CN104047932A - 升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种升降设备在非稳定载荷下势能回收系统及使用方法，本系统第一电磁换向阀第一出油口连接第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀入油口；第一电磁换向阀的第二出油口连接第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀入油口；第五电磁换向阀通过功能阀组与第一液控单向阀出油口相通并与第二势能回收缸无杆腔油口连接，第五电磁换向阀回油口和第一液控单向阀入油口与第一、第二势能回收缸有杆腔油口相通且均与油箱第一回油口连接。本方法步骤：确定势能回收系统分担的载荷、势能回收缸和蓄能器规格、势能回收缸辅助推动载荷上升，压力传感器检测设备升降时蓄能器压力及升降缸承受的载荷。本发明能分别将下降时被浪费的部分重力势能回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种升降设备的势能回收系统及其使用方法，具体的说是升降设备在稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法。
背景技术
升降及步进机械在各个行业占了很大的比重，且其大部分都属于重载、连续生产工况，这些设备的升降运动大部分采用液压驱动，上升时由液压缸提供动力，下降时靠自重或动力加辅助背压。设备在下降过程中释放的重力势能大部分转化为热量被白白消耗，而此部分能量占到了提升时能耗总量的50%到70%，甚至更高。
以步进式加热炉为例，其主驱动液压系统根据步进梁上升时的最大载荷（步进梁自重、炉内钢坯最大载荷）进行配置，上升时由升降液压缸驱动，下降则靠自重。在下降过程中，步进梁以及炉内钢坯的重力势能基本都被转化为热量（节流损失、摩擦损失）被白白消耗。同时，按最大载荷配置的主驱动液压系统，其主泵电机的总功率偏大，即使在空载时，这些电机也会消耗工作状态下35%左右的电量。除步进式加热炉外，步进梁运输机、步进式冷床、升降式称重设备、液压升降机等都存在相同的问题：下降过程中大部分重力势能被白白消耗，造成了能源的极大浪费。如果能将此部分的势能进行回收再利用，将会产生巨大的经济效益和行业影响。
升降及步进机械除了采用液压驱动以外，也有采用电机驱动的形式，也存在同样的问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种升降设备在稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法，能分别单独将下降过程中被浪费的部分重力势能回收。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统，其特征在于：它包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、第一蓄能器组、第二蓄能器组、第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、功能阀组、第一溢流阀、第二溢流阀、补油泵、单向阀、安全阀和油箱；
补油泵的吸油口与油箱的出油口连接，补油泵的出油口分别连接单向阀的入油口和安全阀的入油口，单向阀的出油口分别连接第一电磁换向阀的入油口、第二电磁换向阀的入油口和第三电磁换向阀的入油口，安全阀的出油口连接油箱的第四回油口；
第一电磁换向阀的第一出油口分别连接第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口，第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口相通且均与第一溢流阀的入油口连接，第一压力传感器安装于第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀入油口之间的管路上，第一溢流阀的出油口连接油箱的第二回油口；
第一电磁换向阀的第二出油口分别连接第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口，第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口相通且均与第二液控单向阀的入油口连接，第二压力传感器安装于第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀入油口之间的管路上，第二液控单向阀的出油口连接第二溢流阀的入油口，第二溢流阀的出油口连接油箱的第三回油口；
第二电磁换向阀的出油口连接第二液控单向阀的控制油口；
第三电磁换向阀的出油口连接第一液控单向阀的控制油口；
第四电磁换向阀的出油口连接第一势能回收缸的无杆腔油口；
