CN104358749A - 一种动臂势能能量回收利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动臂势能能量回收利用系统，动臂锁止阀（1）的出油口、动臂油缸（13）的无杆腔油口、第二液控换向阀（3）的进油口相互连通，动臂锁止阀（1）的控制油口与第一液控换向阀（2）的出油口连接，第一液控换向阀（2）的控制油口与其进油口、第二液控换向阀（3）的控制油口相互连接，第二液控换向阀（3）与第一单向阀（4）连接，第一单向阀（4）、蓄能器（7）、第二单向阀（8）、液压马达（10）相互连通，液压马达（10）的出油口与油箱连接，第二液控换向阀（3）的控制油口与动臂手柄（14）连接。本发明可根据动臂油缸的动作情况来控制回收动作，该系统结构简单、制作成本低，具有较强的移植性。

Description

一种动臂势能能量回收利用系统
技术领域
本发明涉及挖掘机，具体是一种动臂势能能量回收利用系统。
背景技术
液压挖掘机工作装置重量大，动作频繁，在液压挖掘机工作过程中，工作装置频繁上升下降，在上升至高位时势能提高，而在下降时，为防止下降速度过快，通常设置节流调速回路。节流调速过程大量势能转化为热能，会导致系统温度升高，降低液压系统性能，同时还会增大系统散热负担。下降过程中的重力势能由于节流调速转化为热能损失掉，造成能量的很大浪费。
目前的一些挖掘机动臂势能回收利用系统中存在以下不足：一、这类系统中能量转换和能量利用的环节较多、系统结构复杂、制作成本也较高；二、在能量回收部分中通常应用电磁换向阀或比例换向阀来实现势能能量回收的控制，应用比例换向阀时，需要使比例换向阀的开口面积与系统的运动性能保持一致，这就需要对比例换向阀的控制信号以及动臂的运动性能做相应的匹配，这个匹配的过程不仅会耗费大量的时间，而且过程极其繁琐，尤甚是对于不同机型的挖掘机来说，每一种型号挖掘机都需要进行匹配，使得这些系统的可移植性很差；而电磁换向阀的应用，通常会无法准确地对动臂的微动作和快速动作进行判断，从而会严重制约动臂的性能，降低对动臂势能能量回收的效率，同时也会对挖掘机的正常工作系统产生一定的影响；另外，在能量回收过程中，由于动臂的快速动作，会使动臂油缸无杆腔油口与主阀系统之间的阀体因压力过大而发生漏液的情况，从而进一步使动臂势能能量回收的效率降低；三、能量利用部分在能量释放过程中会产生大量能量的流失，而且也没有过载保护功能，从而会对原有的系统产生一定的影响。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种动臂势能能量回收利用系统，该系统结构简单、能量转换和利用的环节少、制作成本低；可根据动臂控制手柄的输出压力大小来判断动臂的动作情况，从而准确地控制是否对系统中的动臂势能能量进行回收，不会对原有系统产生影响，可有效的提高动臂势能能量回收的效率，且具有较强的通用性；能量利用部分相对独立，能有效保证能量在利用环节不会流失，可提高所回收能量的利用效率，且具有过载保护功能。
为了实现上述目的，发明提供一种动臂势能能量回收利用系统，包括动臂油缸、蓄能器、主阀系统、动臂锁止阀、第一液控换向阀、第二液控换向阀，所述动臂油缸的有杆腔油口、动臂锁止阀的进油口与所述主阀系统的工作联管路连接，所述动臂锁止阀的出油口、动臂油缸的无杆腔油口、第二液控换向阀的进油口通过管路相互连通，所述动臂锁止阀的控制油口与第一液控换向阀的出油口管路连通，所述第一液控换向阀的进油口与其控制油口以及第二液控换向阀的控制油口通过管路相互连通，该第一液控换向阀的回油口与油箱管路连接，所述第二液控换向阀的出油口与第一单向阀的进油口管路连接，所述第一单向阀的出油口、蓄能器、第二单向阀的出油口、液压马达的进油口通过管路相互连通，所述液压马达的出油口、第二单向阀的进油口连通，所述液压马达的出油口与油箱管路连接，所述第二液控换向阀的控制油口与动臂控制手柄的动臂联下降油口管路连接。
