CN103243751B - 弹性橡胶带蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性橡胶带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、弹性橡胶带蓄能器、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弹性橡胶带蓄能器中，在装载机动臂举升过程中，将弹性橡胶带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

弹性橡胶带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，更确切的说是一种弹性橡胶带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、结构简单的弹性橡胶带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，本发明的弹性橡胶带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，其特征还包括定滑轮、钢丝绳、弹性橡胶带蓄能器、液压电磁换向阀、油箱。

其中，弹性橡胶带蓄能器包括：壳体、安装底座、橡胶带卡夹、密封塞、弹性橡胶带、连接盘、分拉杆、空腔封盖、单向充气阀、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，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穿过空腔封盖上的中心通孔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弹性橡胶带，每条弹性橡胶带的一端固定在连接盘上，每条弹性橡胶带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。

弹性橡胶带蓄能器的壳体和空腔封盖形成封闭空腔，通过单向充气阀向该封闭空腔充入氮气，充入氮气的压力为80～120kPa。

弹性橡胶带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。

将定滑轮、钢丝绳，弹性橡胶带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。

动臂势能回收过程的工作原理为：在装载机作业过程中，驾驶员接通点火开关，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弹性橡胶带拉伸；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，弹性橡胶带被保持在拉伸状态，这样就将动臂下落的重力势能转换为弹性橡胶带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，驾驶员接通点火开关，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，弹性橡胶带收缩，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；此时弹性橡胶带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，弹性橡胶带被保持在收缩状态，这样就将弹性橡胶带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，弹性橡胶带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，弹性橡胶带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)本发明的弹性橡胶带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弹性橡胶带，直接将动臂的重力势能转化为弹性橡胶带的弹性势能，结构简单、能量转化率高、动态响应快、重量轻、成本低；

(2)本发明中的弹性橡胶带蓄能器，弹性橡胶带蓄能器中集成了油缸，通过液压电磁换向阀可实现弹性橡胶带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是本发明实施例弹性橡胶带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是本发明实施例弹性橡胶带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.弹性橡胶带蓄能器 101.壳体 101a.安装底座 101b.壳体底板 102.橡胶带卡夹 103.密封塞 104.弹性橡胶带 105.连接盘 106.分拉杆 107.空腔封盖 107a.单向充气阀 108.拉力板 109.拉杆 109a.拉杆法兰 109b.拉杆吊环 110.活塞杆 111.活塞 112.油缸 112a.第一进油口 113.油缸封盖 113a.第二进油口 114.有杆腔 115.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 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，本发明的弹性橡胶带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、其特征还包括弹性橡胶带蓄能器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、动臂举升限位开关503、液压电磁换向阀504、油箱6。

其中，弹性橡胶带蓄能器100包括：壳体101、安装底座101a、橡胶带卡夹102、密封塞103、弹性橡胶带104、连接盘105、分拉杆106、空腔封盖107、单向充气阀107a、拉力板108、拉杆109、活塞杆110、活塞111、油缸112、油缸封盖113。

弹性橡胶带蓄能器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，拉杆109的一端设有拉杆吊环109b，钢丝绳4的一端与拉杆109的拉杆吊环109b一端固定连接，钢丝绳4另一端绕过定滑轮3与动臂1的中部铰接。

拉杆109的另一端设有拉杆法兰109a，拉杆109的拉杆法兰109a端与拉力板108的一端面固定连接，拉力板108的另一端面与活塞杆110的一端固定连接，活塞杆110的另一端穿过油缸封盖113的中心通孔与活塞111固定连接；活塞111装入油缸112内，活塞111将油缸空腔分为有杆腔114和无杆腔115，拉杆109的纵向轴线与拉力板108的纵向轴线、活塞杆110的纵向轴线、活塞111的纵向轴线、油缸112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112固定安装在壳体101的该圆柱通孔上；拉力板108另一端面的外周上还与六个分拉杆106的一端固定连接，这六个分拉杆106以拉力板108的纵向轴线对称布置，每个分拉杆106的另一端穿过空腔封盖107上的中心通孔与连接盘105的一个端面固定连接，每个连接盘105置于壳体101的空腔内；每个连接盘105的另一个端面和壳体底板101b之间固定连接有十六条弹性橡胶带104，每条弹性橡胶带104的一端用橡胶带卡夹102固定在连接盘105上，每条弹性橡胶带104的另一端也用橡胶带卡夹102固定在壳体底板101b上。

油缸112的底部设有第一进油口112a，第一进油口112a连通至无杆腔115；油缸封盖113上还设有第二进油口113a，第二进油口113a连通至有杆腔114。

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112a，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113a，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。