第五电磁换向阀的出油口连接功能阀组的入油口，功能阀组的出油口和第一液控单向阀的出油口都与第二势能回收缸的无杆腔油口连接，第五电磁换向阀的回油口和第一液控单向阀的入油口与第一势能回收缸的有杆腔油口和第二势能回收缸的有杆腔油口相通且均与油箱的第一回油口连接。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收液压控制系统，其特征在于：所述第二溢流阀为比例溢流阀。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，本方法中涉及的设备包括升降设备，所述升降设备包括载物架和升降缸，升降缸设于载物架的下部，其特征在于，所述升降设备还包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、固定框架以及置于固定框架上部的载荷，第一势能回收缸和第二势能回收缸均设于载物架的下部，固定框架位于载物架上方，升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动，第一势能回收缸和第二势能回收缸通过回收的重力势能辅助升降缸动作，其中第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的部分重力势能，第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的部分重力势能，在载荷运动行程起作用，本方法包括如下步骤：
步骤一：确定第一势能回收缸分担的载荷重量
（1）
式（1）中， G12:第一势能回收缸分担的载物架自重的部分载荷重量；
G2：载物架的自重；
S12：第一势能回收缸分担载物架重量的系数，该系数取值范围为0～1之间；
步骤二：根据式（1）得出G12后，确定第一势能回收缸的规格
（2）
式（2）中：D12：第一势能回收缸无杆腔直径；
N12：第一势能回收缸的数量；
P12：G12对应的第一蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10～16MPa之间；
A：升降系数；
步骤三：确定第一蓄能器组的有效容积
（3）
式（3）中：V02：第一蓄能器组的有效容积；
L： 第一势能回收缸的工作行程；
步骤四：确定第一蓄能器组的总容积
（4）
式（4）中：Vw2：第一蓄能器组的总容积；
P02：第一蓄能器组的充气压力；
P22：G12对应的第一蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P22=1.1～1.2 P12）；
k：多变指数，常温状态：k=1，多变状态：k=1.4；
步骤五：确定第一蓄能器组的数量和规格
（5）
式（5）中：V2：所选第一蓄能器组的规格；
nx2：第一蓄能器组的数量；
步骤六：第一势能回收缸的势能回收功能启动时，第四电磁换向阀得电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组保持连通；
步骤七：在上升过程中，升降缸推动载物架上升，第一势能回收缸同步辅助推动其上升，其动力由第一蓄能器组提供，期间一旦第一压力传感器检测到的压力低于最低工作压力P12，第一电磁换向阀的线圈b得电，补油泵向第一蓄能器组中补油，直到压力到达P12后，第一电磁换向阀失电，补油停止，确保第一蓄能器组中的压力不低于P12；
步骤八：第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的重力势能，在下降过程中，升降缸无杆腔的液压油流回油箱，第一势能回收缸无杆腔液压油被压至第一蓄能器组中，一旦第一压力传感器检测到的压力高于最高工作压力P22时，则多余液压油从第一溢流阀流回油箱，由于载物架的自重相对恒定，故第一溢流阀的设定压力也恒定；
步骤九：载物架再一次作升降运动时，第一蓄能器组中的压力始终在P12～P22之间变化，即第一势能回收缸通过回收势能承担的载荷重量始终不少于G12；
步骤十：当第一势能回收缸的势能回收功能取消时，第四电磁换向阀失电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组断开；
步骤十一：确定第二势能回收缸分担的载荷重量
（6）
式（6）中，G13:第二势能回收缸分担的载荷的部分载荷重量；
G3：载荷的自重；
S13：第二势能回收缸分担载荷重量的系数，该系数取值范围为0～1之间；
步骤十二：根据式（6）得出G13后，确定第二势能回收缸的规格
（7）
式（7）中：D13：第二势能回收缸无杆腔直径；
N13：第二势能回收缸的数量；
P13：G13对应的第二蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10～16MPa之间；
A：升降系数；
