CN105438988B - 起重机卷扬能量回收与再利用方法和系统、及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种起重机卷扬能量回收与再利用方法和系统、及起重机。该方法包括：卷扬马达将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能；第一液压动力装置将卷扬马达产生的液压能转换为主传动轴的机械能，其中第一液压动力装置与主泵同轴连接；主传动轴通过分动箱带动第二液压动力装置进行旋转，其中分动箱连接在发动机输出轴上，发动机通过分动箱与第二液压动力装置并联；第二液压动力装置给蓄能器充液，将第二液压动力装置的机械能转换成液压能储存起来。本发明通过将重物下降的重力势能进行回收，并加以利用，从而实现节能减排，同时降低了液压系统的发热，提高了液压系统的作业效率。

Description

起重机卷扬能量回收与再利用方法和系统、及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种起重机卷扬能量回收与再利用方法和系统、及起重机。

背景技术

起重机是一种重力作业机械，目前，吊重起升时重力做功，重物下降时通过控制平衡阀的节流口面积实现下降过程的节流调速，重物下降过程的能量全部转化为热能，造成能量的浪费。

现有的重物卷扬下落控制方案具有以下缺点：

1、节流调速将重物势能转换成热能，从而导致液压系统油温飞升，降低液压元件的使用寿命，并且增大了系统的泄漏量，降低了液压系统的作业效率。

2、重物势能转换成热能，势必要求系统增加散热装置，增加了设计成本。

3、重物势能转换成热能，系统不能利用有效利用重物势能，导致能量的浪费。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明提供了一种起重机卷扬能量回收与再利用方法和系统、及起重机，通过将重物下降的重力势能进行回收，并加以利用，从而实现节能减排，同时降低了液压系统的发热，提高了液压系统的作业效率。

根据本发明的一个方面，提供一种起重机卷扬能量回收与再利用方法，包括：

卷扬马达将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能；

第一液压动力装置将卷扬马达产生的液压能转换为主传动轴的机械能，其中第一液压动力装置与主泵同轴连接；

主传动轴通过分动箱带动第二液压动力装置进行旋转，其中分动箱连接在发动机输出轴上，发动机通过分动箱与第二液压动力装置并联；

第二液压动力装置给蓄能器充液，将第二液压动力装置的机械能转换成液压能储存起来。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

在吊重下落过程中，调整第一液压动力装置的排量，以控制重物下降速度。

在本发明的一个实施例中，在主传动轴通过分动箱带动第二液压动力装置进行旋转的步骤之前，所述方法还包括：

实时获取第一液压动力装置输出的给分动箱的负载扭矩T_h；

获取第二液压动力装置可回收能量的最大回收扭矩T_xmax；

判断T_xmax是否小于T_h；

若T_xmax小于T_h，则将第二液压动力装置的排量调整到最大，使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_xmax，通过T_x和发动机制动力矩来共同平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

若T_xmax不小于T_h，则通过调整第二液压动力装置的排量使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_h。

在本发明的一个实施例中，在第二液压动力装置给蓄能器充液的步骤之后，所述方法还包括：

在蓄能器的压力达到预定最大工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机制动力矩来平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

在起重机进行上车操作时，蓄能器释放存储的液压能，为起重机提供驱动力。

在本发明的一个实施例中，在起重机上车操作时，蓄能器释放存储的液压能的步骤包括：

在起重机吊重上升时，第二液压动力装置将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能；

主泵将主传动轴的机械能转换为液压能，以驱动卷扬马达实现重物的卷扬起升。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

在起重机吊重起升过程中，调整主泵的排量，以控制吊重起升速度。

在本发明的一个实施例中，在第二液压动力装置将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能的步骤之前，所述方法还包括：

实时获取主泵输出的负载扭矩T_d；

获取第二液压动力装置可提供的最大驱动扭矩T_xcmax；

判断T_xcmax是否小于T_d；

若T_xcmax小于T_d，则将第二液压动力装置的排量调到最大，使得第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_xmax，通过T_xc和发动机驱动力矩来共同驱动主泵。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

若T_xcmax不小于T_d，则调整第二液压动力装置的排量，使第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_d。

在本发明的一个实施例中，在第二液压动力装置将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能的步骤之后，所述方法还包括：

当蓄能器的压力达到预定最低工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机驱动主泵。

根据本发明的另一方面，提供一种起重机卷扬能量回收与再利用系统，包括：卷扬马达、第一液压动力装置、分动箱、第二液压动力装置和蓄能器，其中第一液压动力装置与主泵同轴连接，分动箱连接在发动机输出轴上，发动机通过分动箱与第二液压动力装置并联，其中：

