CN105805097A - 溢流阀溢流损耗回收与再利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，包括主泵、油箱、液压缸、三个单向阀、三个溢流阀、五个换向阀和两个液压蓄能器，通过上述零部件的有机结合，实现对溢流阀口溢流损耗能量的存储和释放一体化功能，进一步，设置了两个蓄能器，利用两个蓄能器的压力等级可不同的设置，实现溢流损耗的两级回收，扩大了溢流压力损耗的回收压力范围，同时补油时又减少了对系统的冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种溢流阀溢流损耗回收与再利用系统。
背景技术
比例(常规)溢流阀的出口一般接油箱，溢流阀工作，其阀口损耗压差即为溢流阀的进口压力，溢流压力等级越大，阀口压差损耗越大，溢流流量随液压系统类型的不同而不同，随着液压系统等级高压化的趋势，溢流损耗问题将更加严重。溢流阀的溢流损失与液压系统的类型、工作过程中的实际工况和操作人员的操作方式有关。按溢流阀的功能将溢流损耗主要分成调压溢流损耗和安全溢流损耗。在进口节流调速和出口节流调速回路中，溢流阀起溢流调压功能，始终有部分液压油通过溢流阀回油箱，因此溢流阀始终存在溢流损耗。溢流阀起安全阀作用时，虽然只有在某些工况下，溢流阀才会工作，但也同样存在溢流损耗。目前诸如正流量技术、负流量技术、负载敏感技术等传统的节能液压驱动系统都属于流量耦合系统，虽然可以在某种程度上提高液压挖掘机能量利用率，但更多地是解决液压系统节流损耗问题，或者通过流量优化匹配，尽可能减少通过溢流阀口的流量，并未根本上解决溢流元件自身的溢流损耗问题；当前各种能量回收技术主要是解决节流口处能量损耗问题。对常规溢流阀溢流压差损耗可以通过一个蓄能器进行回收与再利用，但一个蓄能器的压力回收范围小，而且在调节溢流阀溢流压力从高压降为低压时，蓄能器对主油路有较大冲击。
发明内容
本发明提供了溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其克服了背景技术中溢流阀溢流损耗回收系统所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，包括主泵、油箱、液压缸、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第一液压蓄能器和第二液压蓄能器，液压缸通过活塞分为有杆腔和无杆腔；该主泵进油口接油箱，第一单向阀进油口接主泵出油口，第一单向阀出油口接第四换向阀进油口P、第一溢流阀进油口、第二单向阀出油口；该第四换向阀油口A接液压缸的无杆腔，第四换向阀油口B接液压缸的有杆腔，第四换向阀油口T接油箱；该第一溢流阀出油口接第一换向阀进油口P，第一溢流阀溢流口接回油箱；该第一换向阀油口A接第三单向阀进油口，第一换向阀油口B接油箱，第一换向阀上腔控制口K1与第一溢流阀进油口、第二换向阀控制口K3和第三换向阀控制口K4相通，第一换向阀下腔控制口K2与第三单向阀出油口相通；该第三单向阀出油口与第二换向阀进油口A、第三换向阀进油口A、第五换向阀油口A相通；该第二换向阀油口B和第一液压蓄能器、第二溢流阀相通；该第三换向阀油口B和第二液压蓄能器、第三溢流阀相通；该第二溢流阀和第三溢流阀出油口都接油箱；该第二单向阀进油口接第五换向阀油口B。
一实施例之中：该第四换向阀为第一电磁换向阀，该第五换向阀为第二电磁换向阀。
一实施例之中：还包括驱动电机，该驱动电机同轴传动连接主泵。
一实施例之中：该主泵为定量泵或变量泵。
一实施例之中：该第一溢流阀为先导式溢流阀，该溢流口为先导出油口，该先导出油口单独外泄接回油箱。
一实施例之中：该第二溢流阀和第三溢流阀采用先导式溢流阀或直动式溢流阀。
一实施例之中：该第二电磁换向阀的电控与驱动电机同步，以使驱动电机启动时，该第二电磁换向阀通电上位工作。
