CN103615443B - 一种能量回收液压系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量回收液压系统，包括压力油源、油箱、换向阀、执行机构和增压装置，由于液压油路中设置了增压装置，且增压装置的两端直接连接在进油路和出油路之间，增压装置的两端没有连接控制阀，即增压装置的低压端与换向阀的第三油口和油箱之间的油路相连通，高压端与压力油源和换向阀的第一油口之间的油路相连通，这样，增压装置的工作不需要控制阀来进行控制，该能量回收液压系统能随时进行能量的回收利用，不但能量回收利用的实时性较好，而且结构简单，控制简单方便，成本也较低。另外，本发明还公开了一种设有该能量回收液压系统的工程机械和泵送设备。

Description

一种能量回收液压系统及工程机械

技术领域

本发明涉及液压技术领域，特别涉及一种能量回收液压系统及设有该能量回收液压系统的工程机械。

背景技术

目前，能量回收气压、液压系统一般用于制动系统和能量转换系统，如汽车制动系统、起重机臂架势能回收系统等。现有技术大多数利用蓄能器来回收系统能量，且蓄能器采用控制阀组来进行控制。

具体地，专利号为“201210025010.1”的中国专利公开了一种允许能量回收的液压传动装置，如图1所示，该液压传动装置主要包括液压马达101、液压泵100、流体蓄能器102、多个电磁换向阀和执行机构，液压泵100提供动力源，电磁换向阀105、电磁换向阀107、电磁换向阀104用于控制执行机构的正反转，电磁换向阀108用于控制能量回收或直接回油箱，电磁换向阀106用于控制流体蓄能器102中压力油是否补偿到液压泵100出油端。当电磁换向阀106工作在左位时，系统带压力的回油储存在流体蓄能器中，当电磁换向阀108工作在下位时，流体蓄能器102中的油补偿到工作油口，实现回收能量的再利用。但是这种能量回收模式有以下多个缺陷：

1）流体蓄能器通过阀组实现能量传递控制，流体蓄能器102必须单独工作在储能状态或者能量传递状态，而且控制较为复杂，适应能力较差，故障率也比较高，成本较高；

2）阀组动作过程中会增大系统的压力冲击，不能有效的减振和缓冲；

3）流体蓄能器102回油通过溢流阀和球阀连接到油箱，球阀打开时能量回收失效；球阀关闭时，回油有背压，增大能量浪费，能量回收率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种能量回收液压系统，该能量回收液压系统不仅能实现能量的回收利用，还能解决现有技术中能量回收利用实时性较差、控制较为复杂、适应能力较差、成本较高、不能有效减振和缓冲以及能量回收效率较低等技术问题或者至少其中之一；另外，本发明还提出了一种设有该能量回收液压系统的工程机械。

一方面，本发明还提供一种能量回收液压系统，包括压力油源、油箱、换向阀、执行机构和增压装置，所述换向阀包括第一油口、第二油口、第三油口和第四油口；所述第一油口与压力油源相连通，所述第二油口、第四油口与执行机构相连通，所述第三油口与油箱相连通；所述增压装置的低压端连接在所述第三油口和油箱之间的油路上，高压端连接在所述压力油源和第一油口之间的油路上。

进一步地，所述增压装置为增压缸，所述增压缸包括相连通的第一缸体和第二缸体，第一缸体和第二缸体中分别设置有活塞，两个活塞通过活塞杆连接，所述第一缸体的缸径大于第二缸体的缸径；所述第一缸体的油口与所述换向阀的第三油口相连通，所述第二缸体的油口与所述压力油源相连通。