卷扬马达，用于将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能；

第一液压动力装置，用于将卷扬马达产生的液压能转换为主传动轴的机械能；

分动箱，用于通过主传动轴的机械能带动第二液压动力装置进行旋转；

第二液压动力装置，用于通过给蓄能器充液，将第二液压动力装置的机械能转换成液压能储存起来；

蓄能器，用于存储液压能。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第一排量调节模块，其中：

第一排量调节模块，用于在吊重下落过程中，调整第一液压动力装置的排量，以控制重物下降速度。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第一力矩获取模块、第二力矩获取模块、第一识别模块和第二排量调节模块，其中：

第一力矩获取模块，用于实时获取第一液压动力装置输出的给分动箱的负载扭矩T_h；

第二力矩获取模块，用于获取第二液压动力装置的最大回收扭矩T_xmax；

第一识别模块，用于判断T_xmax是否小于T_h；

第二排量调节模块，用于根据第一识别模块的判断结果，在T_xmax小于T_h时，将第二液压动力装置的排量调整到最大，使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_xmax，通过T_x和发动机制动力矩来共同平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，第二排量调节模块还用于根据第一识别模块的判断结果，在T_xmax不小于T_h时，通过调整第二液压动力装置的排量使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_h。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第一压力传感器和第一开关，其中：

第一压力传感器，用于检测蓄能器的压力；

第一开关，用于在第一压力传感器检测的压力达到预定最大工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机制动力矩来平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，蓄能器还用于在起重机进行上车操作时，释放存储的液压能，为起重机提供驱动力。

在本发明的一个实施例中，第二液压动力装置还用于在起重机吊重上升时，将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能；主泵还用于将主传动轴的机械能转换为液压能，以驱动卷扬马达实现重物的卷扬起升。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第三排量调节模块，其中：

第三排量调节模块，用于在起重机吊重起升过程中，调整主泵的排量，以控制吊重起升速度。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第三力矩获取模块、第四力矩获取模块、第二识别模块，其中：

第三力矩获取模块，用于实时获取主泵输出的负载扭矩T_d；

第四力矩获取模块，用于获取第二液压动力装置可提供的最大驱动扭矩T_xcmax；

第二识别模块，用于判断T_xcmax是否小于T_d；

第二排量调节模块还用于根据第二识别模块的判断结果，在T_xcmax小于T_d时，将第二液压动力装置的排量调到最大，使得第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_xmax，通过T_xc和发动机驱动力矩来共同驱动主泵。

在本发明的一个实施例中，第二排量调节模块还用于根据第二识别模块的判断结果，在T_xcmax不小于T_d时，调整第二液压动力装置的排量，使第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_d。

在本发明的一个实施例中，第一开关还用于在第一压力传感器检测的压力达到预定最低工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机驱动主泵。

在本发明的一个实施例中，第一液压动力装置还用于在起重机吊重下落时，断开与卷扬马达的连接，不进行能量回收；主泵还用于在第一液压动力装置与卷扬马达的连接断开时，与卷扬马达落口连接，与卷扬马达组成开式回路，系统实现开式下落。

根据本发明的另一方面，提供一种起重机，包括上述任意一项实施例中所述的起重机卷扬能量回收与再利用系统。

本发明可以有效的回收起重机起升作业重物下降过程的能量，然后加以再利用，降低了起重作业燃油消耗，节能减排。在重物下降过程，采用的是通过给蓄能器充液的方式调节重物下降速度，取代了目前的采用平衡阀调速的方式，降低了系统的发热量，延长了液压元件的使用寿命，并且可以减小起重机散热系统功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统一个实施例的示意图。

图2为本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统另一实施例的示意图。

图3为本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统又一实施例的示意图。

图4为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法一个实施例的示意图。

图5为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法另一实施例的示意图。

图6为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法又一实施例的示意图。

图7为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法又一实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统一个实施例的示意图。如图1所示，所述起重机卷扬能量回收与再利用系统包括：卷扬马达1、第一液压动力装置2、分动箱3、第二液压动力装置4和蓄能器5、平衡阀10、主换向阀9、主泵6和发动机7，其中：

主泵6的出油口与主换向阀9的第一工作油口P连通，主换向阀9的第二工作油口A与平衡阀10的第一工作油口C连通，平衡阀10的第二工作油口D与卷扬马达1的起口连通。

平衡阀10的第一工作油口C与第一液压动力装置2的进油口连通，第一液压动力装置2与主泵6同轴连接，分动箱3连接在发动机7到主泵6的输出轴上，发动机7通过分动箱3与第二液压动力装置4并联，第二液压动力装置4与蓄能器5连通。

卷扬马达1，用于将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能。

一级二次元件第一液压动力装置2，用于将卷扬马达产生的液压能转换为主传动轴的机械能。

分动箱3，用于通过主传动轴的机械能带动第二液压动力装置进行旋转。

二级二次元件第二液压动力装置4，用于通过给蓄能器充液，将第二液压动力装置的机械能转换成液压能储存起来。

蓄能器5，用于存储液压能。

基于本发明上述实施例提供的起重机卷扬能量回收与再利用系统，可以有效的回收起重机起升作业重物下降过程的能量，然后加以再利用，降低了起重作业燃油消耗，节能减排。在重物下降过程，采用的是通过给蓄能器充液的方式调节重物下降速度，取代了目前的采用平衡阀调速的方式，降低了系统的发热量，延长了液压元件的使用寿命，并且可以减小起重机散热系统功率。