一实施例之中：该第二溢流阀溢流压力与第二换向阀弹簧压力相等且为S1,第三溢流阀溢流压力为S2，第三换向阀弹簧压力为S3，该S2<S3<S1。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
溢流损耗回收与再利用系统，包括主泵、油箱、液压缸、三个单向阀、三个溢流阀、三个换向阀、两个电磁换向阀和两个液压蓄能器，通过上述零部件的有机结合，实现对溢流阀口溢流损耗能量的存储和释放一体化功能，进一步，设置了两个蓄能器，利用两个蓄能器的压力等级可不同的设置，实现溢流损耗的两级回收，扩大了溢流压力损耗的回收压力范围，同时补油时又减少了对系统的冲击。
第一溢流阀为先导式溢流阀，能根据工况需要选择不同压力等级(调定压力)，通过匹配相应压力等级的液压蓄能器减小了蓄能器释放油路对主油路的冲击，提高了液压系统的稳定性，扩大了溢流损耗的回收压力范围，提高了能量回收利用率。
第四换向阀、第五换向阀采用电磁换向阀，控制更加方便、快捷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明基于液压蓄能器的溢流阀溢流损耗二级回收与再利用系统的结构示意图；
图2是第一溢流阀的溢流调定压力在30MPa时的能量回收与释放示意图；
图3是第一溢流调定压力从30MPa降到20MPa能量回收与释放示意图；
图4是第一溢流调定压力从20MPa降到10MPa能量回收与释放示意图；
图5是第一溢流调定压力从10MPa升到20MPa能量回收与释放示意图；
图6是第一溢流调定压力从20MPa升到30MPa能量回收与释放示意图；
标号说明：
1-驱动电机；2-主泵；4-第一单向阀；5-第二电磁换向阀；6-油箱11-第二单向阀；13-第一溢流阀；14-第一换向阀；15-第三单向阀；18-第一电磁换向阀；19-液压缸；20-第二换向阀；21-第三换向阀；22-第一蓄能器；23-第二蓄能器；24-第二溢流阀；25-第三溢流阀。
具体实施方式
基于液压蓄能器的溢流阀溢流损耗二级回收与再利用系统，如图1所示，包括驱动电机1、主泵2、油箱6、液压缸19、第一电磁换向阀18、第二电磁换向阀5、第一单向阀4、第二单向阀11、第三单向阀15、第一溢流阀13、第二溢流阀24、第三溢流阀25、第一换向阀14、第二换向阀20、第三换向阀21、第一蓄能器22、第二蓄能器23，该液压缸19内设活塞，通过活塞将液压缸19分为无杆腔和有杆腔。
该驱动电机1同轴连接主泵2以能驱动主泵2实现供油，主泵2进油口接油箱6，主泵2出油口接第一单向阀4进油口，第一单向阀4出油口与第一电磁换向阀18进油口18P、第一溢流阀13进油口和第二单向阀11出油口都相通，使油箱6内的油能经第一单向阀4向第一电磁换向阀18进油口18P或第一溢流阀13进油口等供油。系统主回路包括第一单向阀4出油口与第一电磁换向阀18进油口18P的相通回路。
该第一电磁换向阀18进油口18P接第一单向阀4出油口，第一电磁换向阀18油口18A接液压缸19无杆腔，第一电磁换向阀油口18B接液压缸有杆腔，第一电磁换向阀18油口18T接油箱，通过第一电磁换向阀18换向控制活塞活动。
该第一溢流阀13进油口接第一单向阀4出油口，第一溢流阀13出油口接第一换向阀14进油口14P，第一溢流阀13为先导式溢流阀，溢流口为先导出油口，先导出油口单独外泄接回油箱6。该第一换向阀14油口14A接第三单向阀15进油口，第一换向阀14油口14B接油箱6，第一换向阀14上腔控制口K1与第一溢流阀13进油口、第二换向阀20控制口K3和第三换向阀21控制口K4相通，第一换向阀14下腔控制口K2与第三单向阀15出油口相通；该第三单向阀15出油口与第二换向阀20进油口20A、第三换向阀21进油口21A、第二电磁换向阀5油口5A相通；该第二换向阀20油口20B和第一液压蓄能器22、第二溢流阀24相通；该第三换向阀21油口21B和第二液压蓄能器23、第三溢流阀25相通；该第二溢流阀24和第三溢流阀25出油口都接油箱；该第二单向阀11进油口接第二电磁换向阀5油口5B。
