CN103270318B - 用于施工装置的能量再循环系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种能量循环系统。当施工机械执行动臂下降操作和斗杆伸出操作的组合操作时，在动臂下降操作中回流的液压能量借助于能量循环系统而循环用于斗杆伸出操作。根据本发明的用于施工装置的能量循环系统包括：第一液压泵；第二液压泵；斗杆油缸，其具有低压腔，低压腔通过斗杆伸出供应流路连接到第一液压泵；斗杆伸出回流流路，其将斗杆油缸的高压腔连接到液压箱；动臂油缸，其具有低压腔，低压腔通过动臂下降供应流路连接到第二液压泵；动臂下降回流流路，其将动臂油缸的高压腔连接到第二液压箱；汇流和循环流路，其以并联的方式将动臂下降回流流路和斗杆伸出供应流路彼此连接；循环流路，其以并联的方式将动臂下降回流流路和动臂下降供应流路彼此连接；以及多个检测装置，其分别检测斗杆油缸的压力和动臂油缸的压力，以确定在动臂下降操作和斗杆伸出操作的组合操作中从动臂油缸回流的液压流体是否可再生。

Description

用于施工装置的能量再循环系统
技术领域
本发明涉及一种用于施工机械的能量再循环系统，其在施工机械执行动臂下降和斗杆伸出的组合操作时，能够使能量再生。更特别地，本发明涉及一种用于施工机械的能量再循环系统，其能够实现在斗杆伸出操作过程中通过动臂下降操作而回流的液压能量再生。
背景技术
如图1所示，根据现有技术的动臂油缸和斗杆油缸彼此接合的液压系统包括：
第一和第二变排量液压泵（下文称作“第一和第二液压泵”）1和2，第一和第二液压泵1和2连接到发动机（未示出）；
斗杆油缸3，其连接到第一液压泵1；
控制阀4，其安装在第一液压泵1的排放流路中，并控制斗杆油缸3的斗杆回撤和伸出操作；
动臂油缸5，其连接到第二液压泵2；
控制阀6，其安装在第二液压泵2的排放流路中，并控制动臂油缸5的动臂上升和下降操作；以及
汇流阀7，其以并联的方式将第一液压泵1的排放流路和第二液压泵2的排放流路彼此连接，并根据工作条件容许从第一和第二液压泵1和2排放出的液压流体在汇流阀7内彼此汇合，以确保相应致动器的驱动速度。
在如上述构造的液压系统中，当响应于供应至控制阀6的先导信号压力，通过沿附图中的左向移动阀芯而执行动臂下降操作时，从第二液压泵2排放的液压流体经由控制阀6供应到动臂油缸5的小腔。在这种情况下，从动臂油缸5的大腔回流的液压流体中的一些供应到动臂油缸5的小腔。
这样，在动臂下降操作过程中，从动臂油缸5的大腔向第二液压箱T回流的处于高压状态下的液压流体中的一些，供应到动臂油缸5的处于低压状态下的小腔，并在小腔内再生，使得从第二液压泵2排放的液压能量的效率。在这种情况下，液压流体借助于动臂油缸5的横截面面积差异而供应到小腔，其余液压流体回流到第二液压箱T。
另外，在仅斗杆伸出的操作过程中，需要将来自第一液压泵1和第二液压泵2的液压流体的流量彼此汇合的排放流量，使得可在从斗杆油缸3产生的大载荷条件下驱动施工机械。
同时，挖掘工作一般通过动臂下降和斗杆伸出的组合操作来执行，以在挖掘机或类似装置的性能方面提高工作效率。在这种情况下，由于在动臂下降操作过程中供应侧的液压流体的下降压力，因此从第二液压泵2向动臂油缸5供应的液压流体不能在斗杆伸出操作过程中供应到斗杆油缸3。
因此，传统液压系统具有如下问题，即与仅斗杆伸出的操作相比，在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中斗杆伸出操作的工作能力相对地显著劣化。
发明内容
技术问题
因此，本发明致力于解决现有技术中存在的上述问题，且本发明的一个目的是提供一种用于施工机械的能量再生系统，其中，当施工机械执行动臂下降和斗杆伸出的组合操作时，通过动臂下降操作而回流的液压能量可供应到斗杆油缸，由此提高斗杆伸出操作的工作能力。
本发明的另一目的是提供一种用于施工机械的能量再生系统，其中，独立地控制关于液压致动器的供应流路（进口节流）和回流流路（出口节流），并实时地检测液压致动器的压力，使得在执行组合操作时，液压流体可供应至斗杆油缸。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明一实施方式，提供一种用于施工机械的能量再生系统，其包括：