在本发明的一个实施例中，第一液压动力装置2包括第一变量泵和第一泵马达；第二液压动力装置4包括第二变量泵和第二泵马达。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述的系统还包括先导油源、第一换向阀11、第二换向阀13、第一插装阀12和梭阀14，其中：

先导油源的出油口与第一换向阀11的第一工作油口H连通，第一换向阀11的第二工作油口F与平衡阀的控制油口连通。

第二换向阀13的第一进油口与梭阀14的出油口连通，梭阀14的第一、第二进油口分别与第一插装阀12的第一工作油口R和第二工作油口S连通。

如图1所示，吊重下落过程种，卷扬的势能会通过卷筒、卷扬减速机、卷扬马达形成液压能，电磁铁1Y、2Y、4Y、6Y通电，卷扬马达1与第一液压动力装置2组成泵控马达回路，将重物的势能转换成机械能，此时卷扬落口的压力油由主泵进行提供。重物产生的力矩带动第一液压动力装置回转，机械能再带动第二液压动力装置给蓄能器充液，将机械能转换成液压能储存起来。

具体而言，电磁铁6Y得电，主换向阀9处于右位，主换向阀的第一工作油口P和第三工作油口B导通；主换向阀的第三工作油口B与卷扬马达的落口连通主泵给卷扬马达的落侧提供液压油，防止马达出现吸空。通过第三压力传感器83检测主泵出口压力给控制器，控制主泵的排量，保证主泵出口保持一个较低的恒定压力，实现主泵给卷扬马达落口侧的补油。

电磁铁4Y得电，第一换向阀11处于下位，第一换向阀11的第一工作油口H和第二工作油口F导通，使得先导油源流入平衡阀10的先导油口E，从而使的平衡阀10反向导通，卷扬马达1无杆腔的压力油通过平衡阀10流向第一插装阀的第一工作油口R。

电磁铁1Y通电，则第二换向阀13处于左位，插装阀12的控制油口U无压力油，由此第一插装阀12将会打开，第一插装阀12的第一工作油口R与平衡阀10的第一工作油口C连通。由此，第一液压动力装置2和卷扬马达1形成通路，将重物的势能转换成机械能。

电磁阀2Y得电，则第四换向阀20处于右位，第二插装阀19的控制油口与平衡阀C口的油路相通，由此第二插装阀19将会关闭。

吊重下落过程种，卷扬的势能会通过卷筒、卷扬减速机、卷扬马达形成液压能，卷扬马达1产生的液压能，推动第一液压动力装置2进行旋转，第一液压动力装置2将卷扬马达1产生的液压能将转换为传动轴的机械能。

传动轴的机械能带动主泵6、分动箱3、第二液压动力装置4进行旋转，从而使传动轴的机械能转换成第二液压动力装置4的旋转动能。

第二液压动力装置4将会旋转，从而将液压油打入蓄能器5中，即完成机械能到液压能的转换，最终实现卷扬能量的回收。

蓄能器5，用于存储液压能。

在本发明的上述实施例中，针对卷扬马达进行能量的回收，主要采用的是平衡阀进行卷扬马达的锁止。

在本发明的一个实施例中，在不进行能量回收时，第一液压动力装置2可以用于回转马达的驱动。

在本发明的一个实施例中，卷扬下落时，卷扬马达落口液压油除了主泵可提供补油之外，也可以通过额外设置的补油泵进行供油。

在本发明的一个实施例中，可以采用开关阀替代平衡阀对卷扬马达进行锁止，同样可以达到卷扬能量回收和再利用的效果。

在本发明的一个实施例中，可以采用开关阀替代第一插装阀对第一液压动力装置进行锁止，同样可以达到卷扬能量回收和再利用的效果。

在本发明的一个实施例中，在吊重下落时，第一插装阀的第一工作油口R可以与平衡阀10的第二工作油口D连通，即，第一插装阀的第一工作油口R可以连接到平衡阀与卷扬马达起口之间的油路上。如此，同样可以达到卷扬能量回收和再利用的效果。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第一排量调节模块，其中：

第一排量调节模块，用于在吊重下落过程中，调整第一液压动力装置2的排量，以控制重物下降速度，从而防止重物快速下落。

本发明的上述实施例中，在重物下降过程，采用变量泵调节重物下降速度，取代了目前平衡阀调速的方式，即采用容积调速取代节流调速，降低了系统的发热量，延长了液压元件的使用寿命，并且可以减小起重机散热系统功率。

在本发明的一个实施例中，起重机工作过程中，起重机控制器根据起重机操纵手柄的角度，输出电流信号控制第一液压动力装置2的排量，进而控制重物下降速度，进而计算出第一液压动力装置2输出给分动箱轴的扭矩也就是可回收的能量扭矩T_h。