进一步地，所述增压装置为油缸，所述油缸包括有杆腔和无杆腔，所述无杆腔与所述换向阀的第三油口相连通，所述有杆腔与所述压力油源相连通。

进一步地，还包括溢流阀，所述溢流阀的出油口与所述油箱相连通，所述溢流阀的进油口连接在所述增压装置的高压端和所述压力油源之间的油路上。

进一步地，还包括控制阀，所述控制阀连接在所述增压装置的低压端与所述换向阀的第三油口之间的油路上。

进一步地，还包括蓄能器，所述蓄能器连接在所述增压装置的高压端与所述压力油源之间的油路上。

进一步地，所述执行机构包括第一油缸、第二油缸，第一油缸、第二油缸的活塞杆相连接；所述第一油缸的无杆腔与所述换向阀的第二油口相连通，所述第二油缸的无杆腔与所述换向阀的第四油口相连通。

进一步地，所述执行机构为多个，每个所述执行机构连接一个所述换向阀，每个所述换向阀的第一油口与所述压力油源以及增压装置的高压端相连通，第三油口与所述增压装置的低压端以及油箱相连通。

另一方面，本发明还提供一种工程机械，包括液压系统，所述液压系统包括上述任一项所述的能量回收液压系统。

进一步地，该工程机械为泵送设备，且所述执行机构为摆阀油缸。

本发明提供的一种能量回收液压系统，包括压力油源、油箱、换向阀、执行机构和增压装置，与现有技术相比，液压油路中设置了增压装置，增压装置的低压端与换向阀的第三油口和油箱之间的油路相连通，高压端与压力油源和换向阀的第一油口之间的油路相连通，这样，当液压系统执行机构动作时，压力油源和换向阀的第一油口之间的油路进油，第三油口与油箱之间的油路回油，而构成油路的管路本身具有阻尼，油液因回油量大会在第三油口与油箱之间的回油路中形成压力，该压力驱动增压装置，并经增压装置的压力放大后，回收利用至压力油源和换向阀的第一油口之间的进油路中。该能量回收液压系统能随时进行能量的回收利用，不但能量回收利用的实时性较好，而且结构简单，控制简单方便，成本也较低。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为相关技术中能量回收的液压传动装置的液压油路示意图；

图2为本发明具体实施例中一种能量回收液压系统的液压油路示意图；

图3为本发明具体实施例中另一种能量回收液压系统的液压油路示意图；

图4为本发明具体实施例中又一种能量回收液压系统的液压油路示意图；

图5为本发明具体实施例中又一种能量回收液压系统的液压油路示意图；

图6为本发明具体实施例中又一种能量回收液压系统的液压油路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图2-6并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，本发明具体实施例提出了一种能量回收液压系统，包括压力油源、油箱8、换向阀2、执行机构和增压装置，其中，压力油源为液压泵1，换向阀2为三位四通阀，包括油口P（第一油口）、油口A（第二油口）、油口Ｔ（第三油口）以及油口Ｂ（第四油口），油口P与液压泵1的出油口相连通，油口A和油口Ｂ与执行机构相连通，油口Ｔ与油箱8相连通，增压装置的低压端连接在油口Ｔ和油箱8之间的油路上，高压端连接在液压泵1和油口P之间的油路上。由于该能量回收液压系统的液压油路中设置了增压装置，且增压装置的低压端直接与换向阀2的油口Ｔ相连通，高压端直接与换向阀2的油口Ｐ相连通，这样，当液压系统执行机构动作时，压力油源和换向阀的油口P之间的油路进油，油口Ｔ与油箱之间的油路回油，而构成油路的管路本身具有阻尼，油液因回油量大会在油口Ｔ与油箱之间的回油中形成压力，该压力驱动增压装置，并经增压装置的压力放大后，回收利用至压力油源和换向阀的油口P之间的进油路中。上述增压装置的工作不需要控制阀来进行控制，简化了控制过程，该能量回收液压系统能随时进行能量的回收利用，不但能量回收利用的实时性较好，而且结构简单，控制简单方便，成本也较低。

