CN105864230A - 一种液压系统能量回收装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压系统能量回收装置及方法,包括液压缸、单向节流阀一、单向节流阀二、伺服滑阀、液控单向阀一、液控单向阀二、液压马达一、液压马达二、换向阀一、换向阀二,换向阀二与液压马达一、液压马达二连接,液压马达一通过液控单向阀一与单向节流阀二连接,液压马达二通过液控单向阀二与单向节流阀一连接,单向节流阀一、单向节流阀二与液压缸连接,液压马达一通过伺服滑阀与换向阀一连接。优点是:通过将两台轴向柱塞变量马达的传动轴固定连接,使两个马达转速一样。液压系统能量回收装置可回收重物W下降过程中势能变化的一部分能量,这部分能量转化为液压系统的压力能,降低液压系统节流损失,实现了回收能量。

Description

一种液压系统能量回收装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种液压系统能量回收装置及方法。
背景技术
[0002] 液压系统中,特别是在工程机械的液压系统中,大量存在液压缸在重物的作用下下降、或者液压马达在外负载的作用下被动旋转,为了保持设备的平稳运动,必然采取节流措施,这样重物的势能、外负载的动能会转变为油液的温度上升,具体原理是重物的势能转化为液压油压力,压力油通过节流阀产生节流损失,不仅浪费能量,而且使油液温度升高导致油液变质、设备故障。因此需要一种不仅可以控制速度、减少节流损失,而且能够高效回收能量的方法。
发明内容
[0003] 为克服现有技术的不足,本发明的目的是提供一种液压系统能量回收装置及方法,以降低液压系统节流损失、回收能量;同时使设备在要求的速度下平稳运行。
[0004] 为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
[0005] 一种液压系统能量回收装置,包括液压缸、单向节流阀一、单向节流阀二、伺服滑阀、液控单向阀一、液控单向阀二、液压马达一、液压马达二、换向阀一、换向阀二,
[0006] 换向阀二与液压马达一、液压马达二连接,液压马达一通过液控单向阀一与单向节流阀二连接,液压马达二通过液控单向阀二与单向节流阀一连接,单向节流阀一、单向节流阀二与液压缸连接,液压马达一通过伺服滑阀与换向阀一连接。
[0007] 所述的液压马达一与液压马达二均为轴向柱塞变量马达,液压马达一与液压马达二的传动轴固定连接。
[0008] 液压系统能量回收方法,液压缸有杆腔在承受重物负载时处于停止状态时:
[0009] 液压马达一、液控单向阀一、液控单向阀二的控制油腔接回油,液压马达一的斜盘倾角α为最大,液控单向阀一、液控单向阀二处于关闭状态,换向阀一的阀芯、换向阀二的阀芯处于中位,此时液压缸处于锁定状态,液压缸不运动;
[0010] 液压缸有杆腔在承受重物负载时处于下降状态,也就是能量回收状态时:
[0011] Vl = (A1/A2)V2 ;
[0012] 式中,Al、A2分别是液压缸的有杆腔、无杆腔的活塞面积,Vl是液压马达一的排量,V2是液压马达二的排量且始终处于最大排量;
[0013] 换向阀一、换向阀二换向,换向阀一的阀芯处于右边位置,换向阀二的阀芯处于左边位置,液控单向阀一、液控单向阀二打开,压力油通过换向阀二作用在液压马达一、液压马达二上,此时,液压马达二工作在马达状态,液压马达一工作在栗状态;
[0014] Tl = Vl (P - Pl) /2 31 , T2 = V2 (P - P2) /2 π ;
[0015] 式中,Tl为液压马达一需要的转矩,Τ2为液压马达二提供的转矩,Vl液压马达一的排量,V2液压马达二的排量,Pl为液压马达一与液控单向阀一之间管路中的油液压力、P2为液压马达二与液控单向阀二之间管路中的油液压力;
[0016] 当Tl = T2时,液压马达一、液压马达二开始旋转,重物开始下降;
