CN103671365B - 一种能量回收和再利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能量回收和再利用装置，所述能量回收和再利用装置包括：起重臂组件和液压系统。所述装置将起重臂下降时的低压油转换为高压油并存储在蓄能器中，在起重臂上升时再供给高压油使得起重臂上升。该装置利用全液压系统，将起重臂下降的势能部分转换成流体的压力能并储存到液压蓄能器中，并用于下次举升重物，使消耗动力获得的势能部分得到再生，以降低驱动液压主泵的负荷和功率，本发明的能量回收和再利用装置回收和再生效率高，节能减排效益显著。简便易行，投资少，寿命长。新造时配置或旧机改造时添置均可，可以广泛应用于挖掘机械、装载机械和起重设备等大型工程机械中。

Description

一种能量回收和再利用装置

技术领域

本发明涉及一种能量回收和再利用装置，尤其是涉及一种起重臂自重势能的能量回收和再利用装置。

背景技术

工程机械由于应用广、数量多、耗油高、排放差等特点，对其实现高效、节能已成为国、内外工程机械研究者探索、追求的目标之一。工程机械系统的节能研究目前主要从两方面展开：基于系统控制策略和控制方法的节能研究和基于系统结构的节能研究。基于系统结构的节能研究包括基于阀控系统改进、动力源系统改进、能量回收的节能研究。基于能量回收的工程机械的节能研究包括机械式、液压式、电气式能量回收。液压式回收采用蓄能器作为储能元件，蓄能器能够储存并释放压力能，其性能稳定，能够满足工程机械快速节能的要求。电气式回收多采用电储能元件电池或电容器，将机械能转化为电能储存并利用。

就起重设备而言，目前工程上研究的起重设备的能量回收主要研究起重臂的势能回收，其中大部分采用电气式回收方式。目前电气式能量回收方法存在设备复杂、成本较高的问题，由于电储能元件及发电机的成本较高，限制了该回收方案在实际中的应用，而且机械能、压力能、电能的反复转换也降低了能量回收的利用率。

另外，现有的液压驱动的起重机中，当需要起重臂上升时，高压油液进入与起重臂相连的油缸的大腔，推动活塞，带动活塞杆向上伸出，从而使得与活塞杆相连的起重臂上升；当需要起重臂下降时，高压油液进入与起重臂相连的油缸的小腔，推动活塞，带动活塞杆向下缩回，从而使得与活塞杆相连的起重臂下降，同时，在油缸大腔中的低压油液排回到油箱。由于液压驱动的起重臂的自重很大，其产生的势能也很大，由此产生的液压能量也较大，现有技术中，如CN202056123U，其公开了一种利用起重臂自重的势能回收蓄能器，但是其存在的问题是不能实现能量回收与主液压回路的结合，系统协调性较差。另外，CN101408213公开了一种混合动力工程机械蓄能器-液压马达能量回收系统，其主要通过变频电机、整流/逆变器、压力传感器等一套复杂的电器转换设备，其设置电器转换设备的过程复杂、成本较高，不利于应用。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种起重臂自重势能的能量回收和再利用装置，该起重臂自重势能的能量回收和再利用装置利用全液压系统控制，以可控制的方式实现了能量回收与主液压回路的结合，系统协调性好，此外，不要采用变频电机、整流/逆变器、压力传感器等复杂的电器转换设备，节约了成本。而且只有势能和压力能的转换，提高能量回收的利用率。

