合信号后，电控单元500控制液压电磁换向阀504的电磁线圈504a通电，液压电磁换向阀504通电动作，拉簧103收缩，经连接盘104拉动分拉杆105，分拉杆105再经拉力板106拉动拉杆107向下运动，拉杆107通过钢丝绳4拉动动臂1上升；同时，拉力板106拉动活塞杆108向下运动并推动活塞109向下移动，无杆腔113的液压油从第一进油口110a排出，经过液压电磁换向阀504流回油箱6，有杆腔112由于活塞109的下移而形成真空，液压油经油箱6和液压电磁换向阀504通过第二进油口111a，被吸入到有杆腔112；此时拉簧103的弹性势转换为动臂1的重力势能；停止动臂1上升时则液压电磁换向阀504回位至关闭位置，此时无杆腔113的第一进油口110a和有杆腔112的第二进油口111a均被液压电磁换向阀504关断，活塞109被固定不动，活塞杆108、拉力板106、拉杆107、分拉杆105、连接盘104均保持固定不动，拉簧103被保持在收缩状态，这样就将拉簧103的弹性势能转换为动臂1上升的重力势能。当动臂1举升至举升限位高度，动臂举升限位开关503闭合，电控单元500控制电磁线圈504a断电，拉簧蓄能器100处于能量保持状态。

当装载机进行刮平作业或不工作时，动臂操纵杆505置于中位或浮动位置，此时电控单元500控制液压电磁换向阀504会保持断电位置，有杆腔112和无杆腔113的液压油不再相互流动，拉簧蓄能器100处于能量保持状态。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，它包括前桥车架（2）、动臂（1）、动臂举升限位开关（503）、动臂操纵杆（505）、点火开关（506），其特征在于：

它还包括拉簧蓄能器（100）、定滑轮（3）、钢丝绳（4）、电控单元（500）、动臂操纵杆举升挡位开关（501）、动臂操纵杆下降挡位开关（502）、液压电磁换向阀（504）；

所述拉簧蓄能器（100）的安装底座（101a）固定安装在前桥车架（2）上，定滑轮（3）固定安装在前桥车架（2）的滑轮支架上，钢丝绳（4）一端与拉杆（107）的一端固定连接，钢丝绳（4）的另一端绕过定滑轮（3）与动臂（1）的中部铰接；拉杆（107）的另一端与拉力板（106）的一端面固定连接，拉力板（106）的另一端面与活塞杆（108）的一端固定连接，活塞杆（108）的另一端穿过油缸封盖（111）的中心通孔与活塞（109）固定连接；活塞（109）装入油缸（110）内，活塞（109）将油缸空腔分为有杆腔（112）和无杆腔（113），拉杆（107）的纵向轴线与拉力板（106）的纵向轴线、活塞杆（108）的纵向轴线、活塞（109）的纵向轴线、油缸（110）的纵向轴线在同一条直线上；壳体（101）的纵向中央位置处设有一个圆柱通孔，圆柱通孔的底部设有周向凸台，通过该周向凸台将油缸（110）固定安装在壳体（101）的该圆柱通孔上；拉力板（106）另一端面的外周上与多个分拉杆（105）的一端固定连接，多个分拉杆（105）以拉力板（106）的纵向轴线对称布置，每个分拉杆（105）的另一端与连接盘（104）的一个端面固定连接，每个连接盘（104）置于壳体（101）的空腔内；每个连接盘（104）的另一个端面和壳体底板（101b）之间固定连接有多条拉簧（103），每条拉簧（103）的一端固定在连接盘（104）上，每条拉簧（103）的另一端固定在壳体底板（101b）上；

所述油缸（110）的底部还设有第一进油口（110a），第一进油口（110a）连通至无杆腔（113）；油缸封盖（111）上还设有第二进油口（111a），第二进油口（111a）连通至有杆腔（112）；

所述液压电磁换向阀（504）的一个控制油口通过液压管路连接至第一进油口（110a），液压电磁换向阀（504）的另一个控制油口通过液压管路连接至第二进油口（111a）；

所述电控单元（500）的输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关（501）、动臂操纵杆下降挡位开关（502）、动臂举升限位开关（503）、点火开关（506），电控单元（500）的输出端连接液压电磁换向阀（504）的电磁线圈（504a）。

2.如权利要求1所述的拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述拉簧蓄能器（100）、定滑轮（3）、钢丝绳（4），在前桥车架（2）的左右两侧各布置一套，且两套装置以前桥车架（2）的纵向轴线对称安装。

3.如权利要求1所述的拉簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述拉簧蓄能器（100）的最大拉伸量大于动臂（1）从最高位置下降到最低位置时钢丝绳（4）所拉动的长度。