CN104047934B - 升降设备的势能回收系统及在载荷连续变化时的匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及升降设备的势能回收系统及在载荷连续变化时的匹配方法，本系统第一电磁换向阀出油口连接第三电磁换向阀入油口及势能回收缸无杆腔油口；势能回收缸无杆腔油口与第三电磁换向阀入油口相通并与液控单向阀进油口及第二单向阀出油口连接，第二电磁换向阀出油口连接液控单向阀控制口，液控单向阀出油口连接第一溢流阀进油口，备用泵出油口分别连接第二单向阀进油口和电磁溢流阀进油口；压力传感器安装于第三电磁换向阀入油口及势能回收缸无杆腔油口之间的管路上。本方法步骤：载荷重量需满足的条件，如不成立，启动备用泵，计算势能回收缸无杆腔应保持的压力，本发明能确保升降运动不受影响。

Description

升降设备的势能回收系统及在载荷连续变化时的匹配方法

技术领域

本发明涉及一种升降设备的势能回收系统及匹配方法，具体的说是升降设备的势能回收系统及在载荷连续变化时的匹配方法。

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，这些设备上升时由液压升降缸驱动，下降时靠自重或动力加辅助背压，也有通过减速电机驱动其升降运动。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。步进式加热炉、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。升降及步进机械在稳定载荷及非稳定载荷状态下的势能回收方法，可有效回收这些升降及步进机械下降过程中的部分重力势能，并用于下一次提升，可实现节能约40%～60%。

但是受蓄能器组充气压力以及所回收势能非稳定释放过程（势能在释放时，蓄能器组内的压力也随之变化）因素的影响，势能回收系统分担的载荷必须在一定的范围内变化，这就要求设备承受载荷也必须在一定范围内波动，如果设备承受载荷变化超出一定范围时，会造成以下问题：

当载荷重量过小，势能回收系统分担的载荷重量过大时：在下降过程中，蓄能器组内的压力会随机械设备的下降而增大，当增大到一定程度时，可能会造成升降设备无法下降到位；

当载荷重量过大，势能回收系统分担的载荷重量过小时：在上升过程中，蓄能器组内的压力会随机械设备的上升而降低，当降低到一定程度时，回收的能量提前释放完毕，会造成设备无法靠升降缸的推力运行到位。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种升降设备的势能回收系统及在载荷连续变化时的匹配方法，能确保升降设备的升降运动不受影响。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种升降设备的势能回收系统，其特征在于：它包括势能回收缸、蓄能器组、压力传感器、液控单向阀、电磁溢流阀、补油泵、备用泵、油箱、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀；

补油泵的吸油口与油箱的第一出油口连接，补油泵的出油口分别连接第一单向阀的进油口和第二溢流阀的进油口，第一单向阀的出油口分别连接第一电磁换向阀的入油口和第二电磁换向阀的入油口，第一电磁换向阀的出油口分别连接第三电磁换向阀的入油口以及势能回收缸的无杆腔油口，第三电磁换向阀的出油口与蓄能器组连接油口连接，势能回收缸的有杆腔油口与油箱的第一回油口连接，第二溢流阀的回油口连接油箱的第二回油口；

势能回收缸无杆腔油口与第三电磁换向阀的入油口相通并与液控单向阀的进油口及第二单向阀的出油口连接，第二电磁换向阀的出油口连接液控单向阀的控制口，液控单向阀的出油口连接第一溢流阀的进油口，第一溢流阀的出油口连接油箱的第三回油口，备用泵的吸油口与油箱的第二出油口连接，备用泵的出油口分别连接第二单向阀的进油口和电磁溢流阀的进油口，电磁溢流阀的出油口连接油箱的第四回油口；

压力传感器安装于第三电磁换向阀的入油口及势能回收缸无杆腔油口之间的管路上。

所述的升降设备的势能回收系统，其特征在于：所述第一溢流阀为比例溢流阀。

所述的升降设备的势能回收系统在载荷连续变化时的匹配方法，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势能回收缸，势能回收缸设于载物架的下部，载物架的上部放置有载荷，升降缸和势能回收缸通过载物架共同推动载荷沿升降斜坡作升降运动，包括如下步骤：

步骤一：势能回收液压控制系统分担的载荷重量需满足：

a．压力传感器检测到的蓄能器组的最低工作压力不低于其充气压力；

b．升降缸负载的载荷重量不超过其最大设计载荷；

c．蓄能器组达到最大工作压力时载物架能下降到位；

步骤二：一旦步骤一中有任何一个条件不成立，此时第三电磁换向阀立刻得电，切断蓄能器组与势能回收缸的连通，同时备用泵启动，代替蓄能器组进行能量供给，此时载荷重量全部由势能回收缸承担；