在该技术方案中，在能量回收部分通过动臂锁止阀、第二液控换向阀与动臂油缸连接，并且利用第一液控换向阀连通动臂锁止阀和第二液控换向阀的控制油口，在能量利用部分通过第二单向阀连通液压马达的进出油口，从而形成了一个闭式回路，该系统结构简单、能量转换和利用的环节少、制作成本低、具有很强的移植性，可以根据动臂控制手柄的输出压力来控制动臂锁止阀、第一液控换向阀、第二液控换向阀的内部油路的接通或关闭，从而可以根据动臂油缸的动作情况来判断是否对动臂势能的能量进行回收，这样就不会对原有的工作系统产生影响，能有效的提高对动臂势能能量的回收效率；通过动臂锁止阀连通主阀系统与动臂油缸的无杆腔，在动臂快速动作时，可以保证动臂无杆腔内的油液不会在动臂锁止阀处发生漏液的现象，从而进一步提高了对动臂势能能量的回收效率；通过能量利用部分的闭式回路，可以便捷、灵活的控制能量的输出过程，并可以过载时起到保护液压马达的作用，而且闭式回路的存在可以保证所回收的能量不会流失，从而提高了所回收的能量的利用率。
进一步，所述液压马达的进油口与第三单向阀的出油口管路连接，所述第三单向阀的进油口与油箱管路连接。
在该技术方案中，通过补油管路的接入，可以在蓄能器能量不足时，通过补油管路来为定量马达进行能量供给，使与定量马达相连的能量利用装置可以有稳定的能量供给。
进一步，所述液压马达的出油口通过电磁换向阀与油箱管路连接。
在该技术方案中，通过电磁换向阀可以方便地控制能量的输出过程。
进一步，所述液压马达为变量马达。
在该技术方案中，通过使所述液压马达为变量马达，可以对能量输出的过程进行更灵活的控制。
进一步，所述蓄能器通过溢流阀与油箱管路连接。
在该技术方案中，通过使蓄能器通过溢流阀与油箱连接，可以防止蓄能器过充，也便于对蓄能器的维护。
进一步，所述蓄能器的工作油路上设置有截止阀。
在该技术方案中，使蓄能器设有截止阀，不仅可以在蓄能器充满后又不需要释放能量时切断蓄能器的油路，保证回收的能量不流失，还可以起到节流的作用，从而可以对蓄能器能量释放过程进行控制。
进一步，所述第一液控换向阀为二位三通换向阀。
在该技术方案中，使所述第一液控换向阀为二位三通换向阀，可以方便的对第二液控换向阀和动臂锁止阀进行控制。
进一步，所述第二液控换向阀为二位二通常闭式换向阀。
在该技术方案中，使所述第二液控换向阀为二位二通常闭式换向阀，可以保证该回收利用系统在不工作时不会对动臂油缸原有工作系统的正常动作产生任何影响。
进一步，所述电磁换向阀为常闭式换向阀。
在该技术方案中，通过使电磁换向阀为常闭式换向阀，可以使该系统所回收的能量不在利用时不会流失，从而确保了所回收能量的高效利用，另外还可以对能量利用部分进行保护。
综上所述，该系统的能量回收部分仅利用了动臂锁止阀、第一液控换向阀、第二液控换向阀、蓄能器，该系统的回收部分利用第二单向阀与液压马达组成了闭式回路，该系统结构简单、制作成本低、对动臂势能能量的回收和利用的环节少；能量回收部分的结构能够有效的保证该回收利用系统不会对原有系统产生影响，可以区别对待动臂下降的微操作和快速下降操作，在微操作时保证动臂的原有工作性能，在快速下降操作时保证对动臂势能的回收，能有效地提高对动臂势能的回收效率；能量利用部分相对独立，保证了所回收能量的高效利用，且具有输出过载保护功能，也不会对原有系统产生影响；该系统能量回收、存储、利用均采用液压元件，能量转换环节少、效率高，也不需要为该系统再做系统匹配。
附图说明
图1是本发明的液压原理示意图。
图中：1、动臂锁止阀，2、第一液控换向阀，3、第二液控换向阀，4、第一单向阀，5、溢流阀，6、截止阀，7、蓄能器，8、第二单向阀，9、第三单向阀，10、液压马达，11、能量利用装置，12、电磁换向阀，13、动臂油缸，14、动臂控制手柄。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步说明。