图2为本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统另一实施例的示意图。与上述实施例相比，图2所示实施例中，所述系统还可以包括第一力矩获取模块201、第二力矩获取模块202、第一识别模块203、第二排量调节模块204、以及如图1所示的第一开关17和第二开关18，其中：

第一力矩获取模块201与图1中的第一液压动力装置2连接，第二力矩获取装置202与第二液压动力装置4连接。

如图1所示，第一开关17设置在第二液压动力装置4与分动箱3之间，第二开关设置在发动机7与分动箱3之间。

第一力矩获取模块201，用于在吊重下落过程中，实时获取第一液压动力装置2输出给分动箱3的负载扭矩T_h。

在本发明的一个实施例中，第一力矩获取模块201可以通过获取第一液压动力装置2的排量以及第一压力传感器82的测量值来获取所述负载扭矩T_h。

第二力矩获取模块202，用于获取第二液压动力装置4的最大回收扭矩T_xmax。

在本发明的一个实施例中，第二力矩获取模块202可以通过获取第二液压动力装置4的最大排量、以及第二压力传感器81检测的蓄能器的压力来获取所述最大回收扭矩T_xmax。

第一识别模块203，用于判断T_xmax是否小于T_h。

第二排量调节模块204，用于根据第一识别模块203的判断结果，在T_xmax小于T_h时，将第二液压动力装置4的排量调整到最大，使得第二液压动力装置4的回收扭矩T_x＝T_xmax，并触发第一开关17和第二开关18闭合，通过T_x和发动机7的制动力矩来共同平衡T_h。即，第二液压动力装置4只能部分回收第一液压动力装置2的机械能(即部分回收卷扬机构的卷扬能量)。

在本发明的一个实施例中，第二排量调节模块204还用于根据第一识别模块203的判断结果，在T_xmax不小于T_h时，通过调整第二液压动力装置4的排量使得第二液压动力装置4的回收扭矩T_x＝T_h，同时触发第一开关闭合、第二开关断开，完全依靠通过T_x来平衡T_h。即，第二液压动力装置4可以全部回收第一液压动力装置2的机械能(即全部回收卷扬机构的卷扬能量)。

在本发明的一个实施例中，第一开关17和第二开关18均可以采用离合器。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述系统还包括第一压力传感器81，其中：

第一压力传感器81与蓄能器5连接，用于检测蓄能器5的压力；

第一开关17还用于在第一压力传感器81检测的压力达到预定最大工作压力时，断开第二液压动力装置4与分动箱3的连接，完全依靠发动机7制动力矩来平衡T_h。

本发明上述实施例中，随着吊重下落，能量回收的进行，蓄能器的压力不断增大，当蓄能器的压力达到蓄能器设定的最大工作压力时，断开第二液压动力装置4与分动箱3的连接，完全依靠发动机7制动力矩来平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述系统还包括第二插装阀19和第四换向阀20，其中：

第二插装阀的第一工作油口与平衡阀的第一工作油口C连通，第二装阀的第二工作油口与主换向阀的第二工作油口A连通。

电磁铁2Y得电时，第四换向阀20处于右位，第四换向阀将插装阀19的控制油口与平衡阀的起口连通，使得插装阀19的控制油口有压力油，导致插装阀19断开。

电磁铁2Y失电时，第四换向阀20处于左位，第四换向阀将第二插装阀19的控制油口与回油油缸连通，使得插装阀19的控制油口无压力油，导致第二插装阀19闭合。

本发明的上述实施例中，第二插装阀19和第四换向阀20实现了对平衡阀起口与主换向阀第二工作油口A之间油路的接通和闭合控制。

在本发明的一个实施例中，可以采用开关阀替代第二插装阀19和第四换向阀20的组合对平衡阀进行锁止，同样可以达到卷扬能量回收和再利用的效果。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述系统还包括第三换向阀15和第三插装阀16，其中：

第三换向阀15的第一工作油口X与回油回路连通，第二工作油口Y与第三插装阀16的控制油口U1连通，第三工作油口Z与蓄能器5连通。

第三插装阀16的第一工作油口V与蓄能器5连通，第二工作油口W与第二液压动力装置4连通。

起重机吊重下落的过程中，电磁铁3Y得电，第三换向阀15处于左位，第三插装阀16的控制油口U1无压力油，第三插装阀16的第一工作油口V和第二工作油口W导通，蓄能器5与第二液压动力装置4连通，实现卷扬能量的回收。

在第一压力传感器81检测的压力达到预定最大工作压力时，电磁铁3Y断电，第三换向阀15处于右位，第三插装阀16的控制油口U1有压力油，第三插装阀16的第一工作油口V和第二工作油口W断开，蓄能器5与第二液压动力装置4断开，完全依靠发动机7制动力矩来平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，可以采用开关阀替代第二插装阀对储能器进行锁止，同样可以达到卷扬能量回收和再利用的效果。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述系统还包括与蓄能器5连通的溢流阀21，其中：