具体地，增压装置为增压缸5，增压缸5包括第一缸体和第二缸体，第一缸体和第二缸体中分别设置有活塞，两个活塞通过活塞杆连接，第一缸体的缸径大于第二缸体的缸径；两个活塞分别连接在活塞杆的两端，且分别位于第一缸体和第二缸体内；第一缸体的油口Ｍ与换向阀2的油口Ｔ相连通，第二缸体的油口Ｎ与油口P相连通。另外，执行机构包括左油缸3（第一油缸）、右油缸4（第二油缸），左油缸3和右油缸4的活塞杆相连接；左油缸3的无杆腔与油口Ａ相连通，右油缸4的无杆腔与油口Ｂ相连通。当然，执行机构还可以是别的液压元件，在此不再一一列举。

该能量回收液压系统的工作原理为：首先，换向阀2位于中位，液压泵1与执行机构之间的油路截止，增压缸5内的活塞位于最左侧；然后换向阀2的阀芯位于左位，液压泵1的压力油通过换向阀2，并驱使右油缸4动作，从而带动工作部件动作；当换向阀2工作在右位时，液压泵1的压力油通过换向阀2的油口A驱使左油缸3动作，从而活塞杆驱使右油缸4内的活塞动作，右油缸4的回油通过换向阀2的油口B流向换向阀2的油口T，换向阀2的油口T连接油箱8的同时连接增压缸5的油口Ｍ，由于在回油过程中，换向阀2的油口T连接油箱8的管路存在阻尼，因此存在背压，回油路的压力油驱使增压缸5内的活塞向油口Ｎ方向移动，从而使得第二缸体内的压力油流向换向阀2的油口Ａ，与液压泵1的液压油一起驱动执行机构动作，起到能量回收利用的作用，加速执行机构的动作。由于增压缸5的两端没有设置控制阀，而是直接连接在进油路和出油路上，从而增压缸5可以实时进行能量的回收利用，而且该液压系统结构简单，控制简单方便，成本也较低。

需要说明的是，由于左油缸3内的活塞移动到末端存在压力冲击时，将推动增压缸5内的活塞快速向油口Ｎ方向移动，此时回油压力冲击会减小，但是油口Ｎ的压力油流向了液压泵1与换向阀2之间的油路，此刻增压缸5的油口N与换向阀的油口P之间的压力较大，为了起到过载保护作用，该能量回收液压系统还可以包括溢流阀7，溢流阀7的出油口与油箱8相连通，溢流阀7的进油口连接在增压缸5的油口Ｎ和液压泵1之间的油路上。

另外，上述的增压装置也可以为油缸5′，如图4所示，该油缸5′包括有杆腔和无杆腔，无杆腔与换向阀2的油口Ｔ相连通，有杆腔与油口Ｐ相连通。其工作原理与增压缸5类似，在此不再详细说明。需要说明的是，增压装置不限于以上所述的油缸5′和增压缸5，还可以是配套使用的液压泵和液压马达，在此也不一一列举。

优选地，该能量回收液压系统还可以包括蓄能器6，如图3和4所示，该蓄能器6连接在增压装置的油口N与液压泵1之间的油路上。此时的工作原理为：液压泵1工作时，换向阀位2于中位，液压泵1与执行机构之间的油路截止，液压泵1为蓄能器充压，且增压装置内的活塞处于最左侧；然后，换向阀2处于左位，溢流阀7起到过载保护作用；压力油通过换向阀2驱使右油缸4动作，同时给蓄能器6充压，蓄能器6对液压泵1的出口压力起稳定作用；当换向阀2工作在右位时，液压泵1通过换向阀2的油口A驱使左油缸3动作，左油缸3通过活塞驱使右油缸4动作，右油缸4的回油通过换向阀2的油口B流向换向阀2的油口T，换向阀2的油口T连接油箱8的同时连接增压装置的油口M，由于在回油过程中换向阀2的油口T连接油箱8的管路存在阻尼，因此存在背压，回油路的压力油驱使增压装置的活塞向油口N端移动，将能量储存在蓄能器6中，当左油缸3内的活塞移动到末端存在压力冲击时，将推动增压装置内的活塞快速向油口Ｎ端移动，回油压力冲击减小，将压力冲击能量传递到储能器，起到减振、缓冲作用。左油缸3和右油缸4停顿期间，蓄能器6中压力油将增压装置的活塞推动向油口M端移动，当换向阀2处于左位时，蓄能器6中压力油流向换向阀2的油口Ｐ，加速左油缸3和右油缸4内的活塞向左移动，起到能量回收作用。

