CN104019086B - 一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机，配重壳体内设活动空间安装活动块及其他组件，弹簧安装于活动块顶部的凹槽内，油缸的活塞杆连接活动块底部，其根部轴孔安装在配重壳体上，第二油缸安装于活动块重心下方位置，第一和第三油缸的油路连接第一两位三通阀，第二两位三通阀连接液压主系统管路，第三两位三通阀连接油箱；本发明通过三个两位三通阀连接三个油缸，控制油缸油液的走向；在较低液体压力下，三个油缸同时支撑并推动活动块和弹簧上移，积蓄重力势能和弹性势能；需要释放能量时，三个两位三通阀同时移动，弹力和重力转移作用到中间油缸，在配重的推动下持续向液压主系统输出高压油，实现能量的再利用。

Description

一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机

技术领域

本发明涉及一种挖掘机，尤其涉及一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机。

背景技术

挖掘机是一种多用途土石方施工机械，主要进行土石方挖掘、装载，还可进行土地平整、修坡、吊装等作业，在各种工程设施建设中得到广泛应用。如图1和图2所示，挖掘机主要由上车架101、下车架102、工作装置100、回转支承103、回转中心104和挖掘机配重105组成；挖掘机配重位于挖掘机上车架部分后部，用于平衡工作装置重量，结构固定，一般做成实体，内部填充混凝土等重物。上下车架通过回转支承连接，回转中心处放置回转接头，为上车架回转时绕其运动的轴。挖掘机能耗较高，在整机制动如工作装置下降、回转减速等操作过程中，大量液压能直接释放，不能加以利用，造成了液压能的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机，以解决上述大量液压能直接释放，不能加以利用，造成了液压能的浪费的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种能量回收再利用装置，包括配重壳体、活动块、弹簧、油缸和两位三通阀，所述油缸包括第一油缸、第二油缸和第三油缸，所述两位三通阀包括第一两位三通阀、第二两位三通阀和第三两位三通阀，其中，所述活动块设于所述配重壳体的活动空间内，所述弹簧安装于所述活动块顶部的凹槽内，三所述油缸的活塞杆分别连接所述活动块底部，所述第二油缸安装于所述活动块重心下方位置，所述第一油缸和所述第三油缸相对于所述第二油缸对称设置，所述第一和第三油缸的大腔油路连接所述第一两位三通阀，所述第二两位三通阀连接液压主系统管路和第一两位三通阀及第二油缸大腔，所述第三两位三通阀连接油箱和三所述油缸的小腔；

所述第一油缸、所述第二油缸和所述第三油缸分别具有大腔截面面积A1、A2和A3，以及小腔截面面积a1、a2和a3，三所述油缸的截面面积关系满足不等式：A1+A3>a1+a2+a3的要求。

上述一种能量回收再利用装置，其中，所述活动块的底部开设有与三所述油缸活塞杆轴孔相匹配的安装座，用于安装三所述油缸的活塞杆。

上述一种能量回收再利用装置，其中，所述配重壳体的活动空间上部设有与所述弹簧外径大小相匹配的安装固定座，以便于将所述弹簧进行定位。

上述一种能量回收再利用装置，其中，所述配重壳体的活动空间下部设有与所述油缸根部轴孔相匹配的安装固定座，便于所安装所述油缸根部。

上述一种能量回收再利用装置，其中，还包括一单向阀，所述单向阀进液端连接所述第一两位三通阀，以防止工作工程中的液压油反向流动。

上述一种能量回收再利用装置，其中，还包括一溢流阀，所述溢流阀与所述第三两位三通阀连接，用于提高三所述油缸的小腔压力，增大所述第二油缸大腔的输出压力。

还包括一种能量回收再利用的方法，所述方法如下，

步骤1：当需要回收相对低压的液压能时，三所述油缸同时推动活动块和弹簧上移，以积蓄重力势能和弹性势能；

步骤2：当需要释放能量时，三所述两位三通阀同时移动，所述第一和第三油缸的大腔内的油液转移至所述第一、第二和第三油缸的小腔内，所述第一和第三油缸的大腔内油液压力降低，多余的油液经过一溢流阀回到油箱中；

步骤3：当三所述两位三通阀的阀芯移动后，所述活动块的重力和所述弹簧的弹力由原先三个油缸支撑平衡，现转移到主要由所述第二油缸的活塞杆来支撑，所述第二油缸大腔的油液压力提高，在所述活动块的重力和所述弹簧的弹力的作用下，持续向液压主系统管路输出高压油，实现能量的再利用。

还包括一种挖掘机，包括上述任意一项所述的能量回收再利用装置以及能量回收再利用的方法。

本发明由于采用了上述技术，产生的积极效果是：

本发明的能量回收再利用装置的系统结构简单，成本低，易于拆装和维护；仅仅是对整机的局部进行改制，不会影响到其他部件的正常工作；能全面回收液压系统高压能量，并能迅速转换供液压主系统再次利用。