第一和第二变排量液压泵；
斗杆油缸，所述斗杆油缸具有低压腔，所述低压腔通过斗杆伸出供应流路连接到所述第一液压泵；
斗杆伸出回流流路，所述斗杆伸出回流流路构造为将所述斗杆油缸的高压腔连接到第一液压箱；
动臂油缸，所述动臂油缸具有低压腔，所述低压腔通过动臂下降供应流路连接到所述第二液压泵；
动臂下降回流流路，所述动臂下降回流流路构造为将所述动臂油缸的高压腔连接到第二液压箱；
汇流和再生流路，所述汇流和再生流路构造为以并联的方式将所述动臂下降回流流路和所述斗杆伸出供应流路彼此连接，并在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中，将通过动臂下降操作而向所述第二液压箱回流的液压流体中的一些再生地供应到所述斗杆伸出供应流路；
再生流路，所述再生流路构造为以并联的方式将所述动臂下降回流流路和所述动臂下降供应流路彼此连接，并将通过动臂下降操作而向所述第二液压箱回流的液压流体中的一些再生地供应到所述动臂油缸的低压腔；以及
检测装置，所述检测装置构造为检测所述斗杆油缸的压力和所述动臂油缸的压力，以在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中确定从所述动臂油缸向所述第二液压箱回流的液压流体是否可再生。
根据更优选实施方式，用于施工机械的能量再生系统还包括：第一变流量控制阀，所述第一变流量控制阀安装在所述动臂下降供应流路中，并构造为控制从所述第二液压泵向所述动臂油缸的低压腔供应的液压流体；以及第二变流量控制阀，所述第二变流量控制阀安装在所述动臂下降回流流路中，并构造为控制从所述动臂油缸的高压腔向所述第二液压箱回流的液压流体。
根据本发明一实施方式，用于施工机械的能量再生系统还包括：第三变流量控制阀，所述第三变流量控制阀安装在所述斗杆伸出供应流路中，并构造为控制从所述第一液压泵向所述斗杆油缸的低压腔供应的液压流体；以及第四变流量控制阀，所述第四变流量控制阀安装在所述斗杆伸出回流流路中，并构造为控制从所述斗杆油缸的高压腔向所述第一液压箱回流的液压流体。
根据本发明一实施方式，用于施工机械的能量再生系统还包括：第五变流量控制阀，所述第五变流量控制阀安装在所述汇流和再生流路中，并构造为控制从所述动臂油缸的高压腔向所述斗杆油缸的低压腔供应的液压流体。
所述检测装置包括：
第一压力传感器，所述第一压力传感器构造为检测从所述动臂油缸的高压腔产生的压力；以及第二压力传感器，所述第二压力传感器构造为检测从所述第一液压泵向所述斗杆油缸的低压腔供应的排放压力。
有益效果
如上述构造的根据本发明实施方式的用于施工机械的能量再生系统具有以下优点。
当挖掘机执行动臂下降和斗杆伸出的组合操作时，通过动臂下降操作而回流的液压能量可供应至斗杆油缸，由此提高斗杆伸出操作的工作能力。
另外，独立地控制相对于液压致动器的供应流路（进口节流）和回流流路（出口节流），并实时地检测液压致动器（即动臂油缸或类似装置）的压力，由此因液压系统的紧凑性而降低制造成本。
附图说明
图1是示出现有技术中动臂油缸和斗杆油缸彼此接合的液压系统的回路图；
图2是示出根据本发明一实施方式的用于施工机械的能量再生系统的回路图；以及
图3是示出根据本发明一实施方式的用于施工机械的能量再生系统中通过动臂下降操作而再生的至斗杆油缸的液压流体供应的流程图。
附图元件标号列表：
11：第一变排量液压泵
12：第二变排量液压泵
13：斗杆伸出供应流路
14：斗杆油缸
15：斗杆伸出回流流路
16：斗杆下降供应流路
17：动臂油缸
18：动臂下降回流流路
19：汇流和再生流路
20：再生流路
21：第一变流量控制阀
22：第二变流量控制阀
23：第三变流量控制阀
24：第四变流量控制阀
25：第五变流量控制阀
26：第一压力传感器
27：第二压力传感器
28：第三压力传感器
具体实施方式
现将参照附图详述本发明的优选实施方式。诸如详细构造和元件等在具体实施方式中限定的对象仅是提供用来辅助本领域技术人员全面理解本发明的具体细节，本发明并不限于下文公开的实施方式。