该实施例中的能量回收液压系统具有以下优点：能量回收利用实时性好，而且在回收能量的同时，还具备减振、缓冲作用；该液压系统结构简单，控制方便，成本较低，能量回收率高。另外，如果增压装置为增压缸5时，还可以通过改变增压缸5的面积比，可选择性吸收回油路的压力冲击。

需要说明的是，执行机构可以为多个，每个执行机构连接一个换向阀2，每个换向阀2的油口Ｐ与压力油源以及增压装置的高压端相连通，油口Ｔ与增压装置的低压端以及油箱相连通。另外，有时候为了对能量的回收利用分阶段实行，实时性不需要太强的时候，也可以在增压装置的油口M与换向阀2的油口T之间加设控制阀9。

本发明具体实施例还提供了一种工程机械，包括液压系统，液压系统包括上述任意一种能量回收液压系统。因此该工程机械也具有能量回收作用，减小了能耗，提高了能量回收利用的实时性，而且结构简单，成本较低。具体地，该工程机械为采用S阀的泵送设备，S阀的摆动换向通过一个或两个摆阀油缸驱动。由于S阀摆动换向时间较短(通常为0.2秒左右)，因此摆阀油缸的运行速度极快，回油量较大。又由于回油管路具有一定阻尼，回油时会产生较大的冲击压力，本能量回收液压系统用于泵送设备的摆阀油缸换向过程中，可以起到良好的能量回收利用的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种能量回收液压系统，其特征在于，包括压力油源、油箱(8)、换向阀(2)、执行机构和增压装置，所述换向阀(2)包括第一油口、第二油口、第三油口和第四油口；所述第一油口与压力油源相连通，所述第二油口、第四油口与执行机构相连通，所述第三油口与油箱(8)相连通；所述增压装置的低压端连接在所述第三油口和油箱(8)之间的油路上，高压端连接在所述压力油源和第一油口之间的油路上；所述能量回收液压系统还包括蓄能器(6)，所述蓄能器(6)连接在所述增压装置的高压端与所述压力油源之间的油路上。

2.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述增压装置为增压缸(5)，所述增压缸(5)包括第一缸体和第二缸体，第一缸体和第二缸体中分别设置有活塞，两个活塞通过活塞杆连接，所述第一缸体的缸径大于第二缸体的缸径；所述第一缸体的油口与所述换向阀(2)的第三油口相连通，所述第二缸体的油口与所述压力油源相连通。

3.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述增压装置为油缸(5′)，所述油缸(5′)包括有杆腔和无杆腔，所述无杆腔与所述换向阀(2)的第三油口相连通，所述有杆腔与所述压力油源相连通。

4.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括溢流阀(7)，所述溢流阀(7)的出油口与所述油箱(8)相连通，所述溢流阀(7)的进油口连接在所述增压装置的高压端和所述压力油源之间的油路上。

5.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括控制阀(9)，所述控制阀连接在所述增压装置的低压端与所述换向阀(2)的第三油口之间的油路上。

6.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述执行机构包括第一油缸、第二油缸，第一油缸、第二油缸的活塞杆相连接；所述第一油缸的无杆腔与所述换向阀(2)的第二油口相连通，所述第二油缸的无杆腔与所述换向阀(2)的第四油口相连通。

7.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述执行机构为多个，每个所述执行机构连接一个所述换向阀(2)，每个所述换向阀(2)的第一油口与所述压力油源以及增压装置的高压端相连通，第三油口与所述增压装置的低压端以及油箱相连通。

8.一种工程机械，包括液压系统，其特征在于，所述液压系统包括权利要求1-7任一项所述的能量回收液压系统。

9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于，该工程机械为泵送设备，且所述执行机构为摆阀油缸。