CN103243750A - 复合蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合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、结构简单的复合蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置。它包括复合蓄能器、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。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复合蓄能器中，在装载机动臂举升过程中，将复合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

复合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，更确切的说是一种复合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，提供一种能量转化率高、能量密度大、重量轻、结构简单的复合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，本发明的复合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、动臂油缸、油箱、动臂举升限位开关、动臂操纵杆、点火开关，其特征在于它还包括复合蓄能器、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，所述复合蓄能器包括：壳体、安装底座、弹簧座、卡槽板、弹性橡胶带卡夹、压簧、弹性橡胶带、空腔封盖、分压杆、压力板、压杆、活塞杆、活塞、油缸、油缸封盖。

所述复合蓄能器安装在动臂油缸的上方，且复合蓄能器的纵向轴线与动臂油缸的纵向轴线平行，复合蓄能器的压杆的一端与动臂铰接，压杆的另一端与压力板的一端面固定连接，压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；活塞装入油缸内，活塞将油缸空腔分为有杆腔和无杆腔，压杆的纵向轴线与压力板的纵向轴线、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壳体的该圆柱通孔上；压力板另一端面的外周上还与多个分压杆的一端固定连接，多个分压杆以压力板的纵向轴线对称布置，每个分压杆的另一端依次穿过空腔封盖的中心通孔、卡槽板的中心通孔、弹簧座的中心通孔，并与卡槽板及弹簧座固定连接，将每个卡槽板和弹簧座置于壳体的空腔内；在每个空腔封盖的远离压力板的一端面和卡槽板的一端面之间固定安装有多条弹性橡胶带，每条弹性橡胶带的一端固定安装在空腔封盖上，每条弹性橡胶带的另一端固定安装在卡槽板上；在壳体底板内侧底面和弹簧座的与壳体底板内侧底面相对的一端面之间固定安装有多个压簧，每个压簧的一端抵压在弹簧座的弹簧槽上，每个压簧的另一端抵压在壳体底板内侧底面的弹簧槽上；在壳体底板外侧底面的中心位置处固定连接有安装底座，安装底座的底座吊耳铰接安装在前桥车架上。

所述油缸的底部还设有第一进油口，第一进油口连通至无杆腔；所述油缸封盖上还设有第二进油口，第二进油口连通至有杆腔。

所述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，所述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。

所述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，所述电控单元的输出端连接液压电磁换向阀的电磁线圈。

所述复合蓄能器在前桥车架的左右两侧各布置一套，且两套复合蓄能器以前桥车架的纵向轴线对称安装。

所述复合蓄能器的最大压缩量大于动臂从最高位置下降到最低位置时压杆所压缩的量。

本发明与现有技术相比，其优点是：

（1）本发明的复合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条橡胶带和多个压簧，直接将动臂的重力势能转化为弹性橡胶带和压簧的弹性势能，能量转化率高、动态响应快、重量轻、成本低； 

（2）本发明中的复合蓄能器，复合蓄能器中集成了油缸，通过液压电磁换向阀可实现复合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是本发明实施例复合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是本发明实施例复合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.动臂油缸  4.油箱  100.复合蓄能器  101.壳体  101a.壳体底板内侧底面  101b.壳体底板外侧底面  102.弹簧座  103.压簧  104.卡槽板  105.弹性橡胶带  106.空腔盖板  107.弹性橡胶带卡夹  108.分压杆  109.压力板  110.压杆  110a.压杆吊耳  110b.压杆法兰  111.活塞杆  112.活塞  113.油缸  113a.第一进油口  114.油缸封盖  114a.第二进油口  115.有杆腔  116.无杆腔  120.安装底座  120a.底座吊耳  300.电控单元  301.动臂操纵杆举升挡位开关  302.动臂操纵杆下降挡位开关  303.动臂举升限位开关  304.液压电磁换向阀  304a.电磁线圈  305.动臂操纵杆  306.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，本发明的复合蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，包括前桥车架2、动臂1，它还包括复合蓄能器100、电控单元300、动臂操纵杆举升挡位开关301、动臂操纵杆下降挡位开关302、动臂举升限位开关303、液压电磁换向阀304、油箱4。

其中，复合蓄能器100包括：壳体101、安装底座120、弹簧座102、压簧103、卡槽板104、弹性橡胶带105、空腔盖板106、弹性橡胶带卡夹107、分压杆108、压力板109、压杆110、活塞杆111、活塞112、油缸113、油缸封盖114。