[0017] 满足Pl = W/A1+P2*A2/A1,式中W为重物的重量,同时A2 >A1,因此即使W为0,Pl > P仍然成立,P是进入换向阀一和换向阀二的系统压力管道中油液的压力,液压马达一排出的高压油进入系统的压力管道;
[0018] 液压缸有杆腔在承受重物负载时处于上升状态:
[0019] 上升过程中,换向阀一的阀芯、换向阀二的阀芯处于右边位置,液控单向阀一、液控单向阀二打开,压力油经过换向阀二作用在液压马达一上,液压马达一和液压马达二的斜盘倾角均处于最大倾角,液压马达一处于马达状态,液压马达二处于栗状态,在换向阀二供油时:P1 = ff/Al, P2 = 0,P > Pl,因此 Tl = Vl (P - Ρ1)/2π > Τ2 = 0,液压马达一、液压马达二旋转,压力油通过液压马达一、液控单向阀一、单向节流阀二进入液压缸的有杆腔,无杆腔的油液经过单向节流阀一、液控单向阀二、液压马达二、换向阀二回油箱。
[0020] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0021] 通过将两台轴向柱塞变量马达的传动轴固定连接,使两个马达转速一样。使设备在要求的速度下平稳运行的前提下,液压系统能量回收装置可回收重物W下降过程中势能变化的一部分能量,这部分能量转化为液压系统的压力能,降低液压系统节流损失,实现了回收能量。通过节流阀产生的节流损失的80%可以回收,直接进入到液压系统的压力油管路中,提供给其它回路使用。
附图说明
[0022] 图1是轴向柱塞变量马达结构图。
[0023] 图2是图1沿A-A线的剖视图。
[0024] 图3是图1沿B-B线的剖视图。
[0025] 图4是液压马达一与液压马达二的连接示意图(通过联轴器连接)。
[0026] 图5是液压马达一与液压马达二的连接示意图。
[0027] 图6是液压系统能量回收装置原理示意图(停止状态)。
[0028] 图7是液压系统能量回收装置原理示意图(下降状态)。
[0029] 图8是液压系统能量回收装置原理示意图(上升状态)。
[0030] 图中:1-马达控制液压缸2-弹簧3-控制油管4-斜盘5-缸体6_柱塞7-配流盘8-传动轴9-联轴器10-重物11-液压缸12-单向节流阀二 13-单向节流阀一 14-伺服滑阀15-液控单向阀一 16-液控单向阀二 17-液压马达一 18-液压马达二 19-换向阀一 20-换向阀二。
具体实施方式
[0031] 下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述,但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
[0032] 本发明采用轴向柱塞变量马达(可以是斜盘式和斜轴式)原理和节流原理,由三部分构成:节流元件、伺服滑阀14、两个传动轴8刚性连接的变量柱塞马达。
[0033] 见图1-图3,轴向柱塞变量马达的工作原理(以斜盘式为例说明):斜盘4在马达控制液压缸I的控制下处于某一个位置(马达控制液压缸I在弹簧2和控制油管3提供的压力作用下,此两个力平衡时,保持斜盘4处于某一个位置;此两个力不平衡时,马达控制液压缸I带动斜盘4运动,直到二力平衡斜盘4稳定在另一个位置),配流盘7固定不动,与缸体5紧密贴合,缸体5与传动轴8相连接,并可一起旋转;当压力油通过配油窗口进入缸体5孔作用到柱塞6端面上时,压力油将柱塞6顶出,对斜盘4产生推力,斜盘4则对处于压油区的每个柱塞6都要产生一个法向反力F,这个力的水平分力Fx与柱塞6上的液压力平衡,而垂直分力Fy则使每个柱塞6都对转子(缸体5)中心产生一个转矩,由于F Y> F Y1,在图1中,使缸体5和传动轴8做逆时针方向旋转。如果高、低压力油腔交换位置,缸体5和传动轴8做顺时针方向旋转。斜盘4倾角α越大,每转一周排出的油液体积越大。