步骤十三：确定第二蓄能器组的有效容积
（8）
式（8）中：V03：第二蓄能器组的有效容积；
L1： 第二势能回收缸的工作行程；
步骤十四：确定第二蓄能器组的总容积
（9）
式（9）中：Vw3：第二蓄能器组的总容积；
P03：第二蓄能器组的充气压力；
P23：G13对应的第二蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P23=1.1～1.2 P13）；
步骤十五：确定第二蓄能器组的数量和规格
（10）
式（10）中：V3：所选第二蓄能器组的规格；
nx3：第二蓄能器组的数量；
步骤十六：当第二势能回收缸的势能回收功能启动时，第二溢流阀得电；
步骤十七：当载物架在固定框架以下上升时，第二势能回收缸在空载状态下随载物架一起动作，第二势能回收缸无杆腔需要的液压油从油箱和第二势能回收缸有杆腔经第一液控单向阀补充;
步骤十八：当载物架上升至固定框架时，载荷被抬起，此时：
第五电磁换向阀得电，使第二蓄能器组经功能阀组与第二势能回收缸无杆腔小流量连通，其余所需流量经第一液控单向阀从油箱自动补充；
第五电磁换向阀得电后，延时时间0.1～0.5秒后，功能阀组自动切换，使第二蓄能器组与第二势能回收缸无杆腔大流量连通，第二蓄能器组中回收的势能推动第二势能回收缸动作；
步骤十九：当载物架及载荷在固定框架以上上升时：
第二势能回收缸同步辅助升降缸推动载荷及载物架上升，期间一旦第二压力传感器检测到的压力低于P13时，第一电磁换向阀的线圈a得电，补油泵向第二蓄能器组中补油，直到压力到达P13；
当第一蓄能器组和第二蓄能器组同时需要补油时，第二蓄能器组优先补油；
载物架到达上升位置停止后，功能阀组与第五电磁换向阀保持状态不变;
步骤二十：当载物架及载荷在固定框架以上下降时：
第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的重力势能，第二势能回收缸无杆腔的液压油被压至第二蓄能器组中，第二电磁换向阀得电，使第二液控单向阀反向打开，一旦第二压力传感器检测到的压力高于P23时，第二溢流阀的控制信号降低，直到第二压力传感器检测到的压力低于P23后停止；
下一个动作循环开始时，第二溢流阀的控制信号的给定值仍然是初始设定值；
步骤二十一：当载物架及载荷下降至固定框架时，载荷被放到固定框架上，此时：
功能阀组自动切断，第五电磁换向阀同时失电，第二势能回收缸无杆腔与油箱小流量连通；
延时时间0.1～0.5秒后，第三电磁换向阀得电，使第一液控单向阀反向打开，第二势能回收缸无杆腔的压力全部释放，变为空载状态；
步骤二十二：当载物架在固定框架以下下降时：
第二势能回收缸以空载状态随载物架下降，载物架到达下降位置后停止；
步骤二十三：在载荷及载物架升降过程中，第一蓄能器组中的压力始终在P12～P22之间变化，第二蓄能器组中在固定框架以上的压力始终在P13～ P23之间变化，即通过回收的势能，第一势能回收缸在整个工作行程承担的载荷重量始终不少于G12，第二势能回收缸在固定框架以上承担的载荷重量始终不少于G13，升降缸承担的载荷重量满足：
固定框架以下： （11）
固定框架以上： （12）
步骤二十四：当载荷重量G3发生变化时，G12保持不变，G13同步发生变化，相应的第二蓄能器组的最低工作压力P13和最高工作压力P23也发生变化，使第二势能回收缸的势能回收载荷重量G13可根据载荷自重的变化自动调整。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤一中所述系数S12取0.4～0.6。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤四中的第一蓄能器组的充气压力P02=0.9 P12。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤十一中所述系数S13取0.4～0.6。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤十四中的第二蓄能器组的充气压力P03=0.9 P13。
所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：所述升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动的形式为垂直升降式或螺旋升降式。
本发明的有益效果是：有效地回收设备下降过程中由载物架和载荷所释放的势能，并用于下一次提升运动，实现节能约40%～60%，使主驱动系统需要承担的负荷大大降低，如主驱动系统采用液压驱动，则可使主驱动液压系统的配置降低（主泵规格及数量、液压缸规格、油箱容积、配套液压元件规格等）而不影响设备的运行状态；如采用减速电机驱动，则可降低减速电机的功率和减速机的规格，此项可大大降低驱动设备的一次性投资成本。
