CN103243752A - 压簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压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。它包括压簧蓄能器、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压簧蓄能器中，在装载机动臂举升过程中，将压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

压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，更确切的说是一种压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，提供一种能量转化率高、能量密度大、重量轻、结构简单的压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，本发明的压簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，它包括动臂、前桥车架、动臂油缸、油箱、动臂举升限位开关、动臂操纵杆、点火开关，它还包括压簧蓄能器、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，压簧蓄能器包括：壳体、安装底座、压簧、连接盘、分压杆、压力板、压杆、活塞杆、活塞、油缸、油缸封盖。

压簧蓄能器置安装在动臂油缸的上方，且压簧蓄能器的纵向轴线与动臂油缸的纵向轴线平行，压簧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设有第一弹簧座，壳体底板的内部底面设有第二弹簧座，第二弹簧座和第一弹簧座之间安装有多个压簧，每个压簧的一端抵压在第一弹簧座上，每个压簧的另一端抵压在第二弹簧座上；在壳体底板的外部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在前桥车架上。

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

 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。

 将压簧蓄能器在前桥车架的左右两侧各布置一套，且两套压簧蓄能器以前桥车架的纵向轴线对称安装。

 压簧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。

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，动臂操纵杆下降挡位开关闭合，装载机动臂开始下降，电控单元检测到动臂操纵杆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，铰接在动臂上的压簧蓄能器的压杆向下运动，压杆通过压力板推动分压杆，分压杆再经连接盘将压簧压缩；同时压杆通过压力板推动活塞杆，活塞杆推动活塞一起下移，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，液压油经过油箱和液压电磁换向阀通过第二进油口，被吸入到有杆腔；停止动臂下降时则液压电磁换向阀回位至关闭位置，此时有杆腔的第二进油口和无杆腔的第一进油口均被液压电磁换向阀关断，活塞被固定不动，活塞杆、压力板、压杆、分压杆、连接盘均保持固定不动，压簧被保持在压缩状态，这样就将动臂下落的重力势能转换为压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，动臂操纵杆举升挡位开关闭合，装载机动臂开始举升，电控单元检测到动臂操纵杆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，压簧伸长，经连接盘推动分压杆，分压杆再经压力板推动压杆向上运动，压杆推动动臂上升；同时，压力板推动活塞杆向上运动并拉动活塞向上移动，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，液压油经油箱和液压电磁换向阀通过第一进油口，被吸入到无杆腔；此时压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、压力板、压杆、分压杆、连接盘均保持固定不动，压簧被保持在伸长状态，这样就将压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，压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，压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）本发明的压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压簧，直接将动臂的重力势能转化为压簧的弹性势能，结构简单、能量转化率高、动态响应快、重量轻、成本低； 

（2）本发明中的压簧蓄能器，压簧蓄能器中集成了油缸，通过液压电磁换向阀可实现压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是本发明实施例压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是本发明实施例压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.动臂油缸  4.油箱  100.压簧蓄能器  101.壳体  101a.壳体底板  101b.第二弹簧座  102.安装底座  102a.底座吊耳  103.压簧  104.连接盘  104a.第一弹簧座  105.分压杆  106.压力板  107.压杆  107a.压杆吊耳  107b.压杆法兰  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  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，本发明的压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、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，它还包括压簧蓄能器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。

其中，压簧蓄能器100包括：壳体101、安装底座102、压簧103、连接盘104、分压杆105、压力板106、压杆107、活塞杆108、活塞109、油缸110、油缸封盖111。