[0034] 见图4,液压马达一 17与液压马达二 18的两传动轴8通过一个联轴器9刚性联接在一起,目的是使两个马达转速一样;图5是将两传动轴8直接做成一体,也可以采用其他联接方式,只要两个马达转速能够一样即可。见图4、图5,两个液压马达的斜盘4分别受两个控制油路控制,可以达到不同的斜盘4倾角,也就是每转一圈输出不同体积的油液。
[0035] 图6,表示的状态为停止状态(有杆腔承受重物10负载)。液压马达一 17、液控单向阀一 15、液控单向阀二 16的控制油腔接回油,液压马达一 17的斜盘4倾角为最大,液控单向阀一 15、液控单向阀二 16处于关闭状态,换向阀一 19的阀芯、换向阀二 20的阀芯处于中位,此时液压缸11处于锁定状态,液压缸11不运动。液压马达一 17、液压马达二 18采用相同的马达。
[0036]图5表示的状态为下降状态(有杆腔承受重物10负载),也就是能量回收状态。设液压缸11的有杆腔、无杆腔的活塞面积分别为Α1、Α2,那么液压马达二 18的排量设定为V2,液压马达的排量Vl = (A1/A2)V2,按照V1、V2的值人工设定液压马达一 17、液压马达二18的最大斜盘4倾角,也就是说在马达运转的过程中,斜盘4倾角不会大于此值。换向阀一 19、换向阀二 20换向,换向阀一 19的阀芯处于右边位置,换向阀二 20的阀芯处于左边位置,液控单向阀一 15和液控单向阀二 16被打开,压力油通过换向阀二 20作用在液压马达一 17、液压马达二 18上,此时,液压马达二 18工作在马达状态、液压马达一 17工作在栗状态,当Tl = T2时【Tl为液压马达一 17需要的转矩,T2为液压马达二 18提供的转矩,Tl=Vl (P - Pl) /2 Ji , T2 = V2 (P - P2) /2ττ ,Vl 液压马达一 17 的排量,V2 液压马达二 18 的排量,Ρ1、Ρ2分别为液压马达一 17、液压马达二 18后面的压力(后面的压力是指液压马达一 17或液压马达二 18与液控单向阀一 15或液控单向阀二 16连接的管路压力)】,液压马达一 17和液压马达二 18开始旋转,重物10开始下降。
[0037] 因为Pl = W/A1+P2*A2/A1,式中W为重物10的重量,同时Α2 > Al,因此必然存在Pl > P,(即使W为O)液压马达一 17排出的高压油进入系统的压力管道,而不是排入油箱,因此实现能量回收。
[0038] 在重物10下降前,调节伺服滑阀14的弹簧2,使伺服滑阀14的启动压力设定为2MPa,(可设定范围I〜5MPa)。在重物10下降的过程中,液压马达二 18的斜盘4倾角一直工作在最大位置,液压马达一 17的斜盘4倾角开始时在最大位置,重物10没有动作时,没有油液通过单向节流阀二 12,单向节流阀二 12的两端压差为0,不能推动伺服滑阀14动作,液压马达一 17的斜盘4倾角为最大,随着重物10的下降,油液通过单向节流阀二 12,单向节流阀二 12的两端形成压差,当压差大于2MPa时,伺服滑阀14的阀芯动作,压力油进入液压马达一 17的控制液压缸11,使液压马达一 17的斜盘4倾角减小、排量减小,从而使通过单向节流阀二 12的流量减小,单向节流阀二 12两端的压差降低,逐渐稳定在2MPa左右,保持了通过节流阀的流量恒定,也就是说液压缸11的运动速度恒定。
[0039] 在此过程中,单向节流阀二 12的两端压差保持在2MPa左右,而不是单独节流调速回路中出现的单向节流阀二 12的两端压差高达10〜20MPa,因此,也节约了能量。