动臂操纵杆举升挡位开关501、下降挡位开关502分别安装在动臂操纵杆举升位置和下降位置的固定支架上，动臂举升限位开关503固定在前桥车架2上。

弹性橡胶带蓄能器100的壳体101和空腔封盖107形成封闭空腔，通过单向充气阀107a向封闭空腔充入氮气，充入氮气的压力为100kPa，以防止大气对弹性橡胶带的侵蚀和老化作用，延长弹性橡胶带的使用寿命。

弹性橡胶带蓄能器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％，以防止弹性橡胶带被过度拉伸，确保使用安全。

将定滑轮3、钢丝绳4，弹性橡胶带蓄能器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。

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109向上运动，拉杆109通过拉力板108拉动分拉杆106，分拉杆106再经连接盘105将弹性橡胶带104拉伸；同时拉杆109通过拉力板108拉动活塞杆110，活塞杆110拉动活塞111一起上升，有杆腔114的液压油从第二进油口113a排出，经过液压电磁换向阀504流回油箱6，无杆腔115由于活塞111的上移而形成真空，液压油经油箱6和液压电磁换向阀504通过第一进油口112a，被吸入到无杆腔115；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115的第一进油口112a和有杆腔114的第二进油口113a均被液压电磁换向阀504关断，活塞111被固定不动，活塞杆110、拉力板108、拉杆109、分拉杆106、连接盘105均保持固定不动，弹性橡胶带104保持拉伸状态不变，这样就将动臂1下落的重力势能转换为弹性橡胶带104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，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的电磁线圈通电，液压电磁换向阀504通电动作；弹性橡胶带104收缩，经连接盘105拉动分拉杆106，分拉杆106再经拉力板108拉动拉杆109向下运动，拉杆109通过钢丝绳4拉动动臂1上升；同时拉力板108拉动活塞杆110向下运动并推动活塞111向下移动，无杆腔115的液压油从第一进油口112a排出，经过液压电磁换向阀504流回油箱6，有杆腔114由于活塞111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113a，被吸入到有杆腔114；此时弹性橡胶带104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115的第一进油口112a和有杆腔114的第二进油口113a均被液压电磁换向阀504关断，活塞111被固定不动，活塞杆110、拉力板108、拉杆109、分拉杆106、连接盘105均保持固定不动，弹性橡胶带104被保持在收缩状态，这样就将弹性橡胶带104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控制液压电磁换向阀504的电磁线圈断电，弹性橡胶带蓄能器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114和无杆腔115的液压油不再相互流动，弹性橡胶带蓄能器100能量保持。

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 (4)

1.一种弹性橡胶带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），其特征在于：

它还包括弹性橡胶带蓄能器（100）、定滑轮（3）、钢丝绳（4）、液压电磁换向阀（504）；

所述弹性橡胶带蓄能器（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）的一端与拉杆（109）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（109）的另一端与拉力板（108）的一端面固定连接，拉力板（108）的另一端面与活塞杆（110）的一端固定连接，活塞杆（110）的另一端穿过油缸封盖（113）的中心通孔与活塞（111）固定连接；活塞（111）装入油缸（112）内，活塞（111）将油缸空腔分为有杆腔（114）和无杆腔（115），拉杆（109）的纵向轴线与拉力板（108）的纵向轴线、活塞杆（110）的纵向轴线、活塞（111）的纵向轴线、油缸（112）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（112）固定安装在壳体（101）的该圆柱通孔上；拉力板（108）另一端面的外周上还与多个分拉杆（106）的一端固定连接，多个分拉杆（106）以拉力板（108）的纵向轴线对称布置，每个分拉杆（106）的另一端穿过空腔封盖（107）上的中心通孔与连接盘（105）的一个端面固定连接，每个连接盘（105）置于壳体（101）的空腔内；每个连接盘（105）的另一个端面和壳体底板（101b）之间固定连接有多条弹性橡胶带（104），每条弹性橡胶带（104）的一端固定在连接盘（105）上，每条弹性橡胶带（104）的另一端固定在壳体底板（101b）上；

所述油缸（112）的底部还设有第一进油口（112a），第一进油口（112a）连通至无杆腔（115）；油缸封盖（113）上还设有第二进油口（113a），第二进油口（113a）连通至有杆腔（114）；

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（112a），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（113a）。

2.如权利要求1所述弹性橡胶带蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述弹性橡胶带蓄能器（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所述弹性橡胶带蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述弹性橡胶带蓄能器（100）的壳体（101）和空腔封盖（107）形成封闭空腔，通过单向充气阀（107a）向该封闭空腔内充入氮气，充入氮气的压力为80～120kPa。

4.如权利要求1所述弹性橡胶带蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述弹性橡胶带蓄能器（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。