该第二电磁换向阀5与驱动电机1采用同步控制，驱动电机1开启，第二电磁换向阀5换向上位工作，蓄能器到主油路的释放回路连通，第二电磁换向阀5控制释放回路的通断；第二溢流阀24溢流压力与第二换向阀弹簧压力均为S1，该S1如为28MPa,第三溢流阀24溢流压力为S2，该S2如为18MPa，第三换向阀弹簧压力为S3，该S3如为22MPa，四者压力可根据系统压力等级不同进行适当调整，在调定第一溢流阀13溢流压力时，它与第二溢流阀24或第三溢流阀25溢流压力相差1-2MPa，以使第一换向阀14能够正常工作。该第三溢流阀调定压力从S5至S4，该S5小于S2，如为10MPa，该S4大于S1，如为30MPa。
该第一液压蓄能器22可以为一个、多个蓄能器或多种蓄能器的组合，第二液压蓄能器23可以为一个、多个蓄能器或多种蓄能器的组合。
本发明的回收与再利用系统能适用的油路包括进口节流调速回路、出口节流调速回路、进出口联动节流调速回路和旁路节流调速等，对这些回路产生的调压溢流损耗或安全溢流损耗进行能量回收与再利用，它可用于挖掘机、装载机等工程机械和其它液压设备的溢流阀溢流损耗能量回收及再利用。
本发明一种基于液压蓄能器的溢流阀溢流损耗二级回收与再利用系统具体工作原理如下：
当系统没有工作时，第一电磁换向阀18在中位，第二电磁换向阀5在上位，第二换向阀20在右位，第三换向阀21在左位，第一蓄能器22和第二蓄能器23的初始压力都为0MPa。工作时根据第一溢流阀13的溢流调定压力是否改变分为调定压力升高和调定压力降低两种工况。
1.第一溢流阀调定压力降低
(1)如图2所示，当驱动电机1启动后，第二电磁换向阀5工作在下位，5A与5B接通。第一溢流阀13的初始调定压力为S4，该S4大于S1，且S4如为30MPa，系统主油路压力也为30MPa，第二换向阀20控制口K3压力为30MPa大于弹簧力28MPa，左位工作20A与20B接通；第三换向阀21控制口K4压力为30MPa大于弹簧力22MPa，右位工作21A与21B断开；第一换向阀14下腔控制口K2压力等于第一蓄能器22压力为0MPa，其上腔控制口K1压力为30MPa大于下腔控制口K2压力，工作在上位14P与14A接通；此时第一溢流阀13溢流口与第一蓄能器22进油口接通。当系统压力超过30MPa时，溢流油液便依次通过第一换向阀14、第三单向阀15、第二换向阀20到达第一蓄能器22进行充油，当第一蓄能器22充油完成时多余油液可通过第一溢流阀24回油箱6，单向阀15可防止蓄能器油液倒流回第一溢流阀13。当主油路压力降低时，第一蓄能器22可依次通过第二换向阀20、第二电磁换向阀5、第二单向阀11对主油路进行补油。
(2)如图3所示，当第一溢流阀13的调定压力从30MPa调到20MPa时，第二换向阀20左腔控制口K3压力变为20MPa小于弹簧力28MPa，右位工作20A与20B断开；第三换向阀右腔控制口K4压力为20MPa小于弹簧力22MPa，左位工作21A与21B接通；第一换向阀控制口K2压力等于第二蓄能器23压力0MPa，其控制口K1压力为20MPa大于K2依然上位工作，此时第一溢流阀13溢流口与第二蓄能器22进油口接通。当系统压力超过20MPa时，溢流油液便依次通过第一换向阀14、第三单向阀15、第三换向阀21到达第二蓄能器23进行充油，当第二蓄能器23充油完成时多余油液可通过第三溢流阀25回油箱6。当主油路压力降低时，第二蓄能器22可依次通过第三换向阀21、第二电磁换向阀5、第二单向阀11对主油路补油。
(3)如图4所示，当第一溢流阀13的调定压力调到10MPa时，第二换向阀20控制口K3、第三换向阀21控制口K4压力都为10MPa且都小于他们各自弹簧力，第二换向阀20断开，第三换向阀21依然接通。在系统压力降到10MPa时，K1为10MPa，K2为18MPa,第一换向阀14控制口压力K1小于K2，下位工作14P与14T接通，溢流油液可以直接回油箱6。
2.第一溢流阀调定压力升高