本发明的起重臂自重势能的能量回收和再利用装置的技术方案如下：

一种起重臂自重势能的能量回收和再利用装置，所述能量回收和再利用装置包括：起重臂组件和液压系统；所述起重臂组件包括起重臂10和重物7；所述液压系统包括：液压主泵系统，该液压主泵系统包括液压主泵2，先导泵3以及驱动液压主泵2和先导泵3的电动机；与起重臂10连接的油缸9，所述油缸包括缸筒、活塞和活塞杆，活塞杆一端与活塞相连，另一端与起重臂相连，活塞杆的伸出和缩回带动起重臂上升或下降；液压主阀4，该液压主阀位于液压主泵2和油缸9之间，控制油缸油液的流向；其特征在于：所述液压系统还包括能量回收和再利用系统，该能量回收和再利用系统包括第一多路阀11、第二多路阀5、升压设备16和蓄能器12；第一多路阀11连接在油缸大腔和升压设备16的入口之间，蓄能器12连接在升压设备16的出口，第二多路阀5连接升压设备16的出口和油缸大腔之间，并与所述蓄能器12流体连通；在起重臂10下降时，所述能量回收和再利用系统能够将油缸9大腔中流出的低压油转变成高压油并储存在蓄能器12中；在起重臂10上升时，所述能量回收和再利用系统能够将蓄能器12中的高压油再释放到油缸9的大腔中得到再利用。

本发明的起重臂自重势能的能量回收和再利用装置利用全液压系统，将起重臂下降的势能部分转换成流体的压力能并储存到液压蓄能器中，并用于下次举升重物，使消耗动力获得的势能部分得到再生，以降低驱动液压主泵的负荷和功率，本发明的能量回收和再利用装置回收和再生效率高，节能减排效益显著。简便易行，投资少，寿命长。新造时配置或旧机改造时添置均可，可以广泛应用于挖掘机械、装载机械和起重设备等大型工程机械中。

附图说明

当阅读下列有关附图的详细说明和具体实施方式时，本发明的这些及其他特征、方面和优点将得到更好的理解，其中：

图1是本发明的起重臂自重势能的能量回收和再利用装置的液压系统原理图。

图中，1-先导手柄，2-液压主泵，3-先导泵，4-液压主阀，5-第二多路阀，6-第三单向阀，7-重物，8-第二单向阀，9-油缸，10-起重臂，11-第一多路阀，12-蓄能器，13-溢流阀，14-第一单向阀，15-第四单向阀，16-升压设备

具体实施方式

本发明公开了一种起重臂自重势能的能量回收和再利用装置，所述能量回收和再利用装置包括：起重臂组件和液压系统；所述起重臂组件包括起重臂10和重物7；所述液压系统包括：液压主泵系统，该液压主泵系统包括液压主泵2，先导泵3以及驱动液压主泵2和先导泵3的电动机；与起重臂10连接的油缸9，所述油缸包括缸筒、活塞和活塞杆，活塞杆一端与活塞相连，另一端与起重臂相连，活塞杆的伸出和缩回带动起重臂上升或下降；液压主阀4，该液压主阀位于液压主泵2和油缸9之间，控制油缸油液的流向；其特征在于：所述液压系统还包括能量回收和再利用系统，该能量回收和再利用系统包括第一多路阀11、第二多路阀5、升压设备16和蓄能器12；第一多路阀11连接在油缸大腔和升压设备16的入口之间，蓄能器12连接在升压设备16的出口，第二多路阀5连接升压设备16的出口和油缸大腔之间，并与所述蓄能器12流体连通；在起重臂10下降时，所述能量回收和再利用系统能够将油缸9大腔中流出的低压油转变成高压油并储存在蓄能器12中；在起重臂10上升时，所述能量回收和再利用系统能够将蓄能器12中的高压油再释放到油缸9的大腔中得到再利用。

在优选的实施例中，所述能量回收和再利用装置通过所述升压设备16将低压油转变成高压油。从而在需要提升起重臂时，将高压油与液压主泵的压力油联合供给到油缸的大腔，促使活塞杆带动起重臂伸出。

所述升压设备16包括液压马达和液压泵，液压马达的旋转轴与液压泵的驱动轴相连，从第一多路阀11流出的油液进入液压马达，液压马达旋转带动液压泵工作，液压泵工作将油液泵入到蓄能器12中。