[0040] 图6表示的状态为上升状态(有杆腔承受重物10负载),上升过程中,换向阀一19的阀芯和换向阀二 20的阀芯处于右边位置,液控单向阀一 15和液控单向阀二 16打开,压力油经过换向阀二 20作用在液压马达一 17上,液压马达一 17和液压马达二 18的斜盘4倾角均处于最大倾角,液压马达一 17处于马达状态、液压马达二 18处于栗状态,在换向阀二 20 供油时,Pl = W/ALP2 = O,P > Pl,因此 Tl = Vl (P - Pl)/2 π > Τ2 = 0,液压马达一 17和液压马达二 18旋转,压力油通过液压马达一 17、液控单向阀一 15、单向节流阀二 12中的单向阀进入液压缸11的有杆腔,无杆腔的油液经过单向节流阀一 13中的节流阀、液控单向阀二 16、液压马达二 18、换向阀二 20回油箱。
[0041] 因为压力油不经过单向节流阀12中的节流阀、而是经过单向阀,单向节流阀二 12两端的压差不会超过2MPa,因此,伺服滑阀14不动作,液压马达的斜盘4倾角一直处于最大位置。液压缸11的运动速度由单向节流阀一 12控制,属于回油节流。
[0042] 在液压缸11的上升过程中,P2的大小接近于0,因此,液压马达一 17和液压马达二 18 —直能够旋转,直到换向阀一 19和换向阀二 20换向。

Claims (2)

1.一种液压系统能量回收装置,其特征在于,包括液压缸、单向节流阀一、单向节流阀二、伺服滑阀、液控单向阀一、液控单向阀二、液压马达一、液压马达二、换向阀一、换向阀——-, 换向阀二与液压马达一、液压马达二连接,液压马达一通过液控单向阀一与单向节流阀二连接,液压马达二通过液控单向阀二与单向节流阀一连接,单向节流阀一、单向节流阀二与液压缸连接,液压马达一通过伺服滑阀与换向阀一连接。 所述的液压马达一与液压马达二均为轴向柱塞变量马达,液压马达一与液压马达二的传动轴固定连接。
2.利用权利要求1所述的装置实现的液压系统能量回收方法,其特征在于, 液压缸有杆腔在承受重物负载时处于停止状态时: 液压马达一、液控单向阀一、液控单向阀二的控制油腔接回油,液压马达一的斜盘倾角α为最大,液控单向阀一、液控单向阀二处于关闭状态,换向阀一的阀芯、换向阀二的阀芯处于中位,此时液压缸处于锁定状态,液压缸不运动; 液压缸有杆腔在承受重物负载时处于下降状态,也就是能量回收状态时: Vl = (A1/A2)V2 ; 式中,Al、A2分别是液压缸的有杆腔、无杆腔的活塞面积,Vl是液压马达一的排量,V2是液压马达二的排量且始终处于最大排量; 换向阀一、换向阀二换向,换向阀一的阀芯处于右边位置,换向阀二的阀芯处于左边位置,液控单向阀一、液控单向阀二打开,压力油通过换向阀二作用在液压马达一、液压马达二上,此时,液压马达二工作在马达状态,液压马达一工作在栗状态; Tl = Vl (P - Pl) /2 JT , T2 = V2 (P - P2) /2 π ; 式中,Tl为液压马达一需要的转矩,Τ2为液压马达二提供的转矩,Vl液压马达一的排量,V2液压马达二的排量,Pl为液压马达一与液控单向阀一之间管路中的油液压力、Ρ2为液压马达二与液控单向阀二之间管路中的油液压力; 当Tl = Τ2时,液压马达一、液压马达二开始旋转,重物开始下降; 满足Pl = W/A1+P2*A2/A1,式中W为重物的重量,同时Α2 > Al,因此即使W为0,P1 >P仍然成立,P是进入换向阀一和换向阀二的系统压力管道中油液的压力,液压马达一排出的高压油进入系统的压力管道; 液压缸有杆腔在承受重物负载时处于上升状态: 上升过程中,换向阀一的阀芯、换向阀二的阀芯处于右边位置,液控单向阀一、液控单向阀二打开,压力油经过换向阀二作用在液压马达一上,液压马达一和液压马达二的斜盘倾角均处于最大倾角,液压马达一处于马达状态,液压马达二处于栗状态,在换向阀二供油时:P1 = W/ALP2 = O,P > P1,因此 Tl = Vl (P - Ρ1)/2π > Τ2 = O,液压马达一、液压马达二旋转,压力油通过液压马达一、液控单向阀一、单向节流阀二进入液压缸的有杆腔,无杆腔的油液经过单向节流阀一、液控单向阀二、液压马达二、换向阀二回油箱。
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