CN105090136B - 一种自重回落式能量回收液压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的自重回落式能量回收液压装置包括液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀，液压泵站包括油箱、液压泵和单向阀，液压泵的进口与油箱连接，单向阀设置在液压泵的出口，单向阀的油路出口分为三条支油路；能量回收单元设置在第三支油路上并且能量回收单元包括沿着第三支油路依次设置的二通切断阀、蓄能器和从动液压缸，从动液压缸的下腔与所述蓄能器连接且从动液压缸的上腔连接油箱；其中，主动液压缸和从动液压缸承载同一负载并且同时动作。

Description

一种自重回落式能量回收液压装置

技术领域

本发明涉及节能液压装置的技术领域，更具体地讲，涉及一种能够回收能量的自重回落式能量回收液压装置。

背景技术

目前已有的自重回落式液压系统在负载下降或回落时，负载的重力势能全部转化为热能，导致液压系统发热严重，液压系统油温的持续升高将导致液压系统无法正常工作，此时则需要进行强制冷却，这不仅造成能量的多重浪费，而且由于液压系统没有能量回收装置而导致液压系统本身的装机功率较大，装机功率直接影响系统能耗，其直接后果就是设备运行能耗及成本均较高。

因此，有必要提供一种能够回收自重回落式液压系统的能量的液压装置。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种将负载的绝大部分重力势能转换为液压能并储备起来以备循环使用的自重回落式能量回收液压装置，以降低液压系统装机功率和设备运行能耗及成本。

本发明提供了一种自重回落式能量回收液压装置，所述自重回落式能量回收液压装置包括液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀，所述液压泵站包括油箱、液压泵和单向阀，液压泵的进口与油箱连接，单向阀设置在液压泵的出口，其中，所述单向阀的油路出口分为三条支油路；

所述溢流阀设置在第一支油路上；

所述主负载单元设置在第二支油路上并且所述主负载单元包括沿着第二支油路依次设置的过滤器、比例方向阀和主动液压缸，所述比例方向阀与所述主动液压缸的上下腔分别连接；

所述能量回收单元设置在第三支油路上并且所述能量回收单元包括沿着第三支油路依次设置的二通切断阀、蓄能器和从动液压缸，从动液压缸的下腔与所述蓄能器连接且从动液压缸的上腔连接油箱；

其中，所述主动液压缸和从动液压缸承载同一负载并且同时动作。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述主负载单元还包括设置在所述比例方向阀与主动液压缸的下腔之间的连接油路上的平衡阀和与所述平衡阀相连并用于调节所述平衡阀油路方向的控制油路方向阀。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述能量回收单元还包括设置在所述蓄能器的出口的压力传感器和与所述从动液压缸并联的安全阀，所述自重回落式能量回收液压装置还包括电气控制柜。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述液压泵站还包括与所述油箱相连的循环冷却单元，所述循环冷却单元包括依次连接的循环泵、循环过滤器和冷却器。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述主动液压缸和从动液压缸包括缸筒、活塞、活塞杆、支撑环、导向套和密封圈。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述电气控制柜与所述液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀电气连接并控制所述自重回落式能量回收液压装置的动作，所述电气控制柜控制的动作包括主动液压缸和从动液压缸的动作及动作速度控制、能量回收与常规控制的切换、主动液压缸和从动液压缸的位置锁定以及能量回收单元的压力信号采集与处理。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述电气控制柜包括柜体、PLC控制器、触摸屏和比例放大板。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，初次使用所述能量回收单元时或者所述能量回收单元的能量损失时，利用所述液压泵站对所述蓄能器进行能量补充，所述蓄能器作用于从动液压缸并辅助主动液压缸提升负载并且将蓄能器中的能量转换为负载的重力势能。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述能量回收单元将负载自重回落时作用于从动液压缸的能量回收并将负载的重力势能转换为液压能存储于蓄能器中向所述主动液压缸提供辅助动力。

根据本发明的自重回落式能量回收液压装置的一个实施例，所述主动液压缸的动作决定负载的动作，所述比例方向阀调节所述主动液压缸的进油流量来控制所述主动液压缸的动作速度，从动液压缸根据主动液压缸的动作向所述主动液压缸提供辅助动力。

本发明的自重回落式能量回收液压装置能够回收自重回落式液压系统的能量，将负载的绝大部分重力势能转换为液压能并储备于蓄能器中，存储的能量用于下一次负载举升动作，以此循环达到能量的回收及重复利用；本能量回收液压装置适用于所有自重回落式液压系统的新设计或改造设计，通过能量回收可大幅度降低液压系统装机功率，降低能耗和成本，改造效益显著。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的自重回落式能量回收液压装置的结构原理图。