溢流阀21，用于第一压力传感器81检测的压力达到预定最大工作压力时(即，在当蓄能器充满时)，打开，使得蓄能器保持恒定的压力，能量回收停止。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，第一液压动力装置还用于在起重机吊重下落时，断开与卷扬马达的连接(第一插装阀12断开)，不进行能量回收；主泵还用于在第一液压动力装置与卷扬马达的连接断开时，与卷扬马达落口连接(主换向阀9处于右位，第三插装阀19导通，平衡阀10反向导通)，与卷扬马达组成开式回路，系统实现开式下落。

在本发明的一个实施例中，蓄能器5还用于在起重机进行上车操作且蓄能器有剩余能量时，释放存储的液压能，为起重机的液压执行机构提供驱动力。

在本发明的一个实施例中，所述液压执行机构可以包括卷扬马达、卷扬马达、回转马达等液压执行机构中的至少一个。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述系统还包括第三插装阀19和第四换向阀20，其中：

电磁铁2Y得电时，第四换向阀20处于右位，第四换向阀将插装阀19的控制油口与平衡阀的起口连通，使得插装阀19的控制油口有压力油，导致插装阀19断开。

电磁铁2Y失电时，第四换向阀20处于左位，第四换向阀将插装阀19的控制油口与回油油缸连通，使得插装阀19的控制油口无压力油，导致插装阀19闭合。

本发明的上述实施例中，第三插装阀19和第四换向阀20实现了对平衡阀起口与主换向阀第二工作油口A之间油路的接通和闭合控制。

在本发明的一个实施例中，可以采用开关阀替代第三插装阀19和第四换向阀20的组合对平衡阀进行锁止，同样可以达到卷扬能量回收和再利用的效果。

在本发明的一个实施例中，在起重臂的吊重起升时，电磁铁3Y、5Y通电，通过主泵与卷扬马达组成开式泵控马达回路，实现对卷扬系统的驱动。

具体而言，电磁铁3Y得电，第三换向阀15处于左位，第三插装阀16的控制油口U1无压力油，第三插装阀16的第一工作油口V和第二工作油口W导通，蓄能器5与第二液压动力装置4连通，蓄能器5中高压油通过第三插装阀16驱动第二液压动力装置4进行旋转。

第二液压动力装置4通过第一开关1带动分动箱进行旋转，从而将机械能传递至主传动轴，与发动机一起给主传动轴提供驱动力，从而实现存储的液压能的再利用。

电磁铁5Y得电，主换向阀9处于左位，主换向阀的主换向阀的第一工作油口P和第二工作油口A导通。主泵6还用于将主传动轴的机械能转换为液压能，以驱动卷扬马达1实现吊重起升。此时卷扬马达的起升，可通过主泵提供液压油。

本发明上述实施例中，在起升系统重物下降过程中，将卷扬马达与第一液压动力装置组成开式泵控马达系统，第一液压动力装置再带动第二液压动力装置给蓄能器充液，回收重物下降过程的能量。回收的能量能够重新被释放，用于驱动主传动轴旋转，和发动机一起给主系统提供驱动力。

本发明卷扬能量回收与再利用系统不仅可以用于开式泵控系统的起重机，还可以用于负载敏感泵阀控系统和闭式泵控系统的起重机。

在本发明的一个实施例中，所述系统还包括第三排量调节模块，其中：

第三排量调节模块，用于在吊重起升过程中，调整主泵6的排量，以控制吊重起升速度。

在本发明的一个实施例中，起重机工作过程中，起重机控制器根据起重机操纵手柄的角度，输出电流信号控制主泵的排量，进而控制吊重起升的速度，进而获取主泵的输出力矩T_d。

图3为本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统又一实施例的示意图。与上述实施例相比，图3所示实施例中，所述系统还可以包括第三力矩获取模块301、第四力矩获取模块302、第二识别模块303，其中：

第三力矩获取装置301与主泵连通，第四力矩获取装置302与第二液压动力装置连通；第二识别模块303分别与第三力矩获取模块和第四力矩获取模块连通。

第三力矩获取模块301，用于在吊重起升过程中，实时获取主泵6输出的负载扭矩T_d。

在本发明的一个实施例中，第三力矩获取模块301可以通过获取主泵6的排量以及第三压力传感器83的测量值来获取所述主泵6输出的负载扭矩T_d。

第四力矩获取模块302，用于获取第二液压动力装置4可提供的最大驱动扭矩T_xcmax。

在本发明的一个实施例中，第二力矩获取模块202可以通过获取第二液压动力装置4的最大排量、以及第二压力传感器81检测的蓄能器的压力来获取所述最大驱动扭矩T_xcmax。