本势能回收液压控制系统相当于给这些升降及步进机械增加了一套弹性系数可调的“液压弹簧”，可有效吸收设备在运动过程中产生的冲击，大大改善设备的受力状况，同时提高设备的使用寿命和运行稳定性。本势能回收系统实施方便、灵活，只需根据设备的布置情况，布置相应数量的势能回收缸，其配置的势能回收系统与主驱动系统相互独立，不影响主驱动系统的运行。
本发明如果能够推广应用，将产生十分巨大的经济效益和行业影响。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为升降设备的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示：一种升降设备在非稳定载荷下的势能回收液压控制系统，它包括第一势能回收缸1、第二势能回收缸2、第一蓄能器组3、第二蓄能器组4、第一压力传感器5、第二压力传感器6、第一电磁换向阀12、第二电磁换向阀13、第三电磁换向阀10、第四电磁换向阀7、第五电磁换向阀11、第一液控单向阀8、第二液控单向阀14、功能阀组9、第一溢流阀16、第二溢流阀15、补油泵17、单向阀18、安全阀19和油箱20；
补油泵17的吸油口171与油箱的出油口205连接，补油泵的出油口172分别连接单向阀的入油口181和安全阀的入油口191，单向阀的出油口182分别连接第一电磁换向阀的入油口121、第二电磁换向阀的入油口131和第三电磁换向阀的入油口101，安全阀的出油口192连接油箱的第四回油口204；
第一电磁换向阀的第一出油口122分别连接第一蓄能器组连接油口31和第四电磁换向阀的入油口71，第一蓄能器组连接油口31和第四电磁换向阀的入油口71相通且均与第一溢流阀的入油口161连接，第一压力传感器5安装于第一蓄能器组连接油口31和第四电磁换向阀入油口71之间的管路上，第一溢流阀的出油口162连接油箱的第二回油口202；
第一电磁换向阀的第二出油口123分别连接第二蓄能器组连接油口41和第五电磁换向阀的入油口1101，第二蓄能器组连接油口41和第五电磁换向阀的入油口1101相通且均与第二液控单向阀的入油口141连接，第二压力传感器6安装于第二蓄能器组连接油口41和第五电磁换向阀入油口1101之间的管路上，第二液控单向阀的出油口142连接第二溢流阀的入油口151，第二溢流阀的出油口152连接油箱的第三回油口203；
第二电磁换向阀的出油口132连接第二液控单向阀的控制油口143；
第三电磁换向阀的出油口102连接第一液控单向阀的控制油口83；
第四电磁换向阀的出油口72连接第一势能回收缸的无杆腔油口111；
第五电磁换向阀的出油口1102连接功能阀组的入油口91，功能阀组的出油口92和第一液控单向阀的出油口82都与第二势能回收缸的无杆腔油口211连接，第五电磁换向阀的回油口1103和第一液控单向阀的入油口81与第一势能回收缸的有杆腔油口112和第二势能回收缸的有杆腔油口212相通且均与油箱的第一回油口201连接；所述第二溢流阀为比例溢流阀。
如图2所示：一种升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，本方法中涉及的设备包括升降设备，所述升降设备包括载物架23和升降缸21，升降缸21设于载物架23的下部，所述升降设备还包括第一势能回收缸1、第二势能回收缸2、固定框架24以及置于固定框架24上部的载荷22，第一势能回收缸1和第二势能回收缸2均设于载物架23的下部，固定框架24位于载物架23上方，升降缸21推动载物架23和载荷22沿升降斜坡25作升降运动，第一势能回收缸1和第二势能回收缸2通过回收的重力势能辅助升降缸21动作，其中第一势能回收缸1用于回收载物架23下降时释放的部分重力势能，第二势能回收缸2用于回收载荷22下降时释放的部分重力势能，在载荷运动行程起作用，本方法包括如下步骤：
步骤一：确定第一势能回收缸1分担的载荷重量
（1）
式（1）中， G12:第一势能回收缸分担的载物架23自重的部分载荷重量；
G2：载物架23的自重；
S12：第一势能回收缸1分担载物架23重量的系数，该系数取值范围为0.4～0.6之间；
步骤二：根据式（1）得出G12后，确定第一势能回收缸的规格
（2）
式（2）中：D12：第一势能回收缸无杆腔直径；
N12：第一势能回收缸的数量；
P12：G12对应的第一蓄能器组3的最低工作压力，其取值范围为10～16MPa之间；
A：升降系数；
步骤三：确定第一蓄能器组3的有效容积
（3）
式（3）中：V02：第一蓄能器组的有效容积；
L： 第一势能回收缸的工作行程；
步骤四：确定第一蓄能器组的总容积
（4）
式（4）中：Vw2：第一蓄能器组的总容积；
P02：第一蓄能器组的充气压力，P02=0.9 P12；
P22：G12对应的第一蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P22=1.1～1.2 P12）；