(1)如图5所示，第一溢流阀13调定压力从10MPa升到20MPa，主油路压力升到20MPa，控制口K1、K3和K4压力都变为20MPa，第二换向阀20控制口K3压力小于弹簧力28MPa，右位工作20B与20A断开，第三换向阀21控制口K4压力小于弹簧力22MPa，左位工作21B与21A连通；K2为10MPa，第一换向阀14控制口压力K1大于K2，上位工作14P与14A接通。此时第一溢流阀13溢流口与第二蓄能器23连通，可以完成对第二蓄能器23的充油，及其内部压力油向主油路低压时的释放补油。
(2)如图6所示，第一溢流阀13调定压力从20MPa升到30MPa，主油路压力升到30MPa，控制口K1、K3和K4压力都变为30MPa，第二换向阀20控制口K3压力大于弹簧力28MPa，左位工作20B与20A接通，第三换向阀21控制口K4压力大于弹簧力22MPa，右位工作21B与21A断开；第一换向阀14控制口压力K1大于K2，依然上位工作14P与14A接通。此时第一溢流阀13溢流口与第一蓄能器22连通，可以完成对第一蓄能器22的充油，及其内部压力油向主油路低压时的释放补油。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (8)
1.溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：包括主泵、油箱、液压缸、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第一液压蓄能器和第二液压蓄能器，液压缸通过活塞分为有杆腔和无杆腔；该主泵进油口接油箱，第一单向阀进油口接主泵出油口，第一单向阀出油口接第四换向阀进油口P、第一溢流阀进油口、第二单向阀出油口；该第四换向阀油口A接液压缸的无杆腔，第四换向阀油口B接液压缸的有杆腔，第四换向阀油口T接油箱；该第一溢流阀出油口接第一换向阀进油口P，第一溢流阀溢流口接回油箱；该第一换向阀油口A接第三单向阀进油口，第一换向阀油口B接油箱，第一换向阀上腔控制口K1与第一溢流阀进油口、第二换向阀控制口K3和第三换向阀控制口K4相通，第一换向阀下腔控制口K2与第三单向阀出油口相通；该第三单向阀出油口与第二换向阀进油口A、第三换向阀进油口A、第五换向阀油口A相通；该第二换向阀油口B和第一液压蓄能器、第二溢流阀相通；该第三换向阀油口B和第二液压蓄能器、第三溢流阀相通；该第二溢流阀和第三溢流阀出油口都接油箱；该第二单向阀进油口接第五换向阀油口B。
2.如权利要求1所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：该第四换向阀为第一电磁换向阀，该第五换向阀为第二电磁换向阀。
3.如权利要求1所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：还包括驱动电机，该驱动电机同轴传动连接主泵。
4.如权利要求1所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：该主泵为定量泵或变量泵。
5.如权利要求1所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：该第一溢流阀为先导式溢流阀，该溢流口为先导出油口，该先导出油口单独外泄接回油箱。
6.如权利要求1所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：该第二溢流阀和第三溢流阀采用先导式溢流阀或直动式溢流阀。
7.如权利要求2所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：该第二电磁换向阀的电控与驱动电机同步，以使驱动电机启动时，该第二电磁换向阀通电上位工作。
8.如权利要求1至7中任一项所述的溢流阀溢流损耗回收与再利用系统，其特征在于：该第二溢流阀溢流压力与第二换向阀弹簧压力相等且为S1,第三溢流阀溢流压力为S2，第三换向阀弹簧压力为S3，该S2<S3<S1。
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