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为现有技术中挖掘机的结构示意图主视图；

图2为现有技术中挖掘机的结构示意图俯视图；

图3为本发明的一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机的配重结构示意图；

图4为本发明的一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机中回油蓄能时的液压管路示意图；

图5为本发明的一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机中供油输出时的液压管路示意图；

图6为本发明的一种能量回收再利用装置及其使用方法及挖掘机三个油缸的面积关系图。

1、第一油缸，2、第二油缸，3、第三油缸，4、弹簧，5、活动块，6、配重壳体，7、单向阀，8、第一两位三通阀，9、第二两位三通阀，10、第三两位三通阀，11、溢流阀，12、活动空间，13、油箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例一

请参见图3至图6所示，本发明的一种能量回收再利用装置，包括配重壳体6、活动块5、弹簧4、油缸和两位三通阀，油缸包括第一油缸1、第二油缸2和第三油缸3，两位三通阀包括第一两位三通阀8、第二两位三通阀9和第三两位三通阀10，其中，活动块5设于配重壳体6的活动空间12内，活动空间12的容积比活动块5略大，使得活动块5能够有足够的空间活动，弹簧4安装于活动块5顶部的凹槽14内，三油缸的活塞杆分别连接活动块5底部，第二油缸2安装于活动块5重心下方位置处，第一油缸1和第三油缸3相对于第二油缸2对称设置，三油缸之间可两两等距离设置，第一和第三油缸的大腔油路连接第一两位三通阀8，第二两位三通阀9连接液压主系统管路(未示出)及第一两位三通阀8和第二油缸2的大腔油路，第三两位三通阀10连接油箱13及三所述油缸的小腔油路；

第一油缸1、第二油缸2和第三油缸3分别具有大腔截面面积A1、A2和A3，以及小腔截面面积a1、a2和a3，三油缸的面积关系满足不等式：A1+A3>a1+a2+a3的要求，以保证活动块5下降过程中，第一和第三油缸的大腔油液输出能满足第一、第二和第三油缸的小腔进油，以防止油缸组件自锁。

本发明在上述基础上还具有以下实施方式，请继续参见图3至图6所示，

本发明的进一步实施例中，活动块5的底部开设有三个与三油缸活塞杆轴孔相匹配的安装座，用于安装三油缸的活塞杆。

本发明的进一步实施例中，配重壳体6的活动空间12上部设有三个与弹簧4外径大小相匹配的安装固定座，以便于将弹簧4进行定位。

本发明的进一步实施例中，配重壳体6的活动空间12下部设有三个与油缸根部轴孔相匹配的安装固定座，便于安装三个油缸根部。

本发明的进一步实施例中，还包括一单向阀7，单向阀7进液端连接第一两位三通阀8，以防止工作工程中的液压油反向流动。

本发明的进一步实施例中，还包括一溢流阀11，溢流阀11与第三两位三通阀10连接，用于提高三油缸的小腔压力，从而增大第二油缸2大腔的输出压力。

使用者可根据以下说明进一步的认识本发明的特性及功能，

如图3配重结构示意图和图4回油蓄能时的液压管路示意图所示，本发明是在现有配重中内置活动块5，活动块5顶部留有三个凹槽(14)，用于安装弹簧4，活动块5底部设有三个油缸活塞杆轴孔安装座，用于连接三个油缸1、2、3的活塞杆，三个油缸1、2、3的根部连接在配重壳体上，通过三个两位三通阀8、9、10控制油缸油液的走向。

如图4所示，在原来回油管路上，接入本发明结构，可在较低液体压力下，三个油缸1、2、3同时推动活动块5和弹簧4上移，用以积蓄活动块5本身的重力产生的重力势能和弹簧4通过压缩而产生的弹性势能。

在需要释放能量时，如图5所示，三个两位三通阀8、9、10同时移动，第一油缸1和第三油缸3的大腔油液转移到第一油缸1、第二油缸2和第三油缸3的小腔，第一油缸1和第三油缸3的大腔油液压力大幅降低，多余的油液经溢流阀11回到油箱13。由于溢流阀11的接入，可提高三个油缸1、2、3小腔的压力。此时，原本由三个油缸1、2、3支撑活动块5的重力和弹簧4的弹力达到的力平衡，在三个两位三通阀8、9、10的阀芯移动后，力主要转移到油缸2上，活动块5的重力和弹簧4的弹力下压油缸2的活塞杆，油缸2的大腔的油液压力大幅提高，并在活动块5的重力和弹簧4的弹力的作用下，持续向液压主系统管路(未示出)输出高压油。实现能量的再利用。

本发明的实施例一中还包括一种挖掘机，设有如上述的能量回收再利用装置。由于上述能量回收再利用装置具有上述技术效果，因此，设有该能量回收再利用装置的挖掘机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

综上所述，本发明的能量回收再利用装置的系统结构简单，成本低，易于拆装和维护；仅仅是对整机的局部进行改制，不会影响到其他部件的正常工作；能全面回收液压系统高压能量，并能迅速转换供液压主系统再次利用。