k：多变指数，常温状态：k=1，多变状态：k=1.4；
步骤五：确定第一蓄能器组的数量和规格
（5）
式（5）中：V2：所选第一蓄能器组的规格；
nx2：第一蓄能器组的数量；
步骤六：第一势能回收缸的势能回收功能启动时，第四电磁换向阀7得电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组保持连通；
步骤七：在上升过程中，升降缸21推动载物架23上升，第一势能回收缸1同步辅助推动其上升，其动力由第一蓄能器组3提供，期间一旦第一压力传感器5检测到的压力低于最低工作压力P12，第一电磁换向阀的线圈b得电，补油泵17向第一蓄能器组中补油，直到压力到达P12后，第一电磁换向阀12失电，补油停止，确保第一蓄能器组中的压力不低于P12；
步骤八：第一势能回收缸用于回收载物架23下降时释放的重力势能，在下降过程中，升降缸无杆腔的液压油流回油箱，第一势能回收缸无杆腔液压油被压至第一蓄能器组中，一旦第一压力传感器检测到的压力高于最高工作压力P22时，则多余液压油从第一溢流阀流回油箱，由于载物架23的自重相对恒定，故第一溢流阀的设定压力也恒定；
步骤九：载物架23再一次作升降运动时，第一蓄能器组3中的压力始终在P12～P22之间变化，即第一势能回收缸通过回收势能承担的载荷重量始终不少于G12；
步骤十：当第一势能回收缸的势能回收功能取消时，第四电磁换向阀7失电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组断开；
步骤十一：确定第二势能回收缸分担的载荷重量
（6）
式（6）中，G13:第二势能回收缸分担的载荷的部分载荷重量；
G3：载荷的自重；
S13：第二势能回收缸分担载荷重量的系数，该系数取值范围为0.4～0.6之间；
步骤十二：根据式（6）得出G13后，确定第二势能回收缸的规格
（7）
式（7）中：D13：第二势能回收缸无杆腔直径；
N13：第二势能回收缸的数量；
P13：G13对应的第二蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10～16MPa之间；
A：升降系数；
步骤十三：确定第二蓄能器组4的有效容积
（8）
式（8）中：V03：第二蓄能器组的有效容积；
L1： 第二势能回收缸的工作行程；
步骤十四：确定第二蓄能器组的总容积
（9）
式（9）中：Vw3：第二蓄能器组的总容积；
P03：第二蓄能器组的充气压力，P03=0.9 P13；
P23：G13对应的第二蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P23=1.1～1.2 P13）；
步骤十五：确定第二蓄能器组的数量和规格
（10）
式（10）中：V3：所选第二蓄能器组的规格；
nx3：第二蓄能器组的数量；
步骤十六：当第二势能回收缸的势能回收功能启动时，第二溢流阀15得电；
步骤十七：当载物架23在固定框架24以下上升时，第二势能回收缸在空载状态下随载物架23一起动作，第二势能回收缸无杆腔需要的液压油从油箱和第二势能回收缸有杆腔经第一液控单向阀8补充。
步骤十八：当载物架23上升至固定框架24时，载荷被抬起，此时：
第五电磁换向阀得电，使第二蓄能器组经功能阀组与第二势能回收缸无杆腔小流量连通，其余所需流量经第一液控单向阀从油箱自动补充；
第五电磁换向阀得电后，延时时间0.1～0.5秒后，功能阀组9自动切换，使第二蓄能器组与第二势能回收缸无杆腔大流量连通，第二蓄能器组中回收的势能推动第二势能回收缸动作；
步骤十九：当载物架23及载荷在固定框架24以上上升时：
第二势能回收缸同步辅助升降缸21推动载荷22及载物架23上升，期间一旦第二压力传感器6检测到的压力低于P13时，第一电磁换向阀的线圈a得电，补油泵17向第二蓄能器组中补油，直到压力到达P13；
当第一蓄能器组和第二蓄能器组同时需要补油时，第二蓄能器组优先补油；
载物架23到达上升位置停止后，功能阀组9与第五电磁换向阀11保持状态不变。
步骤二十：当载物架23及载荷在固定框架24以上下降时：
第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的重力势能，第二势能回收缸无杆腔的液压油被压至第二蓄能器组中，第二电磁换向阀13得电，使第二液控单向阀14反向打开，一旦第二压力传感器检测到的压力高于P23时，第二溢流阀15的控制信号降低，直到第二压力传感器检测到的压力低于P23后停止；
下一个动作循环开始时，第二溢流阀的控制信号的给定值仍然是初始设定值；
步骤二十一：当载物架23及载荷下降至固定框架24时，载荷被放到固定框架24上，此时：
功能阀组自动切断，第五电磁换向阀11同时失电，第二势能回收缸无杆腔与油箱小流量连通；
延时时间0.1～0.5秒后，第三电磁换向阀10得电，使第一液控单向阀8反向打开，第二势能回收缸无杆腔的压力全部释放，变为空载状态；