步骤三：备用泵启动后，延时1～2秒，电磁溢流阀得电，系统建压；

步骤四：备用泵启动的同时，第二电磁换向阀得电，使液控单向阀反向打开，第一溢流阀对压力传感器检测到的备用泵的出口压力实施自动调节；

步骤五：PLC根据当前的载荷重量计算势能回收缸无杆腔应保持的压力P₃：

式中：G₃：当前的载荷重量；

D₁：势能回收缸无杆腔直径；

n₁：势能回收缸的数量；

A：升降系数；

步骤六：P₃计算完成后，确定第一溢流阀的初始控制信号，然后通过压力传感器以及第一溢流阀的闭环控制，使势能回收缸无杆腔压力始终在P3±Δp的范围内波动，Δp的取值范围为0.2～0.5MPa；

当压力传感器检测到的压力低于P₃-Δp时，第一溢流阀的控制信号自动按规律增大，直到压力不低于P₃时停止；

当压力传感器检测到的压力高于P₃+Δp时，第一溢流阀的控制信号自动按规律降低，直到压力不高于P₃时停止；

步骤七：当载荷重量发生变化时，P₃也同步变化，然后再次通过压力传感器以及第一溢流阀的闭环控制，使势能回收缸无杆腔压力始终在P₃±Δp的范围内波动。

本发明的有益效果是：当载荷重量发生变化时，如果势能回收系统分担的载荷重量满足其设计范围，则势能回收系统由蓄能器组供给能量，且其分担的载荷重量可在其设计范围内按某种规律自动调节；

当载荷重量发生变化时，如果势能回收系统分担的载荷重量无法满足其设计范围，则势能回收系统自动切换，由备用泵替代对应蓄能器组进行能量供给，此时载荷重量全部由势能回收缸分担，确保升降设备的升降运动不受影响。

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：一种升降设备的势能回收系统，它包括势能回收缸1、蓄能器组2、压力传感器3、液控单向阀5、电磁溢流阀15、补油泵7、备用泵13、油箱11、第一单向阀8、第二单向阀14、第一溢流阀6、第二溢流阀10、第一电磁换向阀9、第二电磁换向阀4和第三电磁换向阀12；

补油泵的吸油口71与油箱的第一出油口21连接，补油泵的出油口72分别连接第一单向阀的进油口81和第二溢流阀的进油口101，第一单向阀的出油口82分别连接第一电磁换向阀的入油口91和第二电磁换向阀的入油口41，第一电磁换向阀的出油口92分别连接第三电磁换向阀的入油口121以及势能回收缸的无杆腔油口31，第三电磁换向阀的出油口122与蓄能器组2连接油口连接，势能回收缸的有杆腔油口32与油箱的第一回油口22连接，第二溢流阀的回油口102连接油箱的第二回油口23；

势能回收缸无杆腔油口31与第三电磁换向阀的入油口121相通并与液控单向阀的进油口51及第二单向阀的出油口142连接，第二电磁换向阀的出油口42连接液控单向阀的控制口53，液控单向阀的出油口52连接第一溢流阀的进油口61，第一溢流阀的出油口62连接油箱的第三回油口24，备用泵的吸油口131与油箱的第二出油口26连接，备用泵的出油口132分别连接第二单向阀的进油口141和电磁溢流阀的进油口151，电磁溢流阀的出油口152连接油箱的第四回油口25；

压力传感器3安装于第三电磁换向阀的入油口121及势能回收缸无杆腔油口31之间的管路上。

所述第一溢流阀6为比例溢流阀。

一种升降设备的势能回收系统在载荷连续变化时的匹配方法，本方法中涉及的设备包括升降设备，如图2所示，所述升降设备包括载物架512和升降缸513，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势能回收缸1，势能回收缸设于载物架的下部，载物架的上部放置有载荷511，升降缸和势能回收缸通过载物架共同推动载荷沿升降斜坡514作升降运动，包括如下步骤：

步骤一：势能回收液压控制系统分担的载荷重量需满足：

a．压力传感器3检测到的蓄能器组2的最低工作压力不低于其充气压力；

b．升降缸负载的载荷重量不超过其最大设计载荷；

c．蓄能器组2达到最大工作压力时载物架能下降到位；

步骤二：一旦步骤一中有任何一个条件不成立，此时第三电磁换向阀12立刻得电，切断蓄能器组2与势能回收缸1的连通，同时备用泵13启动，代替蓄能器组2进行能量供给，此时载荷重量全部由势能回收缸1承担；

步骤三：备用泵13启动后，延时1～2秒，电磁溢流阀15得电，系统建压；

步骤四：备用泵13启动的同时，第二电磁换向阀4得电，使液控单向阀5反向打开，第一溢流阀6对压力传感器3检测到的备用泵13的出口压力实施自动调节；

步骤五：PLC根据当前的载荷重量计算势能回收缸无杆腔应保持的压力P₃：

式中：G₃：当前的载荷重量；

D₁：势能回收缸无杆腔直径；

n₁：势能回收缸的数量；

A：升降系数；

步骤六：P₃计算完成后，确定第一溢流阀6的初始控制信号，然后通过压力传感器3以及第一溢流阀6的闭环控制，使势能回收缸无杆腔压力始终在P3±Δp的范围内波动，Δp的取值范围为0.2～0.5MPa；