如图1所示，一种动臂势能能量回收利用系统，包括动臂油缸13、蓄能器7、主阀系统、动臂锁止阀1、第一液控换向阀2、第二液控换向阀3，所述动臂油缸13的有杆腔油口、动臂锁止阀1的进油口与所述主阀系统的工作联管路连接，所述动臂锁止阀1的出油口、动臂油缸13的无杆腔油口、第二液控换向阀3的进油口通过管路相互连通，所述动臂锁止阀1的控制油口与第一液控换向阀2的出油口管路连通，所述第一液控换向阀2的进油口与其控制油口以及第二液控换向阀3的控制油口通过管路相互连通，该第一液控换向阀2的回油口与油箱管路连接，所述第二液控换向阀3的出油口与第一单向阀4的进油口管路连接，所述第一单向阀4的出油口、蓄能器7、第二单向阀8的出油口、液压马达10的进油口通过管路相互连通，所述液压马达10的出油口、第二单向阀8的进油口连通，所述液压马达10的出油口与油箱管路连接，所述第二液控换向阀3的控制油口与动臂控制手柄14的动臂联下降油口管路连接。在能量回收部分通过动臂锁止阀1、第二液控换向阀3与动臂油缸13连接，并且利用第一液控换向阀2连通动臂锁止阀1和第二液控换向阀3的控制油口，在能量利用部分通过第二单向阀8连通液压马达10的进出油口，从而形成了一个闭式回路，该系统结构简单、能量转换和利用的环节少，可以根据动臂控制手柄14的输出压力来控制动臂锁止阀1、第一液控换向阀2、第二液控换向阀3的内部油路的接通或关闭，从而可以根据动臂油缸13的动作情况来判断是否对动臂势能的能量进行回收；通过锁止阀1、第二液控换向阀3与动臂油缸13连接，可以保证动臂工作在中间一定高度时其内部的无杆腔内油液不会流失，从而保证了动臂的正常工作性能，避免了回收系统对原有工作系统的影响；通过能量利用部分的闭式回路，可以便捷的控制能量的输出过程，并可以过载时起到保护液压马达10的作用，而且闭式回路的存在可以保证所回收的能量不会流失，从而提高了所回收的能量的利用率。
所述液压马达10的进油口与第三单向阀9的出油口管路连接，所述第三单向阀9的进油口与油箱管路连接。在该技术方案中，通过补油管路的接入，可以在蓄能器7能量不足时，通过补油管路来为定量马达10进行供能，从而可以保证定量马达10的能量供给，使与变量马达10相连的能量利用装置11可以有稳定的能量供给。
所述液压马达10的出油口通过电磁换向阀12与油箱管路连接。通过电磁换向阀12可以方便地控制能量的输出过程。
所述液压马达10为变量马达。通过使所述液压马达10为变量马达，可以对能量输出的过程进行更灵活的控制。
所述蓄能器7通过溢流阀5与油箱管路连接。通过使蓄能器7通过溢流阀5与油箱连接，可以防止蓄能器7过充，也便于对蓄能器7的维护。
所述蓄能器7的工作油路上设置有截止阀6。使蓄能器7设有截止阀6，不仅可以在蓄能器7充满后又不需要释放能量时切断蓄能器7的油路，保证回收的能量不流失，还可以起到节流的作用，从而可以对蓄能器7能量释放过程进行控制。
所述第一液控换向阀2为二位三通换向阀。使所述第一液控换向阀2为二位三通换向阀，可以方便对第二液控换向阀3和动臂锁止阀1进行控制。
所述第二液控换向阀3为二位二通常闭式换向阀。使所述第二液控换3向阀为二位二通常闭式换向阀，可以保证该回收利用系统在不工作时不会对动臂油缸13原有工作系统的正常动作产生任何影响。
所述电磁换向阀12为常闭式换向阀。通过使电磁换向阀12为常闭式换向阀，可以使该系统所回收的能量不在利用时不会流失，从而确保了所回收能量的高效利用，另外还可以对能量利用部分进行保护。
工作原理：