步骤二十二：当载物架23在固定框架24以下下降时：
第二势能回收缸以空载状态随载物架23下降，载物架23到达下降位置后停止；
步骤二十三：在载荷22及载物架23升降过程中，第一蓄能器组3中的压力始终在P12～P22之间变化，第二蓄能器组4中在固定框架24以上的压力始终在P13～ P23之间变化，即通过回收的势能，第一势能回收缸1在整个工作行程承担的载荷重量始终不少于G12，第二势能回收缸2在固定框架24以上承担的载荷重量始终不少于G13，升降缸承担的载荷重量满足：
固定框架24以下： （11）
固定框架24以上： （12）
步骤二十四：当载荷重量G3发生变化时，G12保持不变，G13同步发生变化，相应的第二蓄能器组的最低工作压力P13和最高工作压力P23也发生变化，使第二势能回收缸的势能回收载荷重量G13可根据载荷自重的变化自动调整。
载荷22放置在固定框架24上，载物架23停止在固定框架24下：上升时，载物架23运动到固定框架24时将载荷22抬起继续运动到固定框架24上；下降时，载物架23到达固定框架24后将载荷22放置在固定框架24上继续运动到下位；
第一势能回收缸1、第二势能回收缸2降和升降缸21都与载物架23相连，推动其沿升降斜坡25作升降运动，其中第一势能回收缸１用于回收载物架23下降时释放的重力势能，在整个工作行程起作用；第二势能回收缸2用于回收载荷22下降时释放的重力势能，仅在固定框架24以上起作用；
载物架23上升时：
在固定框架24以下运动时，由第一势能回收缸1和升降缸21推动载物架23上升，第二势能回收缸2空载状态运行，即由第一势能回收缸1和升降缸21推动载物架23上升，其中第一势能回收缸1的动力由势能回收系统回收的重力势能提供，升降缸21的动力由主驱动液压系统提供；
在固定框架24以上运动时：当载物架23上升到固定框架24时，载荷22被抬起，同时第二势能回收缸2自动切换至承载状态，即由第一势能回收缸1、第二势能回收缸2和升降缸21同时推动载物架23和载荷22上升，其中第一势能回收缸1和第二势能回收缸2的动力由势能回收系统回收的重力势能提供，升降缸21的动力由主驱动液压系统提供；
载物架23下降时：
在固定框架24以上运行时：载荷22和载物架23在下降过程中，第一势能回收缸1、第二势能回收缸2无杆腔的液压油分别被压入对应的蓄能器组中存储起来用于下一次提升运动，升降缸21无杆腔的液压油流回油箱；
在固定框架24以下运行时：当载物架23下降到固定框架24时，载荷22被放置在固定框架24上，同时第二势能回收缸2自动切换至空载状态，第一势能回收缸1和升降缸21的状态不变；
所述升降缸推动载物架23和载荷沿升降斜坡作升降运动的形式为垂直升降式或螺旋升降式。
所述的电磁换向阀、液控单向阀、溢流阀等亦可以是具有相同功能的阀或阀组；
所述的升降缸亦可以是其它型式具有相同功能的执行机构，如电动推杆、汽缸、减速电机配偏心轮、蜗轮蜗杆传动、连杆传动等。
Claims (8)
1.一种升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统，其特征在于：它包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、第一蓄能器组、第二蓄能器组、第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、功能阀组、第一溢流阀、第二溢流阀、补油泵、单向阀、安全阀和油箱；
补油泵的吸油口与油箱的出油口连接，补油泵的出油口分别连接单向阀的入油口和安全阀的入油口，单向阀的出油口分别连接第一电磁换向阀的入油口、第二电磁换向阀的入油口和第三电磁换向阀的入油口，安全阀的出油口连接油箱的第四回油口；
第一电磁换向阀的第一出油口分别连接第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口，第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口相通且均与第一溢流阀的入油口连接，第一压力传感器安装于第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀入油口之间的管路上，第一溢流阀的出油口连接油箱的第二回油口；
第一电磁换向阀的第二出油口分别连接第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口，第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口相通且均与第二液控单向阀的入油口连接，第二压力传感器安装于第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀入油口之间的管路上，第二液控单向阀的出油口连接第二溢流阀的入油口，第二溢流阀的出油口连接油箱的第三回油口；
