CN105951920B - 一种挖掘机回转动能回收及补油装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挖掘机回转动能回收及补油装置及其方法，它包括先导泵、主泵、发动机、液控换向阀、顺序阀、蓄能器、开关阀、梭阀、两个溢流阀、两个单向阀、回转马达、补油蓄能器、两个减压阀、模式切换阀和安全阀。通过回收回转马达制动时的高压油液，并换以低压油液为系统补油，从而在不改变挖掘机制动特性的基础上实现能量回收。模式切换阀可实现挖掘机“普通”与“动能回收”两种模式，“普通”模式时，系统的工作原理跟现有挖掘机相同；“动能回收”模式时，动能回收顺序阀的开启压力设置与原系统溢流阀相等，通过提高两个溢流阀的开启压力，在回收马达回转动能的同时，又保证了回转马达的制动性能不变。系统结构简单，易控制。
Description
技术领域
本发明是一种挖掘机回转动能回收及补油装置及其方法，用于混合动力挖掘机液压系统，属于工程机械领域。
背景技术
液压挖掘机在工程技术领域有十分广泛的应用，但同时它又具有高油耗等缺点。所以液压系统挖掘机的节能研究迫在眉睫。
挖掘机在回转马达制动时，由于惯性力的原因，回转马达并不会马上停止转动，它在继续回转的时候压缩回转马达出油口油液，使回转马达出油口产生瞬间高压，并从溢流阀溢流掉，而回转马达由于继续回转，由于制动时液控换向阀已经关闭，回转马达进油口需要补油，此时溢流阀溢流掉的高压油液可以通过单向阀给回转马达补油。这就存在了以高压油液为只需要低压油液的回转马达进口腔补油，存在浪费。而挖掘机最基本的工作就是90°装车，此时回转马达需频繁制动，一个周期约16s的时间内可以产生两次制动，长久工作下，回转马达制动溢流浪费掉的高压非常可观，如果能回收制动时产生的高压油液，并通过别的油路为马达提供低压油液，势必能节省挖掘机能量消耗。
已有专利在挖掘机的能量回收方面做了有益的探索，但也存在很多明显的不足。如在回转马达回收能量过程中，会使回转制动时的制动性能显著降低。在回转马达动能回收时，高压油液经顺序阀进入蓄能器，顺序阀的设定压力要低于回转马达两侧的溢流阀设定压力方可实现能量回收。而顺序阀压力设置过低，则回收的油液体积较多，马达制动的角度也会变大，影响马达的制动效果。但如果将溢流阀调高，将顺序阀压力也调的跟原系统一样，则在回收时制动效果虽然一样，但是如果切换回原系统，则对原系统制动效果造成影响，严重的情况可能造成回转马达损坏。已有专利没能解决“马达回转动能回收”与“马达制动效果下降”这对矛盾。而且由于将制动时溢流的油液回收，则马达没回收的一侧若补油压力或补油流量不够就很容易引起回转马达吸空。
发明内容
本发明的目的是在于解决传统回转马达制动时溢流能量回收时产生的制动力矩较原系统小，制动角度大的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：一种挖掘机回转动能回收及补油装置及其方法，包括先导泵、主泵、发动机、液控换向阀、顺序阀、蓄能器、开关阀、梭阀、第一溢流阀、第一单向阀、回转马达、第二单向阀、第二溢流阀、补油蓄能器、第一减压阀、第二减压阀、模式切换阀和安全阀。
先导泵的进油口与油箱相连，先导泵的出油口与模式切换阀P口相连，模式切换阀的A口分别与第一减压阀和第二减压阀的进油口相连，第一减压阀的出油口分别与第一溢流阀和第二溢流阀的控制油口相连；第二减压阀的出油口与补油蓄能器相连，补油蓄能器分别与第一单向阀、第二单向阀的进油口相连，模式切换阀的T口分别与补油蓄能器、第一单向阀和第二单向阀的进油口相连，模式切换阀的B口与油箱相连；
安全阀的进油口与先导泵的出油口相连，安全阀的出油口与油箱相连；
发动机与主泵、先导泵相连，主泵的进油口与油箱相连，主泵的出油口与液控换向阀的P口相连，液控换向阀的T口与油箱相连；
液控换向阀的A口分别与梭阀的一个进油口、第一溢流阀的进油口、第一单向阀的出油口和回转马达的A口相连，液控换向阀的B口分别与梭阀的另一个进油口、第二溢流阀的进油口、第二单向阀的出油口和回转马达的B口相连；
梭阀的出油口与开关阀的进油口相连，开关阀的出油口与顺序阀的进油口相连，顺序阀的出油口与蓄能器相连。
进一步地，第一溢流阀和第二溢流阀是先导式溢流阀。
进一步地，模式切换阀为二位四通手动换向阀或二位四通电磁换向阀。
进一步地，模式切换阀工作在弹簧位时，P口和A口关闭，T口与B口均连通，模式切换阀工作在得电位时，P口与A口均连通，T口和B口关闭；
进一步地，模式切换阀和开关阀的控制类型相同，即同为液控或者电控，且两者处于同时打开或同时关闭。
所述装置的回转动能回收及补油方法步骤如下：