如图2所示，根据本发明一实施方式的用于施工机械的能量再生系统包括：
第一和第二变排量液压泵（下文称作“第一和第二液压泵”）11和12，第一和第二液压泵11和12连接到发动机（未示出）；
斗杆油缸14，其具有低压腔（称作小腔），所述低压腔通过斗杆伸出供应流路13连接到第一液压泵11；
斗杆伸出回流流路15，其构造为将斗杆油缸14的高压腔（称作大腔）连接到第一液压箱T；
动臂油缸17，其具有低压腔（称作小腔），所述低压腔通过动臂下降供应流路16连接到第二液压泵12；
动臂下降回流流路18，其构造为将动臂油缸17的高压腔（称作大腔）连接到第二液压箱T；
汇流和再生流路19，其构造为以并联的方式将动臂下降回流流路18和斗杆伸出供应流路13彼此连接，并在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中，将通过动臂下降操作而向第二液压箱T回流的液压流体中的一些再生地供应到斗杆伸出供应流路13；
再生流路20，其构造为以并联的方式将动臂下降回流流路18和动臂下降供应流路16彼此连接，并将通过动臂下降操作而向第二液压箱T回流的液压流体中的一些再生地供应到动臂油缸17的低压腔；以及
检测装置，其构造为在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中，检测斗杆油缸14的压力和动臂油缸17的压力，以确定从动臂油缸17向第二液压箱T回流的液压流体是否可再生。
根据本发明一实施方式，用于施工机械的能量再生系统还包括：第一变流量控制阀21，其安装在动臂下降供应流路16中，并构造为具有可响应于控制信号而改变的打开面积，以控制从第二液压泵12向动臂油缸17的低压腔供应的液压流体的流量或压力；以及第二变流量控制阀22，其安装在动臂下降回流流路18中，并构造为具有可响应于控制信号而改变的打开面积，以控制从动臂油缸17的高压腔向第二液压箱T回流的液压流体的流量或压力。
根据本发明一实施方式，用于施工机械的能量再生系统还包括：第三变流量控制阀23，其安装在斗杆伸出供应流路13中，并构造为具有可响应于控制信号而改变的打开面积，以控制从第一液压泵11向斗杆油缸14的低压腔供应的液压流体的流量或压力；以及第四变流量控制阀24，其安装在斗杆伸出回流流路15中，并构造为具有可响应于控制信号而改变的打开面积，以控制从斗杆油缸14的高压腔向第一液压箱T回流的液压流体的流量或压力。
根据本发明一实施方式，用于施工机械的能量再生系统还包括：第五变流量控制阀25，其安装在汇流和再生流路19中，并构造为具有可响应于控制信号而改变的打开面积，以控制从动臂油缸17的高压腔向斗杆油缸14的低压腔供应的液压流体的流量或压力。
所述检测装置包括：
第一压力传感器26，其构造为检测从动臂油缸17的高压腔产生的压力；以及第二压力传感器27，其构造为检测从第一液压泵11向斗杆油缸14的低压腔供应的排放压力。
在图2中，未解释的参考标号28标示第三压力传感器，其检测从斗杆油缸14的低压腔产生的压力。
下文，将参照附图详述根据本发明的用于施工机械的能量再生系统的使用示例。
参见图2，当施工机械执行斗杆伸出操作时，从第一液压泵11排出的液压流体，经由第三变流量控制阀23，供应到斗杆油缸14的小腔即低压腔。在这种情况下，来自斗杆油缸14的大腔即高压腔的液压流体，经由安装在斗杆伸出回流流路15中的第四变流量控制阀24，回流到第一液压箱T。
同时，分别控制安装在斗杆伸出供应流动路径13中的第三变流量控制阀23和安装在斗杆伸出回流流路15中的第四变流量控制阀24的开口的横截面面积，以控制流通过第三和第四变流量控制阀的开口的液压流体的流量，使得可控制斗杆油缸14的驱动。
参见图2，当施工机械执行动臂下降操作时，从第二液压泵12排放出的液压流体，经由第一变流量控制阀21，供应到动臂油缸17的小腔即低压腔。在这种情况下，来自动臂油缸17的大腔即高压腔的液压流体，经由安装在动臂下降回流流路18中的第二变流量控制阀22，回流到第二液压箱T。在这种情况下，待回流往第二液压箱T的液压流体可沿三个方向分支流动。第一，从动臂油缸17排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体中的一些，经由安装在汇流和再生流路19中的第五变流量控制阀25，沿着斗杆伸出供应流路13供应到斗杆油缸14的小腔，并在斗杆油缸14的小腔内再生。