第二电磁换向阀的出油口连接第二液控单向阀的控制油口；
第三电磁换向阀的出油口连接第一液控单向阀的控制油口；
第四电磁换向阀的出油口连接第一势能回收缸的无杆腔油口；
第五电磁换向阀的出油口连接功能阀组的入油口，功能阀组的出油口和第一液控单向阀的出油口都与第二势能回收缸的无杆腔油口连接，第五电磁换向阀的回油口和第一液控单向阀的入油口与第一势能回收缸的有杆腔油口和第二势能回收缸的有杆腔油口相通且均与油箱的第一回油口连接。
2.根据权利要求1所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收液压控制系统，其特征在于：所述第二溢流阀为比例溢流阀。
3.一种如权利要求1或2所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，本方法中涉及的设备包括升降设备，所述升降设备包括载物架和升降缸，升降缸设于载物架的下部，其特征在于，所述升降设备还包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、固定框架以及置于固定框架上部的载荷，第一势能回收缸和第二势能回收缸均设于载物架的下部，固定框架位于载物架上方，升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动，第一势能回收缸和第二势能回收缸通过回收的重力势能辅助升降缸动作，其中第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的部分重力势能，第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的部分重力势能，在载荷运动行程起作用，本方法包括如下步骤：
步骤一：确定第一势能回收缸分担的载荷重量
（1）
式（1）中， G12:第一势能回收缸分担的载物架自重的部分载荷重量；
G2：载物架的自重；
S12：第一势能回收缸分担载物架重量的系数，该系数取值范围为0～1之间；
步骤二：根据式（1）得出G12后，确定第一势能回收缸的规格
（2）
式（2）中：D12：第一势能回收缸无杆腔直径；
N12：第一势能回收缸的数量；
P12：G12对应的第一蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10～16MPa之间；
A：升降系数；
步骤三：确定第一蓄能器组的有效容积
（3）
式（3）中：V02：第一蓄能器组的有效容积；
L： 第一势能回收缸的工作行程；
步骤四：确定第一蓄能器组的总容积
（4）
式（4）中：Vw2：第一蓄能器组的总容积；
P02：第一蓄能器组的充气压力；
P22：G12对应的第一蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P22=1.1～1.2 P12）；
k：多变指数，常温状态：k=1，多变状态：k=1.4；
步骤五：确定第一蓄能器组的数量和规格
（5）
式（5）中：V2：所选第一蓄能器组的规格；
nx2：第一蓄能器组的数量；
步骤六：第一势能回收缸的势能回收功能启动时，第四电磁换向阀得电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组保持连通；
步骤七：在上升过程中，升降缸推动载物架上升，第一势能回收缸同步辅助推动其上升，其动力由第一蓄能器组提供，期间一旦第一压力传感器检测到的压力低于最低工作压力P12，第一电磁换向阀的线圈b得电，补油泵向第一蓄能器组中补油，直到压力到达P12后，第一电磁换向阀失电，补油停止，确保第一蓄能器组中的压力不低于P12；
步骤八：第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的重力势能，在下降过程中，升降缸无杆腔的液压油流回油箱，第一势能回收缸无杆腔液压油被压至第一蓄能器组中，一旦第一压力传感器检测到的压力高于最高工作压力P22时，则多余液压油从第一溢流阀流回油箱，由于载物架的自重相对恒定，故第一溢流阀的设定压力也恒定；
步骤九：载物架再一次作升降运动时，第一蓄能器组中的压力始终在P12～P22之间变化，即第一势能回收缸通过回收势能承担的载荷重量始终不少于G12；
步骤十：当第一势能回收缸的势能回收功能取消时，第四电磁换向阀失电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组断开；
步骤十一：确定第二势能回收缸分担的载荷重量
（6）
式（6）中，G13:第二势能回收缸分担的载荷的部分载荷重量；
G3：载荷的自重；
S13：第二势能回收缸分担载荷重量的系数，该系数取值范围为0～1之间；
步骤十二：根据式（6）得出G13后，确定第二势能回收缸的规格