当压力传感器3检测到的压力低于P₃-Δp时，第一溢流阀6的控制信号自动按规律增大，直到压力不低于P₃时停止；

当压力传感器3检测到的压力高于P₃+Δp时，第一溢流阀6的控制信号自动按规律降低，直到压力不高于P₃时停止；

步骤七：当载荷重量发生变化时，P₃也同步变化，然后再次通过压力传感器以及第一溢流阀的闭环控制，使势能回收缸无杆腔压力始终在P₃±Δp的范围内波动。

第三电磁换向阀12：用于控制蓄能器组是否投入使用；

压力传感器3：用于检测蓄能器组压力或备用泵出口压力；

第二电磁换向阀4：用于控制液控单向阀是否反向开启；

第一溢流阀6:用于控制蓄能器组或备用泵出口的最高压力，自动调节势能回收缸可承担的载荷，即当压力传感器检测到的蓄能器组或备用泵出口压力高于设定值（可调）时自动溢流；

液控单向阀5:用于控制第一溢流阀的调压功能是否开启，同时防止泄漏；

第二单向阀14:防止液压油回流；

电磁溢流阀15:用于控制系统是否建压，防止系统超压；

备用泵13：当流量一定时，备用泵的输出功率只受其出口压力的限制，因此，当蓄能器组无法满足要求时，可用备用泵代替蓄能器组工作，即：当蓄能器组被第三电磁换向阀切断时，代替蓄能器组供给液压油，可选用齿轮泵、柱塞泵、叶片泵等；

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。

Claims (3)

1.一种升降设备的势能回收系统，其特征在于：它包括势能回收缸、蓄能器组、压力传感器、液控单向阀、电磁溢流阀、补油泵、备用泵、油箱、第一单向阀、第二单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和第三电磁换向阀；

补油泵的吸油口与油箱的第一出油口连接，补油泵的出油口分别连接第一单向阀的进油口和第二溢流阀的进油口，第一单向阀的出油口分别连接第一电磁换向阀的入油口和第二电磁换向阀的入油口，第一电磁换向阀的出油口分别连接第三电磁换向阀的入油口以及势能回收缸的无杆腔油口，第三电磁换向阀的出油口与蓄能器组连接油口连接，势能回收缸的有杆腔油口与油箱的第一回油口连接，第二溢流阀的回油口连接油箱的第二回油口；

势能回收缸无杆腔油口与第三电磁换向阀的入油口相通并与液控单向阀的进油口及第二单向阀的出油口连接，第二电磁换向阀的出油口连接液控单向阀的控制口，液控单向阀的出油口连接第一溢流阀的进油口，第一溢流阀的出油口连接油箱的第三回油口，备用泵的吸油口与油箱的第二出油口连接，备用泵的出油口分别连接第二单向阀的进油口和电磁溢流阀的进油口，电磁溢流阀的出油口连接油箱的第四回油口；

压力传感器安装于第三电磁换向阀的入油口及势能回收缸无杆腔油口之间的管路上。

2.根据权利要求1所述的升降设备的势能回收系统，其特征在于：所述第一溢流阀为比例溢流阀。

3.根据权利要求1或2所述的升降设备的势能回收系统在载荷连续变化时的匹配方法，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势能回收缸，势能回收缸设于载物架的下部，载物架的上部放置有载荷，升降缸和势能回收缸通过载物架共同推动载荷沿升降斜坡作升降运动，包括如下步骤：

步骤一：势能回收液压控制系统分担的载荷重量需满足：

压力传感器检测到的蓄能器组的最低工作压力不低于其充气压力；

升降缸负载的载荷重量不超过其最大设计载荷；

蓄能器组达到最大工作压力时载物架能下降到位；

步骤二：一旦步骤一中有任何一个条件不成立，此时第三电磁换向阀立刻得电，切断蓄能器组与势能回收缸的连通，同时备用泵启动，代替蓄能器组进行能量供给，此时载荷重量全部由势能回收缸承担；

步骤三：备用泵启动后，延时1～2秒，电磁溢流阀得电，系统建压；

步骤四：备用泵启动的同时，第二电磁换向阀得电，使液控单向阀反向打开，第一溢流阀对压力传感器检测到的备用泵的出口压力实施自动调节；

步骤五：PLC根据当前的载荷重量计算势能回收缸无杆腔应保持的压力P₃：

式中：G₃：当前的载荷重量；

D₁：势能回收缸无杆腔直径；

n₁：势能回收缸的数量；

A：升降系数；

步骤六：P₃计算完成后，确定第一溢流阀的初始控制信号，然后通过压力传感器以及第一溢流阀的闭环控制，使势能回收缸无杆腔压力始终在P3±Δp的范围内波动，Δp的取值范围为0.2～0.5MPa；

当压力传感器检测到的压力低于P₃-Δp时，第一溢流阀的控制信号自动按规律增大，直到压力不低于P₃时停止；

当压力传感器检测到的压力高于P₃+Δp时，第一溢流阀的控制信号自动按规律降低，直到压力不高于P₃时停止；

步骤七：当载荷重量发生变化时，P₃也同步变化，然后再次通过压力传感器以及第一溢流阀的闭环控制，使势能回收缸无杆腔压力始终在P₃±Δp的范围内波动。