第二识别模块303，用于判断T_xcmax是否小于T_d。

第二排量调节模块204还用于根据第二识别模块303的判断结果，在T_xcmax小于T_d时，将第二液压动力装置4的排量调到最大，使得第二液压动力装置4提供的驱动扭矩T_xc＝T_xcmax；同时触发第一开关和第二开关闭合，通过第二液压动力装置4的驱动扭矩T_xc和发动机7的驱动力矩来共同驱动主泵6。

在本发明的一个实施例中，第二排量调节模块204还用于根据第二识别模块303的判断结果，在T_xcmax不小于T_d时，调整第二液压动力装置4的排量使第二液压动力装置4提供的驱动扭矩T_xc＝T_d；同时触发第一开关闭合、第二开关断开。即，完全依靠第二液压动力装置来驱动主泵。

在本发明的一个实施例中，第一开关还用于在第一压力传感器81检测的压力达到预定最低工作压力时，断开第二液压动力装置4与分动箱3的连通，同时闭合第二开关，完全依靠发动机7驱动主泵6。

在本发明的一个实施例中，随着起升重物上升，蓄能器中的高压油液被放出，蓄能器的压力不断减小，当蓄能器的压力降低至设定最低允许压力值时，将第二液压动力装置的排量控制信号置零，电磁铁3Y断电，第三插装阀16断开，第一开关17断开，完全依靠发动机提供动力。

根据本发明的另一方面，提供一种起重机，包括上述任意一项实施例中所述的起重机卷扬能量回收与再利用系统。

基于本发明上述实施例提供的起重机，可以有效的回收起重机起升作业重物下降过程的能量，然后加以再利用，降低了起重作业燃油消耗，节能减排。在重物下降过程，采用的是通过给蓄能器充液的方式调节重物下降速度，取代了目前的采用平衡阀调速的方式，降低了系统的发热量，延长了液压元件的使用寿命，并且可以减小起重机散热系统功率。

图4为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法一个实施例的示意图。优选的，本实施例可由本发明起重机卷扬能量回收与再利用系统执行。该方法包括以下步骤：

步骤401，卷扬马达1将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能。

步骤402，第一液压动力装置2将卷扬马达1产生的液压能转换为主传动轴的机械能，其中第一液压动力装置2与主泵6同轴连通。

步骤403，主传动轴通过分动箱3带动第二液压动力装置4进行旋转，其中分动箱3连通在发动机7输出轴上，发动机7通过分动箱3与第二液压动力装置4并联。

步骤404，第二液压动力装置4给蓄能器5充液，将第二液压动力装置4的机械能转换成液压能储存起来。

基于本发明上述实施例提供的起重机卷扬能量回收与再利用方法，可以有效的回收起重机起升作业重物下降过程的能量，然后加以再利用，降低了起重作业燃油消耗，节能减排。在重物下降过程，采用的是通过给蓄能器充液的方式调节重物下降速度，取代了目前的采用平衡阀调速的方式，降低了系统的发热量，延长了液压元件的使用寿命，并且可以减小起重机散热系统功率。

在本发明的一个实施例中，所述方法还可以包括：在吊重下落过程中，调整第一液压动力装置2的排量，以控制重物下降速度。

本发明的上述实施例中，在重物下降过程，采用变量泵调节重物下降速度，取代了目前平衡阀调速的方式，即采用容积调速取代节流调速，降低了系统的发热量，延长了液压元件的使用寿命，并且可以减小起重机散热系统功率。

图5为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法另一实施例的示意图。在图4所示的步骤402之前，所述方法还可以包括：

步骤501，起重机吊重下落过程中，实时获取第一液压动力装置2输出给分动箱3的负载扭矩T_h。

步骤502，获取第二液压动力装置4的最大回收扭矩T_xmax。

步骤503，判断T_xmax是否小于T_h。若T_xmax小于T_h，则执行步骤504；否则，若T_xmax不小于T_h，则执行步骤505。

步骤504，将第二液压动力装置4的排量调整到最大，使得第二液压动力装置4的回收扭矩T_x＝T_xmax，通过T_x和发动机7制动力矩来共同平衡T_h，之后不再执行本实施例的其它步骤。即，这种情况下，本发明只能部分回收第一液压动力装置2的机械能(即部分回收卷扬机构的卷扬能量)。

步骤505，通过调整第二液压动力装置4的排量使得第二液压动力装置4的回收扭矩T_x＝T_h。即，这种情况下，本发明可以全部回收第一液压动力装置2的机械能(即全部回收卷扬机构的卷扬能量)。

在本发明的一个实施例中，所述方法还可以包括：在蓄能器5的压力达到预定最大工作压力时，断开第二液压动力装置4与分动箱3的连通，完全依靠发动机7制动力矩来平衡T_h。