附图标记说明：

1-油箱、2-液压泵、3-单向阀、4-溢流阀、5-过滤器、6-比例方向阀、7-控制油路方向阀、8-平衡阀、9-主动液压缸、10-二通切断阀、11-安全阀、12-蓄能器、13-压力传感器、14-从动液压缸、15-循环泵、16-循环过滤器、17-冷却器、18-电气控制柜、19-负载。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的技术思路在于利用以从动液压缸为主要部件的能量回收单元回收能量并且采用主动液压缸和从动液压缸同时提供动力源的方式替代原有单一动力源的方式，因此液压装置用于提升负载的动力源由液压泵站提供的主动力源加能量回收单元提供的辅助动力源共同组成，不仅实现了能量的回收和再利用，而且有利于降低装机效率以及成本和能耗。

下面将对本发明的自重回落式能量回收液压装置的结构和原理进行更详细的说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的自重回落式能量回收液压装置的结构原理图。如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述自重回落式能量回收液压装置包括液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀4。其中，液压泵站作为主动力源用于向液压装置提供用于提升负载的主动力，主负载单元作为主要的动作控制组件决定负载的提升和下降，能量回收单元作为辅助动力源用于进行能量的回收和储备，溢流阀4可以实现防止液压装置溢流的效果。

具体地，液压泵站包括油箱1、液压泵2和单向阀3，液压泵2的进口与油箱1连接，单向阀3设置在液压泵2的出口，其中，单向阀3的油路出口分为三条支油路。液压泵站一方面作为主动力源为主负载单元提供能量，另一方面也为能量回收单元补充初始能量或损失能量。单向阀3可以防止泵出的油液返流，保证装置效率和安全。优选地，液压泵站还包括与油箱1相连的循环冷却单元。该循环冷却单元包括依次连接的循环泵15、循环过滤器16和冷却器17，由于负载的部分重力势能还是会转换为热能而导致液压装置有一定的发热量，因此有必要使高温的液压油通过循环冷却单元达到降温的目的，使装置的油温稳定在一个合适温度范围内。其中，液压泵2和循环泵15的数量均可以为多个以保证工作效率，构成液压泵组和循环泵组。

三条支油路的设置一方面是为了保证能量回收效果的实现并实现主动液压缸和从动液压缸同时提供动力源的方式，另一方面是为了提供溢流保护。

其中，溢流阀4设置在第一支油路上，则从第二支油路和第三支油路中返流的油液可以通过溢流阀4回流。本领域技术人员熟知溢流阀的结构和原理，在此不再进行赘述，本发明可以采用任意溢流阀。

主负载单元设置在第二支油路上并且主负载单元包括沿着第二支油路依次设置的过滤器5、比例方向阀6和主动液压缸9，比例方向阀6与主动液压缸9的上下腔分别连接。其中，过滤器5进行油液的过滤，以保证主负载单元的工作效果和工作效率；比例方向阀6一方面起到换向阀的作用，调整油液进出主动液压缸的方向并实现锁定功能，另一方面起到流量控制阀的作用，调整主动液压缸的进油流量来控制主动液压缸的动作速度；主动液压缸9是进行负载提升和下降控制的主要部件，根据本发明的一个实施例，主动液压缸9包括缸筒、活塞、活塞杆、支撑环、导向套和密封圈，并且，主动液压缸9的下腔为无杆腔。由于其具体结构为本领域技术人员熟知，所以在此也不进行赘述。

其中，比例方向阀6与主动液压缸9的上下腔分别连接的方式可以根据本领域的常识进行设置。根据本发明，由于主动液压缸9为自重回落式的，所以优选地将比例方向阀6与主动液压缸9的下腔之间的连接油路设置为负载提升过程中的进油路并将比例方向阀6与主动液压缸9的下腔之间的连接油路设置为负载回落过程中的回油路，将比例方向阀6与主动液压缸9的上腔之间的连接油路设置为负载提升过程中的回油路。

根据本发明的示例性实施例，所述主负载单元还包括设置在比例方向阀6与主动液压缸9的下腔之间的连接油路上的平衡阀8和与平衡阀8相连并用于调节平衡阀油路方向的控制油路方向阀7。其中，控制油路方向阀7的一端与平衡阀8连接，控制油路方向阀7的另一端连接到第三支路以通过溢流阀4回流。由于设置了平衡阀8，因此平衡阀8可以保证主动液压缸9回落时的平稳和缓慢，达到保护负载设备的目的。具体地，在负载提升时，控制油路方向阀7控制平衡阀8为进液方向的单向阀，使得油液只能通过比例方向阀6与主动液压缸9的下腔之间的连接油路进入主动液压缸9的下腔中；在负载回落时，控制油路方法7控制平衡阀8的回液方向通路开启，一方面保证回落时的平稳和缓慢，另一方面使得油液能够通过比例方向阀6与主动液压缸9的下腔之间的连接油路回流。