由于所述液压马达的排量大于所述液压泵的排量，因此实现了将低压的压力油转换为高压压力油并存储在蓄能器中，供后继的操作使用，实现了能量的回收和再利用。

所述升压设备16的出口设置有第四单向阀15，该单向阀允许液压从升压设备流向蓄能器12，并防止倒流，避免油液对泵的冲击。

所述第四单向阀15的出口及蓄能器12的入口与溢流阀13流体连通，液压泵的输出压力由所述溢流阀设定，通过溢流阀可方便地设定蓄能器的输出压力，无需其他电控设备。

所述液压主阀4为三位四通电磁换向阀，所述第一多路阀11和第二多路阀5为两位两通电磁换向阀，可以相应控制信号简便、快捷地对油液的流向做出控制。

所述的能量回收和再利用装置还包括先导手柄1，先导泵的出油口与先导手柄的压力油输入端连通；先导手柄包括第一控制线路和第二控制线路，所述第一控制线路与第一多路阀11的控制端和液压主阀4的左控制端端相连，所述第二控制线路与第二多路阀5的控制端和右控制端相连。

当需要起重臂下降时，先导手柄1扳到起重臂下降位置，所述第一控制线路激发第一多路阀11的控制端和液压主阀4的左控制端，使得第一多路阀处于开启位置，并且使得液压主阀4处于左位，液压主泵2的压力油进入油缸9的小腔，促使活塞杆下降，油缸的大腔通过开启的多路阀与升压设备的入口连通。在所述第一多路阀11和升压设备16之间连接有第一单向阀14，其使得来自第一多路阀的液压油可以流向升压设备的入口，并且防止油液倒流。

当需要起重臂上升时，先导手柄1扳到起重臂上升位置，所述第二控制线路激发第二多路阀11的控制端和液压主阀4的右控制端，使得第二多路阀处于开启位置，此时，蓄能器12中的高压油通过第二多路阀进入油缸的大腔；同时，使得液压主阀4处于右位，液压主泵2的压力油进入油缸9的大腔，促使活塞杆上升。在液压主阀4和油缸9大腔之间设有第二单向阀8，其允许来自液压主阀4的油液进入油缸的大腔，并防止倒流。在第二多路阀5和第二单向阀8之间设有第三单向阀6，其允许来自第二多路阀5的油液通过第二单向阀8进入油缸大腔，并防止倒流。

本发明公开的一种起重臂自重势能的能量回收和再利用装置可以利用先导手柄与液压主阀、第一和第二多路阀之间的控制线路方便地控制，实现液压主阀与第一多路阀、液压主阀与第二多路阀的联合动作，彼此协调配合，以可控制的方式，将起重臂下降的势能部分转换成流体的压力能并储存到液压蓄能器中，并用于下次举升重物，使消耗动力获得的势能部分得到再生，以降低驱动液压主泵的负荷和功率，本发明的能量回收和再利用装置回收和再生效率高，节能减排效益显著。简便易行，投资少，寿命长。新造时配置或旧机改造时添置均可，可以广泛应用于挖掘机械、装载机械和起重设备等大型工程机械中。

上述虽然结合实施例以及附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种起重臂自重势能的能量回收和再利用装置，所述能量回收和再利用装置包括：

起重臂组件和液压系统；

所述起重臂组件包括起重臂(10)和重物(7)；

所述液压系统包括：

液压主泵系统，该液压主泵系统包括液压主泵(2)，先导泵(3)以及驱动液压主泵(2)和先导泵(3)的电动机；

与起重臂(10)连接的油缸(9)，所述油缸包括缸筒、活塞和活塞杆，活塞杆一端与活塞相连，另一端与起重臂相连，活塞杆的伸出和缩回带动起重臂上升或下降；

液压主阀(4)，该液压主阀位于液压主泵(2)和油缸(9)之间，控制油缸油液的流向；

其特征在于：所述液压系统还包括能量回收和再利用系统，该能量回收和再利用系统包括第一多路阀(11)、第二多路阀(5)、升压设备(16)和蓄能器(12)；第一多路阀(11)连接在油缸大腔和升压设备(16)的入口之间，蓄能器(12)连接在升压设备(16)的出口，第二多路阀(5)连接升压设备(16)的出口和油缸大腔之间，并与所述蓄能器(12)流体连通；