复合蓄能器100安装在动臂油缸3的上方，且复合蓄能器100的纵向轴线与动臂油缸的纵向轴线平行，复合蓄能器100的压杆110的一端设有压杆吊耳110a，通过该压杆吊耳110a与动臂1铰接，压杆110的另一端设有压杆法兰110b，通过该压杆法兰110b与压力板109的一端面用螺栓固定连接，压力板109的另一端面与活塞杆111的设有法兰的一端固定连接，活塞杆111的另一端穿过油缸封盖114的中心通孔与活塞112固定连接；活塞112装入油缸113内，活塞112将油缸空腔分为有杆腔115和无杆腔116，压杆110的纵向轴线与压力板109的纵向轴线、活塞杆111的纵向轴线、活塞112的纵向轴线、油缸113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113通过螺栓固定安装在壳体101的该圆柱通孔上；压力板109另一端面的外周上还与六个分压杆108的一端固定连接，六个分压杆108以压力板109的纵向轴线对称布置，每个分压杆109的另一端依次穿过空腔封盖106的中心通孔、卡槽板104的中心通孔、弹簧座102的中心通孔，并与卡槽板104及弹簧座102固定连接，将每个卡槽板104和弹簧座102置于壳体101的空腔内；在每个个空腔封盖106的远离压力板109的一端面和卡槽板104的一端面之间固定安装有二十四条弹性橡胶带105，每条弹性橡胶带105的一端固定安装在空腔封盖106上，每条弹性橡胶带105的另一端固定安装在卡槽板104上；在壳体底板内侧底面101a和弹簧座102的与壳体底板内侧底面101a相对的一端面之间固定安装有三个压簧103，整个复合蓄能器100的六个分压杆可同时压缩共十八个压簧103，每个压簧103的一端抵压在弹簧座102的弹簧槽上，每个压簧103的另一端抵压在壳体底板内侧底面101a的弹簧槽上；在壳体底板外侧底面101b的中心位置处固定连接有安装底座120，安装底座120的底座吊耳120a铰接安装在前桥车架2上。

油缸113的底部还设有第一进油口113a，第一进油口113a连通至无杆腔116；油缸封盖114上还设有第二进油口114a，第二进油口114a连通至有杆腔115。

液压电磁换向阀304的A油口通过液压管路连接至第一进油口113a，液压电磁换向阀304的B油口通过液压管路连接至第二进油口114a，液压电磁换向阀304的P、T油口通过液压管路连接至油箱4。

电控单元300采用单片机，电控单元300的输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关301、动臂操纵杆下降挡位开关302、动臂举升限位开关303、点火开关306，电控单元300的输出端连接液压电磁换向阀304的电磁线圈304a。

复合蓄能器100在前桥车架2的左右两侧各布置一套，且两套复合蓄能器100以前桥车架2的纵向轴线对称安装。

复合蓄能器100的最大压缩量大于动臂1从最高位置下降到最低位置时压杆110所压缩量的10%～20%，以防止弹性橡胶带105被过度拉伸以及压簧103被过度压缩，确保使用安全。

动臂操纵杆举升挡位开关301、动臂操纵杆下降挡位开关302均采用霍尔接近开关，分别安装在动臂操纵杆305举升位置和下降位置的固定支架上，当动臂操纵杆305被置于举升位置时，动臂操纵杆举升挡位开关301闭合，当动臂操纵杆305被置于下降位置时，动臂操纵杆下降挡位开关302闭合；动臂举升限位开关303固定在前桥车架2上，当动臂1举升至最高限定位置时，动臂举升限位开关303闭合。

在装载机作业过程中，驾驶员接通点火开关306，当驾驶员将动臂操纵杆305推至下降挡位时，动臂操纵杆下降挡位开关302闭合，装载机动臂1开始下降，电控单元300检测到下降挡位开关302的闭合信号后，电控单元300控制液压电磁换向阀304的电磁线圈304a通电，液压电磁换向阀304通电动作；随着装载机动臂1的下降，铰接安装在动臂1上的复合蓄能器100的压杆110的压杆吊耳110a将压杆110向内压缩，压杆110通过压力板109推动分压杆108，分压杆108再经卡槽板104和弹簧座102将弹性橡胶带105拉伸、同时将压簧103压缩；于此同时，压杆110通过压力板109推动活塞杆111，活塞杆111推动活塞112一起向无杆腔一侧移动，无杆腔116的液压油从第一进油口113a排出，经过液压管路、液压电磁换向阀304流回油箱4，有杆腔115由于活塞112的移动而形成真空，液压油经过油箱4液压管路、液压电磁换向阀304、第二进油口114a，被吸入到有杆腔115；停止动臂1下降时则液压电磁换向阀304断电回位至关闭位置，此时有杆腔115的第二进油口114a和无杆腔116的第一进油口113a均被液压电磁换向阀304关断，活塞112被固定不动，活塞杆111、压力板109、压杆110、分压杆108、卡槽板104和弹簧座102均保持固定不动，弹性橡胶带105被保持在拉伸状态，压簧103也被保持在压缩状态，这样就将动臂1下落的重力势能转换为弹性橡胶带105和压簧103的弹性势能储存起来。