实施例二

在本实施例中，如实施例一中的一种能量回收再利用装置以及一种能量回收再利用的方法也可适用于其他工程机械中，以实现回收液压系统中系统回油管路低压液压油的能量，向液压主系统释放高压液压油能量的功能，同样能够达到与实施例一中相同的技术效果，具体实施方式与实施例一相同，在此不赘述。

实施例三

在本实施例中，能量回收再利用装置的基本结构与实施例一相同，唯一不同之处在于，油缸的数目和规格可按实际情况在满足液压油转移体积关系的基础上进行更改，比如油缸的数量为四个，则需满足A1+A3+A4>a1+a2+a3+a4，若油缸的数量为五个，则需满足A1+A3+A4+A5>a1+a2+a3+a4+a5，满足这种液压油体积转移关系可防止自锁，调节数量和规格可改变输出液压油的压力，也能够达到与实施例一中相同的技术效果，具体实施方式与实施例一相同，在此不赘述。

实施例四

在本实施例中，能量回收再利用装置的基本结构与实施例一相同，唯一不同之处在于，弹簧数量和规格可以按照实际情况更改，以增加稳定性和调节弹力，比如弹簧的数量为四根、五根或者更多根数，也能够达到与实施例一中相同的技术效果，具体实施方式与实施例一相同，在此不赘述。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种能量回收再利用装置，包括配重壳体(6)、活动块(5)、弹簧(4)、油缸和两位三通阀，所述油缸包括第一油缸(1)、第二油缸(2)和第三油缸(3)，所述两位三通阀包括第一两位三通阀(8)、第二两位三通阀(9)和第三两位三通阀(10)，其特征在于，所述活动块(5)设于所述配重壳体(6)的活动空间(12)内，所述弹簧(4)安装于所述活动块(5)顶部的凹槽(14)内，三所述油缸的活塞杆分别连接所述活动块(5)底部，所述第二油缸(2)安装于所述活动块(5)重心下方位置处，所述第一油缸(1)和所述第三油缸(3)相对于所述第二油缸(2)对称设置，所述第一和第三油缸的大腔油路连接所述第一两位三通阀(8)，所述第二两位三通阀(9)连接液压主系统管路及所述第一两位三通阀(8)和所述第二油缸(2)的大腔，所述第三两位三通阀(10)连接三所述油缸的小腔和油箱(13)；

所述第一油缸(1)、所述第二油缸(2)和所述第三油缸(3)分别具有大腔截面面积A1、A2和A3，以及小腔截面面积a1、a2和a3，三所述油缸的截面面积关系满足不等式：A1+A3>a1+a2+a3的要求。

2.根据权利要求1所述的能量回收再利用装置，其特征在于，所述活动块(5)的底部开设有与三所述油缸活塞杆轴孔相匹配的安装座，用于安装三所述油缸的活塞杆。

3.根据权利要求1所述的能量回收再利用装置，其特征在于，所述配重壳体(6)的活动空间(12)上部设有与所述弹簧(4)外径大小相匹配的安装固定座，以便于将所述弹簧(4)进行定位。

4.根据权利要求1所述的能量回收再利用装置，其特征在于，所述配重壳体(6)的活动空间(12)下部设有与所述油缸根部轴孔相匹配的安装固定座，便于安装所述油缸根部。

5.根据权利要求1所述的能量回收再利用装置，其特征在于，还包括一单向阀(7)，所述单向阀(7)进液端连接所述第一两位三通阀(8)，以防止工作工程中的液压油反向流动。

6.根据权利要求1所述的能量回收再利用装置，其特征在于，还包括一溢流阀(11)，所述溢流阀(11)与所述第三两位三通阀(10)连接，用于提高三所述油缸的小腔压力，增大所述第二油缸(2)大腔的输出压力。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的能量回收再利用装置的能量回收再利用的方法，所述方法如下，

步骤1：当需要回收相对低压的液压能时，所述第一油缸(1)、所述第二油缸(2)和所述第三油缸(3)同时推动活动块(5)和弹簧(4)上移，以积蓄重力势能和弹性势能；

步骤2：当需要释放能量时，所述第一两位三通阀(8)，所述第二两位三通阀(9)和所述第三两位三通阀(10)同时移动，所述第一油缸和所述第三油缸的大腔内的油液转移至所述第一油缸、所述第二油缸和所述第三油缸的小腔内，所述第一油缸和所述第三油缸的大腔内油液压力降低，多余的油液经过一溢流阀(11)回到油箱(13)中；

步骤3：当所述第一两位三通阀(8)，所述第二两位三通阀(9)和所述第三两位三通阀(10)的阀芯移动后，所述活动块(5)的重力和所述弹簧(4)的弹力由原先三个油缸支撑平衡，现转移到主要由所述第二油缸(2)来支撑，所述第二油缸(2)大腔的油液压力提高，在所述活动块(5)的重力和所述弹簧(4)的弹力的作用下，持续向液压主系统管路输出高压油，实现能量的再利用。

8.一种挖掘机，包括如权利要求1-6中任意一项所述的能量回收再利用装置；该能量回收再利用装置还按照如权利要求7所述的方法工作。