本发明上述实施例中，随着吊重下落，能量回收的进行，蓄能器的压力不断增大，当蓄能器的压力达到蓄能器设定的最大工作压力时，断开第二液压动力装置4与分动箱3的连接，完全依靠发动机7制动力矩来平衡T_h。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：在起重机进行上车操作时，蓄能器5释放存储的液压能，为起重机的液压执行机构提供驱动力。

在本发明的一个实施例中，所述液压执行机构可以包括卷扬马达、卷扬马达、回转马达等液压执行机构中的至少一个。

图6为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法又一实施例的示意图。所述在起重机上车操作时，蓄能器5释放存储的液压能的步骤包括：

步骤601，在起重机吊重起升且蓄能器有剩余能量时，第二液压动力装置4将蓄能器5释放的液压能转换为主传动轴的机械能；

步骤602，主泵6将主传动轴的机械能转换为液压能，以驱动卷扬马达1实现吊重起升。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：在吊重起升过程中，调整主泵6的排量，以控制重物起升速度。

图7为本发明起重机卷扬能量回收与再利用方法又一实施例的示意图。在图6所示的第二液压动力装置4将蓄能器5释放的液压能转换为主传动轴的机械能的步骤之前，所述方法还可以包括：

步骤701，在起重机吊重起升时，实时获取主泵6输出的负载扭矩T_d。

步骤702，获取第二液压动力装置4可提供的最大驱动扭矩T_xcmax。

步骤703，判断T_xcmax是否小于T_d。若T_xcmax小于T_d，则执行步骤704；否则，若T_xcmax不小于T_d，则执行步骤705。

步骤704，若T_xcmax小于T_d，则将第二液压动力装置4的排量调到最大，使得第二液压动力装置4提供的驱动扭矩T_xc＝T_xcmax；同时触发第一开关和第二开关闭合，通过第二液压动力装置的驱动扭矩4T_xc和发动机7的驱动力矩来共同驱动主泵6。

步骤705，在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：若T_xcmax不小于T_d，则调整第二液压动力装置4的排量，使第二液压动力装置4提供的驱动扭矩T_xc＝T_d；同时触发第一开关闭合、第二开关断开。即，完全依靠第二液压动力装置来驱动主泵。

在本发明的一个实施例中，在图6所示的步骤601之后，所述方法还可以包括：当蓄能器5的压力达到预定最低工作压力时，断开第二液压动力装置4与分动箱3的连通，完全依靠发动机7驱动主泵6。

在本发明的一个实施例中，随着起升重物上升，蓄能器中的高压油液被放出，蓄能器的压力不断减小，当蓄能器的压力降低至设定最低允许压力值时，将第二液压动力装置的排量控制信号置零，电磁铁3Y断电，第三插装阀16断开，第一开关17断开，完全依靠发动机提供动力。

在上面所描述的第一力矩获取模块201、第二力矩获取模块202、第一识别模块203、第二排量调节模块204、第三力矩获取模块301、第四力矩获取模块302、第二识别模块303等功能单元实现为用于执行本申请所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(PLC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

在上面所描述的第一力矩获取模块201、第二力矩获取模块202、第一识别模块203、第二排量调节模块204、第三力矩获取模块301、第四力矩获取模块302、第二识别模块303等功能单元的功能可以由起重机控制器实现。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (22)

1.一种起重机卷扬能量回收与再利用方法，其特征在于，包括：

卷扬马达与第一液压动力装置组成开式泵控马达系统，将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能；

第一液压动力装置将卷扬马达产生的液压能转换为主传动轴的机械能，其中第一液压动力装置与主泵同轴连接，第一液压动力装置包括第一变量泵和第一泵马达；

主传动轴通过分动箱带动第二液压动力装置进行旋转，其中分动箱连接在发动机到主泵的输出轴上，发动机通过分动箱与第二液压动力装置并联；

第二液压动力装置给蓄能器充液，将第二液压动力装置的机械能转换成液压能储存起来，其中第二液压动力装置与蓄能器连通；

其中，所述方法还包括：

在吊重下落过程中，调整第一液压动力装置的排量，以控制重物下降速度；采用变量泵调节重物下降速度，取代了平衡阀调速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在主传动轴通过分动箱带动第二液压动力装置进行旋转的步骤之前，所述方法还包括：

实时获取第一液压动力装置输出的给分动箱的负载扭矩T_h；

获取第二液压动力装置可回收能量的最大回收扭矩T_xmax；

判断T_xmax是否小于T_h；

若T_xmax小于T_h，则将第二液压动力装置的排量调整到最大，使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_xmax，通过T_x和发动机制动力矩来共同平衡T_h。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

若T_xmax不小于T_h，则通过调整第二液压动力装置的排量使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_h。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在第二液压动力装置给蓄能器充液的步骤之后，还包括：

在蓄能器的压力达到预定最大工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机制动力矩来平衡T_h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在起重机进行上车操作时，蓄能器释放存储的液压能，为起重机提供驱动力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在起重机上车操作时，蓄能器释放存储的液压能的步骤包括：