第一液控换向阀2、第二液控换向阀3通过动臂控制手柄14的动臂联下降油口的输出压力来判断动臂是快速动作还是微动作，进而决定是否进行能量回收。当动臂控制手柄14的输出压力小于第一液控换向阀2及第二液控换向阀3的控制油口的压力时判断为微动作，第一液控换向阀2不动作，第二液控换向阀3也不动作，第一液控换向阀2不动作时工作在左位，此时第一液控换向阀2的进油口和出油口之间的油路是接通的，第一液控换向阀2的出油口与回油口之间的油路是关闭的，此时，动臂锁止阀1的控制油口压力保持不变，动臂锁止阀1内部的油路保持接通状态，第二液控换向阀3不动作时其内部油路也未接通，所以动臂油缸13的无杆腔油液会通过动臂锁止阀1回流到主阀系统中；当动臂控制手柄14的输出压力大于第一液控换向阀2及第二液控换向阀3的控制油口的压力时判断为快速动作，此时，动臂控制手柄14输出的高压控制油使第一液控换向阀2、第二液控换向阀3都动作，第一液控换向阀2动作时工作在右位，其进油口与出油口之间的油路是关闭的，而其出油口与回油口接通，动臂锁止阀1的控制油口通过第一液控换向阀2与油箱连通进行卸荷，此时动臂锁止阀1因控制油口压力降低，其内部油路会关闭，而第二液控换向阀3的进油口和出油口之间的油路接通，从而动臂油缸13的无杆腔中的高压油液通过第二液控换向阀3和第一单向阀4进入蓄能器7中存储，这样就完成了对动臂微动作与快速动作的区别对待。而在系统需要释放能量时，通过控制液压马达10外接能量利用装置11，即能进行能量的输出，能量利用装置11可以是发动机、发电机、或是液压泵，在能量输出过程中，如果液压马达10发生过载时，可以通过第二单向阀8与液压马达10组成的闭式回路起到保护液压马达10的作用。

Claims (9)

1.一种动臂势能能量回收利用系统，包括动臂油缸（13）、蓄能器（7）、主阀系统，所述动臂油缸（13）的有杆腔油口与所述主阀系统工作联管路连接，其特征在于，还包括动臂锁止阀（1）、第一液控换向阀（2）、第二液控换向阀（3），所述动臂锁止阀（1）的进油口与所述主阀系统的工作联管路连接，所述动臂锁止阀（1）的出油口、动臂油缸（13）的无杆腔油口、第二液控换向阀（3）的进油口通过管路相互连通，所述动臂锁止阀（1）的控制油口与第一液控换向阀（2）的出油口管路连通，所述第一液控换向阀（2）的进油口与其控制油口以及第二液控换向阀（3）的控制油口通过管路相互连通，该第一液控换向阀（2）的回油口与油箱管路连接，所述第二液控换向阀（3）的出油口与第一单向阀（4）的进油口管路连接，所述第一单向阀（4）的出油口、蓄能器（7）、第二单向阀（8）的出油口、液压马达（10）的进油口通过管路相互连通，所述液压马达（10）的出油口、第二单向阀（8）的进油口连通，所述液压马达（10）的出油口与油箱管路连接，所述第二液控换向阀（3）的控制油口与动臂控制手柄（14）的动臂联下降油口管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述液压马达（10）的进油口与第三单向阀（9）的出油口管路连接，所述第三单向阀（9）的进油口与油箱管路连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述液压马达（10）的出油口通过电磁换向阀（12）与油箱管路连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述液压马达（10）为变量马达。
5.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述蓄能器（7）通过溢流阀（5）与油箱管路连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述蓄能器（7）的工作油路上设置有截止阀（6）。
7.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述第一液控换向阀（2）为二位三通换向阀。
8.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述第二液控换向阀（3）为二位二通常闭式换向阀。
9.根据权利要求1或2所述的一种动臂势能能量回收利用系统，其特征在于，所述电磁换向阀（12）为常闭式换向阀。
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