第二，从动臂油缸17排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体中的一些，经由安装在动臂下降回流流路18中的第二变流量控制阀22，沿着动臂下降供应流路16重新供应到动臂油缸17的小腔，并在动臂油缸17的小腔内再生。
第三，从动臂油缸17排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体中的一些，沿着动臂下降回流流路18回流到第二液压箱T。也即，在动臂下降操作过程中，从动臂油缸17排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体中的一些，因动臂油缸17的横截面面积的差异，重新供应到动臂油缸17的小腔，或者供应到斗杆油缸14的小腔内并在斗杆油缸14的小腔内再生。
同时，分别控制安装在动臂下降供应流路16中的第一变流量控制阀21和安装在动臂下降回流流路18中的第二变流量控制阀22的开口的横截面面积，以控制流通过第一和第二变流量控制阀的开口的液压流体流量，使得可控制动臂油缸17的驱动。
下文，将描述从第一液压泵11和第二液压泵12供应至斗杆油缸14和动臂油缸17的液压流体的流量。
如图2所示，从第二液压泵12排出的液压流体的流量（Q2）供应到动臂油缸17的小腔。此时，从动臂油缸17的大腔排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体的流量由三个部分组成，即供应到斗杆油缸14的小腔并在斗杆油缸14的小腔内再生的液压流体的流量Qa、重新供应到动臂油缸17的小腔并在动臂油缸17的小腔内再生的液压流体的流量Qc、以及回流到第二液压箱T的液压流体的流量Qb。
借助于这种构造，斗杆油缸14同时接收从动臂油缸17再生地供应到斗杆油缸14的液压流体的流量Qa以及从第一液压泵11供应到斗杆油缸14的液压流体的流量Q1，使得可确保供应到斗杆油缸14的液压流体的流量，由此提高斗杆伸出操作的工作能力。同时，液压流体可以流量Q3(=Q1+Qa)从斗杆油缸14的大腔回流到第一液压箱T。
如上所述，借助于安装在动臂下降供应流路16中的第一变流量控制阀21和安装在斗杆伸出供应流动路径13中的第三变流量控制阀23、以及安装在动臂下降回流流路18中的第二变流量控制阀22和安装在斗杆伸出回流流路15中的第四变流量控制阀24，分别独立地控制动臂油缸17和斗杆油缸14的供应流路（进口节流）和回流流路（出口节流）。
同时，可通过安装在动臂下降回流流路18中的第一压力传感器26和安装在斗杆伸出供应流动路径13中的第三压力传感器28，实时地检测动臂油缸17和斗杆油缸14的压力。
如图3所示，在步骤S100时，操作者通过操纵操纵杆（即控制杆）执行动臂下降和斗杆伸出操作。
在步骤S200时，将由第一压力传感器26检测的动臂油缸17大腔的压力值Pa与由第二压力传感器27检测的第一液压泵11的排放压力值P1进行比较。如果在步骤S200确定动臂油缸17大腔的压力值Pa大于第一液压泵11的排放压力值P1（即Pa＞P1），则程序进行到步骤S300。反之，如果动臂油缸17大腔的压力值Pa小于第一液压泵11的排放压力值P1（即Pa＜P1），则程序进行到步骤S400。
在步骤S300可看出，如果动臂油缸17大腔的压力值Pa大于第一液压泵11的排放压力值P1（即Pa＞P1），从动臂油缸17的大腔排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体可供应到斗杆油缸14的小腔，并在斗杆油缸14的小腔内再生。换言之，可通过分别控制安装在汇流和再生流路19中的第五变流量控制阀25和安装在动臂下降回流流路18中的第二变流量控制阀22的开口的横截面面积，从动臂油缸17的大腔排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体供应到斗杆油缸14的小腔并在斗杆油缸14的小腔内再生。