在起重臂(10)下降时，所述能量回收和再利用系统能够将油缸(9)大腔中流出的低压油转变成高压油并储存在蓄能器(12)中；在起重臂(10)上升时，所述能量回收和再利用系统能够将蓄能器(12)中的高压油再释放到油缸(9)的大腔中得到再利用。

2.根据权利要求1所述的能量回收和再利用装置，其特征在于，通过所述升压设备(16)将低压油转变成高压油。

3.根据权利要求1所述的能量回收和再利用装置，其特征在于：所述升压设备(16)包括液压马达和液压泵，液压马达的旋转轴与液压泵的驱动轴相连，从第一多路阀(11)流出的油液进入液压马达，液压马达旋转带动液压泵工作，液压泵工作将油液泵入到蓄能器(12)中。

4.根据权利要求3所述的能量回收和再利用装置，其特征在于：所述液压马达的排量大于所述液压泵的排量。

5.根据权利要求3所述的能量回收和再利用装置，所述升压设备(16)的出口设置有第四单向阀(15)，该单向阀允许液压油从升压设备流向蓄能器(12)，并防止倒流。

6.根据权利要求5所述的能量回收和再利用装置，其特征在于所述第四单向阀(15)的出口及蓄能器(12)的入口与溢流阀(13)流体连通，液压泵的输出压力由所述溢流阀设定。

7.根据权利要求1所述的能量回收和再利用装置，其特征在于：所述液压主阀(4)为三位四通电磁换向阀，所述第一多路阀(11)和第二多路阀(5)为两位两通电磁换向阀。

8.根据权利要求7所述的能量回收和再利用装置，其特征在于：所述的能量回收和再利用装置还包括先导手柄(1)，先导泵的出油口与先导手柄的压力油输入端连通；先导手柄包括第一控制线路和第二控制线路，所述第一控制线路与第一多路阀(11)的控制端和液压主阀(4)的左控制端相连，所述第二控制线路与第二多路阀(5)的控制端和右控制端相连。

9.根据权利要求8所述的能量回收和再利用装置，其特征在于，当需要起重臂下降时，先导手柄(1)扳到起重臂下降位置，所述第一控制线路激发第一多路阀(11)的控制端和液压主阀(4)的左控制端，使得第一多路阀处于开启位置，并且使得液压主阀(4)处于左位，液压主泵(2)的压力油进入油缸(9)的小腔，促使活塞杆下降，油缸的大腔通过开启的多路阀与升压设备的入口连通；在所述第一多路阀(11)和升压设备(16)之间连接有第一单向阀(14)，其使得来自第一多路阀的液压油可以流向升压设备的入口，并且防止油液倒流；当需要起重臂上升时，先导手柄(1)扳到起重臂上升位置，所述第二控制线路激发第二多路阀(11)的控制端和液压主阀(4)的右控制端，使得第二多路阀处于开启位置，此时，蓄能器(12)中的高压油通过第二多路阀进入油缸的大腔；同时，使得液压主阀(4)处于右位，液压主泵(2)的压力油进入油缸(9)的大腔，促使活塞杆上升；在液压主阀(4)和油缸(9)大腔之间设有第二单向阀(8)，其允许来自液压主阀(4)的油液进入油缸的大腔，并防止倒流。

10.根据权利要求8所述的能量回收和再利用装置，其特征在于，在第二多路阀(5)和第二单向阀(8)之间设有第三单向阀(6)，其允许来自第二多路阀(5)的油液通过第二单向阀(8)进入油缸大腔，并防止倒流。