能量回收单元设置在第三支油路上并且能量回收单元包括沿着第三支油路依次设置的二通切断阀10、蓄能器12和从动液压缸14，从动液压缸14的下腔与蓄能器12连接且从动液压缸14的上腔连接油箱1。能量回收单元是本发明中的关键组件，其实现了一部分能量的回收，同时其可以作为单独的辅助动力源辅助进行负载的提升，有利于降低装机功率和能耗。

其中，二通切断阀19接通时，液压泵站能够为蓄能器12补充能量；二通切断阀19断开后，能量回收单元则作为独立的部分动作。蓄能器12可以储存并转换能量。从动液压缸14则在蓄能器12的作用下辅助主动液压缸9进行负载的提升，并且在负载回落时与蓄能器12一起进行能量的回收和储存。同样，从动液压缸14也包括缸筒、活塞、活塞杆、支撑环、导向套和密封圈。并且，从动液压缸14的下腔为无杆腔。由于其具体结构为本领域技术人员熟知，所以在此也不进行赘述。

根据本发明，由于从动液压缸14也为自重回落式的，所以将蓄能器12与从动液压缸14的下腔之间的连接油路设置为负载提升过程中的进油路并将蓄能器12与从动液压缸14的下腔之间的连接油路设置为负载回落过程中的回油路，将从动液压缸14的上腔与油箱1之间的连接油路设置为负载提升过程中的回油路。

优选地，能量回收单元还包括设置在蓄能器12的出口的压力传感器13和与从动液压缸14并联的安全阀11。能量回收单元在运行过程中会有一定程度的能量损耗，通过压力传感器13可以监测能量回收单元的能量损失，当能量损失达到设定值后，开启二通切断阀10，由液压泵站向能量回收单元补充能量。

其中，初次使用能量回收单元时或者能量回收单元的能量损失时，利用液压泵站对蓄能器12进行能量补充，蓄能器12作用于从动液压缸14并辅助主动液压缸9提升负载并且将蓄能器12中的能量转换为负载的重力势能。能量回收单元将负载自重回落时作用于从动液压缸14的能量回收并将负载的重力势能转换为液压能存储于蓄能器12中向主动液压缸9提供辅助动力。

本发明的自重回落式能量回收液压装置还包括电气控制柜18，电气控制柜18进行整个装置的系统控制。具体地，电气控制柜18与液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀4电气连接并控制自重回落式能量回收液压装置的动作。根据本发明，电气控制柜18包括柜体、PLC控制器、触摸屏和比例放大板，其具体结构也为本领域技术人员熟知，在此不进行赘述。并且，电气控制柜18控制的动作包括主动液压缸9和从动液压缸14的动作及动作速度控制、能量回收与常规控制的切换、主动液压缸9和从动液压缸14的位置锁定以及能量回收单元的压力信号采集与处理。

根据本发明的示例性实施例，主动液压缸9和从动液压缸14承载同一负载19并且同时动作。由此，则保证了液压装置用于提升负载的动力源由液压泵站提供的主动力源加能量回收单元提供的辅助动力源共同组成，由主动液压缸9和从动液压缸15共同实现负载的提升动作。具体地，主动液压缸9的动作决定负载19的动作，比例方向阀6调节主动液压缸9的进油流量来控制主动液压缸9的动作速度，从动液压缸14根据主动液压缸9的动作向主动液压缸9提供辅助动力。

下面对本发明的自重回落式能量回收液压装置的工作过程进行具体说明。

负载提升工况：初次使用时，需做如下准备工作，开启液压泵站并打开二通切断阀10，油液从油箱1经液压泵2、单向阀3、二通切断阀10进入蓄能器12中进行油液的补充，由压力传感器13对能量回收单元的压力进行监测，当压力达到设定值时，断开二通切断阀10，此时能量回收单元与液压泵站可视为两个独立的部分。将比例方向阀6置于右位，油液经液压泵2、单向阀3、过滤器5、比例换向阀6、平衡阀8进入主动液压缸9的下腔并作用于主动液压缸9的活塞和活塞缸，同时，蓄能器12中的油液进入从动液压缸14的下腔并作用于从动液压缸14的活塞和活塞杆。此时，主动液压缸9与从动液压缸4产生的推力的合力与负载19平衡并进行负载的提升，在提升过程中可以通过比例换向阀6调节进入主动液压缸9中的油液流量以达到控制主动液压缸的动作速度从而控制负载运行速度的目的。