在起重机吊重上升时，第二液压动力装置将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能；

主泵将主传动轴的机械能转换为液压能，以驱动卷扬马达实现重物的卷扬起升。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在起重机吊重起升过程中，调整主泵的排量，以控制吊重起升速度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在第二液压动力装置将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能的步骤之前，还包括：

实时获取主泵输出的负载扭矩T_d；

获取第二液压动力装置可提供的最大驱动扭矩T_xcmax；

判断T_xcmax是否小于T_d；

若T_xcmax小于T_d，则将第二液压动力装置的排量调到最大，使得第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_xmax，通过T_xc和发动机驱动力矩来共同驱动主泵。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

若T_xcmax不小于T_d，则调整第二液压动力装置的排量，使第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_d。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，在第二液压动力装置将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能的步骤之后，还包括：

当蓄能器的压力达到预定最低工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机驱动主泵。

11.一种起重机卷扬能量回收与再利用系统，其特征在于，包括：卷扬马达、第一液压动力装置、分动箱、第二液压动力装置和蓄能器，其中第一液压动力装置与主泵同轴连接，分动箱连接在发动机到主泵的输出轴上，发动机通过分动箱与第二液压动力装置并联，第二液压动力装置与蓄能器连通，其中：

卷扬马达与第一液压动力装置组成开式泵控马达系统，用于将起重机吊重下落过程中重物产生的重力势能转换为液压能；

第一液压动力装置，用于将卷扬马达产生的液压能转换为主传动轴的机械能；

分动箱，用于通过主传动轴的机械能带动第二液压动力装置进行旋转；

第二液压动力装置，用于通过给蓄能器充液，将第二液压动力装置的机械能转换成液压能储存起来；

蓄能器，用于存储液压能；

其中，所述系统还包括第一排量调节模块，其中：

第一液压动力装置包括第一变量泵和第一泵马达；

第一排量调节模块，用于在吊重下落过程中，调整第一液压动力装置的排量，以控制重物下降速度；采用变量泵调节重物下降速度，取代了平衡阀调速。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括第一力矩获取模块、第二力矩获取模块、第一识别模块和第二排量调节模块，其中：

第一力矩获取模块，用于实时获取第一液压动力装置输出的给分动箱的负载扭矩T_h；

第二力矩获取模块，用于获取第二液压动力装置的最大回收扭矩T_xmax；

第一识别模块，用于判断T_xmax是否小于T_h；

第二排量调节模块，用于根据第一识别模块的判断结果，在T_xmax小于T_h时，将第二液压动力装置的排量调整到最大，使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_xmax，通过T_x和发动机制动力矩来共同平衡T_h。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，

第二排量调节模块还用于根据第一识别模块的判断结果，在T_xmax不小于T_h时，通过调整第二液压动力装置的排量使得第二液压动力装置的回收扭矩T_x＝T_h。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，其特征在于，还包括第一压力传感器和第一开关，其中：

第一压力传感器，用于检测蓄能器的压力；

第一开关，用于在第一压力传感器检测的压力达到预定最大工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机制动力矩来平衡T_h。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，

蓄能器还用于在起重机进行上车操作时，释放存储的液压能，为起重机提供驱动力。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，

第二液压动力装置还用于在起重机吊重上升时，将蓄能器释放的液压能转换为主传动轴的机械能；

主泵还用于将主传动轴的机械能转换为液压能，以驱动卷扬马达实现重物的卷扬起升。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括第三排量调节模块，其中：

第三排量调节模块，用于在起重机吊重起升过程中，调整主泵的排量，以控制吊重起升速度。

18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，还包括第三力矩获取模块、第四力矩获取模块、第二识别模块，其中：

第三力矩获取模块，用于实时获取主泵输出的负载扭矩T_d；

第四力矩获取模块，用于获取第二液压动力装置可提供的最大驱动扭矩T_xcmax；

第二识别模块，用于判断T_xcmax是否小于T_d；

第二排量调节模块还用于根据第二识别模块的判断结果，在T_xcmax小于T_d时，将第二液压动力装置的排量调到最大，使得第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_xmax，通过T_xc和发动机驱动力矩来共同驱动主泵。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，

第二排量调节模块还用于根据第二识别模块的判断结果，在T_xcmax不小于T_d时，调整第二液压动力装置的排量，使第二液压动力装置提供的驱动扭矩T_xc＝T_d。

20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，

第一开关还用于在第一压力传感器检测的压力达到预定最低工作压力时，断开第二液压动力装置与分动箱的连接，完全依靠发动机驱动主泵。

21.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，

第一液压动力装置还用于在起重机吊重下落时，断开与卷扬马达的连接，不进行能量回收；

主泵还用于在第一液压动力装置与卷扬马达的连接断开时，与卷扬马达落口连接，与卷扬马达组成开式回路，系统实现开式下落。

22.一种起重机，其特征在于，包括如权利要求11至21中任意一项所述的起重机卷扬能量回收与再利用系统。