压簧蓄能器100安装在动臂油缸3的上方，且压簧蓄能器100的纵向轴线与动臂油缸3的纵向轴线平行，压簧蓄能器100的压杆107的一端设有压杆吊耳107a，并通过压杆吊耳107a与动臂1铰接，压杆107的另一端设有压杆法兰107b，并通过压杆法兰107b与压力板106的一端面用螺栓固定连接，压力板106的另一端面与活塞杆108的一端用螺栓固定连接，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，装有活塞杆108的一侧为有杆腔112，未装有活塞杆108的一侧为无杆腔113，压杆107的纵向轴线与压力板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轴向定位并固定安装在壳体101的该圆柱通孔上；压力板106另一端面的外周上还与六个分压杆 105 的一端固定连接，六个分压杆 105 以压力板106的纵向轴线对称布置，每个分压杆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置于壳体的空腔内；每个连接盘104的另一个端面设有第一弹簧座104a，壳体底板101a的内部底面设有第二弹簧座101b，第二弹簧座101b和第一弹簧座104a之间安装有三个不同直径的压簧103，每个压簧103的一端抵压在第一弹簧座104a上，每个压簧103的另一端抵压在第二弹簧座101b上；在壳体底板101a的外部底面的中心位置处固定连接有安装底座102，安装底座102的底座吊耳102a铰接在前桥车架2上。

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304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304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304的P、T油口通过液压管路连接至油箱4。

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

压簧蓄能器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107压缩量的10%～20%，以防止压簧被过度压缩，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。

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。

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检测到动臂操纵杆下降挡位开关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，铰接在动臂1上的压簧蓄能器100的压杆107向下运动，压杆107通过压力板106推动分压杆105，分压杆105再经连接盘104将压簧103压缩；同时压杆107通过压力板106推动活塞杆108，活塞杆108推动活塞109一起上升，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304流回油箱4，有杆腔112由于活塞109的下移而形成真空，液压油经过油箱4和液压电磁换向阀304通过第二进油口111a，被吸入到有杆腔112；停止动臂1下降时则液压电磁换向阀304回位至关闭位置，此时有杆腔112的第二进油口111a和无杆腔113的第一进油口110a均被液压电磁换向阀304关断，活塞109被固定不动，活塞杆108、压力板106、压杆107、分压杆105、连接盘104均保持固定不动，压簧103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压簧103的弹性势能储存起来。

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，压簧103伸长，经连接盘104推动分压杆105，分压杆105再经压力板106推动压杆107向上运动，压杆107推动动臂1上升；同时，压力板106推动活塞杆108向上运动并拉动活塞109向上移动，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304流回油箱4，无杆腔113由于活塞109的上移而形成真空，液压油经油箱4和液压电磁换向阀304通过第一进油口110a，被吸入到无杆腔113；此时压簧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304关断，活塞109被固定不动，活塞杆108、压力板106、压杆107、分压杆105、连接盘104均保持固定不动，压簧103被保持在伸长状态，这样就将压簧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303闭合，电控单元300控制电磁线圈304a断电，压簧蓄能器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112和无杆腔113的液压油不再相互流动，压簧蓄能器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)

1.一种压簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，它包括动臂（1）、前桥车架（2）、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：

它还包括压簧蓄能器（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）；

所述压簧蓄能器（100）安装在动臂油缸（3）的上方，且压簧蓄能器（100）的纵向轴线与动臂油缸（3）的纵向轴线平行，压簧蓄能器（100）的压杆（107）的一端与动臂（1）铰接，压杆（107）的另一端与压力板（106）的一端面固定连接，压力板（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），压杆（107）的纵向轴线与压力板（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；压力板（106）另一端面的外周上还与多个分压杆（105）的一端固定连接，多个分压杆（105）以压力板（106）的纵向轴线对称布置，每个分压杆（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）置于壳体的空腔内；每个连接盘（104）的另一个端面设有第一弹簧座（104a），壳体底板（101a）的内部底面设有第二弹簧座（101b），第二弹簧座（101b）和第一弹簧座（104a）之间安装有多个压簧（103），每个压簧（103）的一端抵压在第一弹簧座（104a）上，每个压簧（103）的另一端抵压在第二弹簧座（101b）上；在壳体底板（101a）的外部底面的中心位置处固定连接有安装底座（102），安装底座（102）的底座吊耳（102a）铰接在前桥车架（2）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（304）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（304）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（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所述压簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述压簧蓄能器（100）在前桥车架（2）的左右两侧各布置一套，且两套压簧蓄能器（100）以前桥车架（2）的纵向轴线对称安装。

3.如权利要求1所述压簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，其特征在于：所述压簧蓄能器（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（107）的压缩量。

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