负载回落工况：将比例换向阀6置于中位，将控制油路方向阀7置于左位，则接通了回流油路。此时主动液压缸9在负载的重力作用下依靠自重回落，主动液压缸9中的油液经平衡阀8和比例方向阀6回到油箱1。由于设置了平衡阀8，从而保证了主动液压缸9回落时的平稳、缓慢，达到了保护负载设备的目的，此过程中负载的小部分重力势能转换为热能被系统消耗浪费。同时，从动液压缸14也在负载的重力作用下将下腔(即无杆腔)中的油液压回至蓄能器12中，此时负载的大部分重力势能则转换为液压能存储于蓄能器12中，这部分能量可用于下次提升负载，从而使得负载的部分重力势能通过能量回收单元得以循环利用，从而达到节能的目的。

能量补充工况：能量回收单元在运行过程中会有一定程度的能量损耗，可以在运行过程中通过压力传感器13监测能量回收单元的能量损失。当能量损失达到设定值后，开启二通切断阀10，由液压泵站向能量回收单元补充能量。

冷却循环工况：由于负载的小部分重力势能不可避免地转换为热能而导致液压装置发热量较大，因此可以在运行过程中使高温液压油通过循环泵15、循环过滤器16和冷却器17进行冷却，达到降温的目的并使系统油温稳定在一个合适的温度范围内。

综上所述，本发明的自重回落式能量回收液压装置能够回收自重回落式液压系统的能量，将负载的绝大部分重力势能转换为液压能并储备于蓄能器中，存储的能量用于下一次负载举升动作，以此循环达到能量的回收及重复利用；本能量回收液压装置适用于所有自重回落式液压系统的新设计或改造设计，通过能量回收可大幅度降低液压系统装机功率，降低能耗和成本，改造效益显著，使用本装置后装机功率可下降约50～70％。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述自重回落式能量回收液压装置包括液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀，所述液压泵站包括油箱、液压泵和单向阀，液压泵的进口与油箱连接，单向阀设置在液压泵的出口，其中，所述单向阀的油路出口分为三条支油路；

所述溢流阀设置在第一支油路上；

所述主负载单元设置在第二支油路上并且所述主负载单元包括沿着第二支油路依次设置的过滤器、比例方向阀和主动液压缸，所述比例方向阀与所述主动液压缸的上下腔分别连接，所述主负载单元还包括设置在所述比例方向阀与主动液压缸的下腔之间的连接油路上的平衡阀和与所述平衡阀相连并用于调节所述平衡阀油路方向的控制油路方向阀；

所述能量回收单元设置在第三支油路上并且所述能量回收单元包括沿着第三支油路依次设置的二通切断阀、蓄能器和从动液压缸，从动液压缸的下腔与所述蓄能器连接且从动液压缸的上腔连接油箱，能量回收单元还包括设置在所述蓄能器的出口的压力传感器和与所述从动液压缸并联的安全阀，所述自重回落式能量回收液压装置还包括电气控制柜；

其中，所述主动液压缸和从动液压缸承载同一负载并且同时动作。

2.根据权利要求1所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述液压泵站还包括与所述油箱相连的循环冷却单元，所述循环冷却单元包括依次连接的循环泵、循环过滤器和冷却器。

3.根据权利要求1所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述主动液压缸和从动液压缸包括缸筒、活塞、活塞杆、支撑环、导向套和密封圈。

4.根据权利要求1所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述电气控制柜与所述液压泵站、主负载单元、能量回收单元和溢流阀电气连接并控制所述自重回落式能量回收液压装置的动作，所述电气控制柜控制的动作包括主动液压缸和从动液压缸的动作及动作速度控制、能量回收与常规控制的切换、主动液压缸和从动液压缸的位置锁定以及能量回收单元的压力信号采集与处理。

5.根据权利要求4所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述电气控制柜包括柜体、PLC控制器、触摸屏和比例放大板。

6.根据权利要求1所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，初次使用所述能量回收单元时或者所述能量回收单元的能量损失时，利用所述液压泵站对所述蓄能器进行能量补充，所述蓄能器作用于从动液压缸并辅助主动液压缸提升负载并且将蓄能器中的能量转换为负载的重力势能。

7.根据权利要求4所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述能量回收单元将负载自重回落时作用于从动液压缸的能量回收并将负载的重力势能转换为液压能存储于蓄能器中向所述主动液压缸提供辅助动力。

8.根据权利要求1所述的自重回落式能量回收液压装置，其特征在于，所述主动液压缸的动作决定负载的动作，所述比例方向阀调节所述主动液压缸的进油流量来控制所述主动液压缸的动作速度，从动液压缸根据主动液压缸的动作向所述主动液压缸提供辅助动力。