当驾驶员将动臂操纵杆305推至举升挡位时，动臂操纵杆举升挡位开关301闭合，装载机动臂1开始举升，电控单元300检测到动臂操纵杆举升挡位开关301的闭合信号后，电控单元300控制液压电磁换向阀304的电磁线圈304a通电，液压电磁换向阀304通电动作，在弹性橡胶带105收缩拉力、压簧103压缩弹力的作用下伸长，经卡槽板104和弹簧座102推动分压杆108，分压杆108再经压力板109推动压杆110向外伸长，压杆110推动动臂1上升；于此同时，压力板109拉动活塞杆111并拉动活塞112向有杆腔移动，有杆腔115的液压油从第二进油口114a排出，经过液压管路、液压电磁换向阀304流回油箱4，无杆腔116由于活塞112的上移而形成真空，液压油经油箱4、液压管路、液压电磁换向阀304、第一进油口113a，被吸入到无杆腔116；该过程即将弹性橡胶带105和压簧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304断电回位至关闭位置，此时无杆腔116的第一进油口113a和有杆腔115的第二进油口114a均被液压电磁换向阀304关断，活塞112被固定不动，活塞杆111、压力板109、压杆110、分压杆108、卡槽板104和弹簧座102均保持固定不动，弹性橡胶带105被保持在收缩状态，压簧103被保持在伸长状态，这样就将弹性橡胶带105和压簧103的弹性势能保持在不变的状态。当动臂1举升至举升限位高度，动臂举升限位开关303闭合，电控单元300控制电磁线圈304a断电，复合蓄能器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305置于中位或浮动位置，此时电控单元300控制液压电磁换向阀304会保持断电位置，有杆腔115和无杆腔116的液压油不再相互流动，复合蓄能器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)

1.一种复合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）、动臂油缸（3）、油箱（4）、动臂举升限位开关（303）、动臂操纵杆（305）、点火开关（306），其特征在于：

它还包括复合蓄能器（100）、电控单元（300）、动臂操纵杆举升挡位开关（301）、动臂操纵杆下降挡位开关（302）、液压电磁换向阀（304）；

所述复合蓄能器（100）安装在动臂油缸（3）的上方，且复合蓄能器（100）的纵向轴线与动臂油缸的纵向轴线平行，复合蓄能器（100）的压杆（110）的一端与动臂（1）铰接，压杆（110）的另一端与压力板（109）的一端面固定连接，压力板（109）的另一端面与活塞杆（111）的一端固定连接，活塞杆（111）的另一端穿过油缸封盖（114）的中心通孔与活塞（112）固定连接；活塞（112）装入油缸（113）内，活塞（112）将油缸空腔分为有杆腔（115）和无杆腔（116），压杆（110）的纵向轴线与压力板（109）的纵向轴线、活塞杆（111）的纵向轴线、活塞（112）的纵向轴线、油缸（113）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（113）固定安装在壳体（101）的该圆柱通孔上；压力板（109）另一端面的外周上还与多个分压杆（108）的一端固定连接，多个分压杆（108）以压力板（109）的纵向轴线对称布置，每个分压杆（109）的另一端依次穿过空腔封盖（106）的中心通孔、卡槽板（104）的中心通孔、弹簧座（102）的中心通孔，并与卡槽板（104）及弹簧座（102）固定连接，将每个卡槽板（104）和弹簧座（102）置于壳体（101）的空腔内；在每个空腔封盖（106）的远离压力板（109）的一端面和卡槽板（104）的一端面之间固定安装有多条弹性橡胶带（105），每条弹性橡胶带（105）的一端固定安装在空腔封盖（106）上，每条弹性橡胶带（105）的另一端固定安装在卡槽板（104）上；在壳体底板内侧底面（101a）和弹簧座（102）的与壳体底板内侧底面（101a）相对的一端面之间固定安装有多个压簧（103），每个压簧（103）的一端抵压在弹簧座（102）的弹簧槽上，每个压簧（103）的另一端抵压在壳体底板内侧底面（101a）的弹簧槽上；在壳体底板外侧底面（101b）的中心位置处固定连接有安装底座（120），安装底座（120）的底座吊耳（120a）铰接安装在前桥车架（2）上；

所述油缸（113）的底部还设有第一进油口（113a），第一进油口（113a）连通至无杆腔（116）；所述油缸封盖（114）上还设有第二进油口（114a），第二进油口（114a）连通至有杆腔（115）；

所述液压电磁换向阀（304）的一个控制油口通过液压管路连接至第一进油口（113a），液压电磁换向阀（304）的另一个控制油口通过液压管路连接至第二进油口（114a）；

所述电控单元（300）的输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关（301）、动臂操纵杆下降挡位开关（302）、动臂举升限位开关（303）、点火开关（306），电控单元（300）的输出端连接液压电磁换向阀（304）的电磁线圈（304a）。

2.如权利要求1所述的复合蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述复合蓄能器（100）在前桥车架（2）的左右两侧各布置一套，且两套复合蓄能器（100）以前桥车架（2）的纵向轴线对称安装。

3.如权利要求1所述的复合蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述复合蓄能器（100）的最大压缩量大于动臂（1）从最高位置下降到最低位置时压杆（110）所压缩的量。

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