在这种情况下，响应于从外部施加的控制信号，第一、第二、第三以及第五变流量控制阀21、22、23以及25的开口的横截面面积（即A面积、B面积、C面积以及D面积）被控制为各个不同的值。
因此，在动臂下降操作期间，通过回流并再生地供应到斗杆油缸14的液压流体的流量，检测第一液压泵11的排放压力值，以控制第一液压泵11的驱动，使得可减少用于驱动第一液压泵11的动力，第一液压泵11被驱动用来将液压流体供应到斗杆油缸14。
在步骤S400可看到，如果动臂油缸17大腔的压力值Pa小于第一液压泵11的排放压力值P1（即Pa＜P1），则从动臂油缸17的大腔排出的用于回流往第二液压箱T的液压流体不能供应到斗杆油缸14的小腔和在斗杆油缸14的小腔内再生。在这种情况下，响应于从外部施加的控制信号，第一、第二、第三以及第五变流量控制阀21、22、23以及25的开口的横截面面积（即A’面积、B’面积、C’面积以及0（闭合）被控制为各个不同的值。
产业应用性
如上所述，在根据本发明实施方式的用于施工机械的能量再生系统中，当挖掘机执行动臂下降和斗杆伸出的组合操作时，通过动臂下降操作而回流的液压能量可供应到斗杆油缸，由此提高斗杆伸出操作的工作能力。另外，独立地控制关于液压致动器的供应流路（进口节流）和回流流路（出口节流），以及实时地检测液压致动器的压力，由此实现液压系统的紧凑性。

Claims (3)

1.一种用于施工机械的能量再生系统，包括：
第一变排量液压泵和第二变排量液压泵；
斗杆油缸，所述斗杆油缸具有低压腔，所述低压腔通过斗杆伸出供应流路连接到所述第一变排量液压泵；
斗杆伸出回流流路，所述斗杆伸出回流流路构造为将所述斗杆油缸的高压腔连接到第一液压箱；
动臂油缸，所述动臂油缸具有低压腔，所述低压腔通过动臂下降供应流路连接到所述第二变排量液压泵；
动臂下降回流流路，所述动臂下降回流流路构造为将所述动臂油缸的高压腔连接到第二液压箱；
汇流和再生流路，所述汇流和再生流路构造为以并联的方式将所述动臂下降回流流路和所述斗杆伸出供应流路彼此连接，并在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中，将通过动臂下降操作而向所述第二液压箱回流的液压流体中的一些再生地供应到所述斗杆伸出供应流路；
再生流路，所述再生流路构造为以并联的方式将所述动臂下降回流流路和所述动臂下降供应流路彼此连接，并将通过动臂下降操作而向所述第二液压箱回流的液压流体中的一些再生地供应到所述动臂油缸的低压腔；以及检测装置，所述检测装置构造为检测所述斗杆油缸的压力和所述动臂油缸的压力，以在动臂下降和斗杆伸出的组合操作过程中确定从所述动臂油缸向所述第二液压箱回流的液压流体是否可再生；
第一变流量控制阀，所述第一变流量控制阀安装在所述动臂下降供应流路中，并构造为控制从所述第二变排量液压泵向所述动臂油缸的低压腔供应的液压流体；
第二变流量控制阀，所述第二变流量控制阀安装在所述动臂下降回流流路中，并构造为控制从所述动臂油缸的高压腔向所述第二液压箱回流的液压流体；
第三变流量控制阀，所述第三变流量控制阀安装在所述斗杆伸出供应流路中，并构造为控制从所述第一变排量液压泵向所述斗杆油缸的低压腔供应的液压流体；以及
第四变流量控制阀，所述第四变流量控制阀安装在所述斗杆伸出回流流路中，并构造为控制从所述斗杆油缸的高压腔向所述第一液压箱回流的液压流体。
2.如权利要求1所述的能量再生系统，还包括：
第五变流量控制阀，所述第五变流量控制阀安装在所述汇流和再生流路中，并构造为控制从所述动臂油缸的高压腔向所述斗杆油缸的低压腔供应的液压流体。
3.如权利要求1所述的能量再生系统，其中，所述检测装置包括：第一压力传感器，所述第一压力传感器构造为检测从所述动臂油缸的高压腔产生的压力；以及第二压力传感器，所述第二压力传感器构造为检测从所述第一变排量液压泵向所述斗杆油缸的低压腔供应的排放压力。
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