（7）
式（7）中：D13：第二势能回收缸无杆腔直径；
N13：第二势能回收缸的数量；
P13：G13对应的第二蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10～16MPa之间；
A：升降系数；
步骤十三：确定第二蓄能器组的有效容积
（8）
式（8）中：V03：第二蓄能器组的有效容积；
L1： 第二势能回收缸的工作行程；
步骤十四：确定第二蓄能器组的总容积
（9）
式（9）中：Vw3：第二蓄能器组的总容积；
P03：第二蓄能器组的充气压力；
P23：G13对应的第二蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P23=1.1～1.2 P13）；
步骤十五：确定第二蓄能器组的数量和规格
（10）
式（10）中：V3：所选第二蓄能器组的规格；
nx3：第二蓄能器组的数量；
步骤十六：当第二势能回收缸的势能回收功能启动时，第二溢流阀得电；
步骤十七：当载物架在固定框架以下上升时，第二势能回收缸在空载状态下随载物架一起动作，第二势能回收缸无杆腔需要的液压油从油箱和第二势能回收缸有杆腔经第一液控单向阀补充；
步骤十八：当载物架上升至固定框架时，载荷被抬起，此时：
第五电磁换向阀得电，使第二蓄能器组经功能阀组与第二势能回收缸无杆腔小流量连通，其余所需流量经第一液控单向阀从油箱自动补充；
第五电磁换向阀得电后，延时时间0.1～0.5秒后，功能阀组自动切换，使第二蓄能器组与第二势能回收缸无杆腔大流量连通，第二蓄能器组中回收的势能推动第二势能回收缸动作；
步骤十九：当载物架及载荷在固定框架以上上升时：
第二势能回收缸同步辅助升降缸推动载荷及载物架上升，期间一旦第二压力传感器检测到的压力低于P13时，第一电磁换向阀的线圈a得电，补油泵向第二蓄能器组中补油，直到压力到达P13；
当第一蓄能器组和第二蓄能器组同时需要补油时，第二蓄能器组优先补油；
载物架到达上升位置停止后，功能阀组与第五电磁换向阀保持状态不变；
步骤二十：当载物架及载荷在固定框架以上下降时：
第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的重力势能，第二势能回收缸无杆腔的液压油被压至第二蓄能器组中，第二电磁换向阀得电，使第二液控单向阀反向打开，一旦第二压力传感器检测到的压力高于P23时，第二溢流阀的控制信号降低，直到第二压力传感器检测到的压力低于P23后停止；
下一个动作循环开始时，第二溢流阀的控制信号的给定值仍然是初始设定值；
步骤二十一：当载物架及载荷下降至固定框架时，载荷被放到固定框架上，此时：
功能阀组自动切断，第五电磁换向阀同时失电，第二势能回收缸无杆腔与油箱小流量连通；
延时时间0.1～0.5秒后，第三电磁换向阀得电，使第一液控单向阀反向打开，第二势能回收缸无杆腔的压力全部释放，变为空载状态；
步骤二十二：当载物架在固定框架以下下降时：
第二势能回收缸以空载状态随载物架下降，载物架到达下降位置后停止；
步骤二十三：在载荷及载物架升降过程中，第一蓄能器组中的压力始终在P12～P22之间变化，第二蓄能器组中在固定框架以上的压力始终在P13～ P23之间变化，即通过回收的势能，第一势能回收缸在整个工作行程承担的载荷重量始终不少于G12，第二势能回收缸在固定框架以上承担的载荷重量始终不少于G13，升降缸承担的载荷重量满足：
固定框架以下： （11）
固定框架以上： （12）
步骤二十四：当载荷重量G3发生变化时，G12保持不变，G13同步发生变化，相应的第二蓄能器组的最低工作压力P13和最高工作压力P23也发生变化，使第二势能回收缸的势能回收载荷重量G13可根据载荷自重的变化自动调整。
4.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤一中所述系数S12取0.4～0.6。
5.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤四中的第一蓄能器组的充气压力P02=0.9 P12。
6.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤十一中所述系数S13取0.4～0.6。
7.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：步骤十四中的第二蓄能器组的充气压力P03=0.9 P13。
8.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于：所述升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动的形式为垂直升降式或螺旋升降式。
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