模式切换阀和开关阀处于失电状态时，此时挖掘机回转动能回收及补油装置处于“普通”模式，第一溢流阀和第二溢流阀的先导控制腔无压力，第一溢流阀和第二溢流阀的工作压力为弹簧预紧力设定的压力；如果回转马达从A口进油，当回转马达制动时，由于惯性力的原因，回转马达并不会马上停止转动，它在继续回转的时候压缩回转马达B口油液，使回转马达B口产生瞬间高压，并从第二溢流阀溢流，通过第一单向阀向回转马达A口补油；回转马达从B口进油的工作方法与从A口进油相同；
当模式切换阀和开关阀得电时，此时挖掘机回转动能回收及补油装置处于“动能回收”模式，此时先导油经第一减压阀、第二减压阀分别与第一溢流阀、第二溢流阀的先导口、补油蓄能器相连，由于先导油的作用，此时第一溢流阀、第二溢流阀的设定压力根据弹簧预紧力与第一减压阀设定的压力共同调定，比“普通”模式中第一溢流阀、第二溢流阀的设定压力高出ΔP，ΔP为第一减压阀调定的压力，顺序阀的开启压力设置与“普通”模式中第一溢流阀、第二溢流阀的设定压力相等，当回转马达制动时，产生的瞬间高压油液从设定压力更低的顺序阀经单向阀到蓄能器，从而实现回收回转马达制动时溢流浪费掉的高压油液；
在挖掘机回转动能回收过程中，由于在马达急停瞬间，高压腔油液回收至蓄能器，低压腔若不能及时补油或补油流量不够就会出现吸空现象，为避免吸空现象发生，在模式切换阀切换至“动能回收”模式时，先导泵出口油液经第二减压阀到补油蓄能器，并经第一单向阀或第二单向阀为回转马达补油，补油蓄能器的作用是储存补油油液，在马达非制动时间时，储存足够油液并在回转马达制动时提供补油油液，确保吸空现象不会发生，同时，为保护蓄能器，在先导泵与蓄能器之间设置第二减压阀，以免蓄能器压力过高对寿命造成损害，并且模式切换阀关闭的同时，补油蓄能器通过模式切换阀进行卸荷，以防补油蓄能器长期储存油液缩短蓄能器使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
现有技术采用的能量回收原理是通过设定压力较原系统溢流阀压力小的顺序阀来回收油液，设定压力越大，则制动效果越好，但所能回收的油液体积越小，一般是以2MPa的压差来设定顺序阀的调定压力。但是这种方式由于顺序设定压力较小，制动效果差，不能满足挖掘机实际工作要求，而即使顺序阀设定压力与原系统溢流阀设定压力相等，部分油液从溢流阀溢流，所能回收的油液体积大大减少。本发明通过先导泵与减压阀为溢流阀提供液控压力，使溢流阀设定压力较高，并且使顺序阀设定的压力与原系统溢流阀设定压力相等，使得能量回收时制动特性与原系统相等，改善了操作特性。
通过控制器控制开关阀、模式切换阀能够使挖掘机在“普通”模式与“动能回收”模式之间切换，以防“动能回收”模式某元件出现故障，挖掘机仍然能以“普通”模式正常工作。而且在动能回收的同时通过先导泵与补油蓄能器同时为回转马达补油，避免了回转动能回收时的吸空问题。并且模式切换阀关闭的同时，蓄能器也能通过模式切换阀进行卸荷，以防蓄能器长期储存油液缩短蓄能器使用寿命。本发明结构简单，元件少，控制方法简单，性能可靠。
附图说明
图1为本发明控制系统的原理框图。
图中，1先导泵，2主泵，3发动机，4液控换向阀，6顺序阀，7蓄能器，5开关阀，8梭阀，9第一溢流阀，10第一单向阀，11回转马达，13第二单向阀，14第二溢流阀，12补油蓄能器，15第一减压阀，16第二减压阀，17模式切换阀，18安全阀。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，一种挖掘机回转动能回收及补油装置及其方法，包括先导泵1、主泵2、发动机3、液控换向阀4、顺序阀6、蓄能器7、开关阀5、梭阀8、第一溢流阀9、第一单向阀10、回转马达11、第二单向阀13、第二溢流阀14、补油蓄能器12、第一减压阀15、第二减压阀16、模式切换阀17和安全阀18。
先导泵1的进油口与油箱相连，先导泵1的出油口与模式切换阀17P口相连，模式切换阀17的A口分别与第一减压阀15和第二减压阀16的进油口相连，第一减压阀15的出油口分别与第一溢流阀9和第二溢流阀14的控制油口相连；第二减压阀16的出油口与补油蓄能器12相连，补油蓄能器12分别与第一单向阀10、第二单向阀13的进油口相连，模式切换阀17的T口分别与补油蓄能器12、第一单向阀10和第二单向阀13的进油口相连，模式切换阀17的B口与油箱相连；
安全阀18的进油口与先导泵1的出油口相连，安全阀18的出油口与油箱相连；
发动机3与主泵2、先导泵1相连，主泵2的进油口与油箱相连，主泵2的出油口与液控换向阀4的P口相连，液控换向阀4的T口与油箱相连；
液控换向阀4的A口分别与梭阀8的一个进油口、第一溢流阀9的进油口、第一单向阀10的出油口和回转马达11的A口相连，液控换向阀4的B口分别与梭阀8的另一个进油口、第二溢流阀14的进油口、第二单向阀13的出油口和回转马达11的B口相连；
梭阀8的出油口与开关阀5的进油口相连，开关阀5的出油口与顺序阀6的进油口相连，顺序阀的出油口6与蓄能器7相连。
进一步地，第一溢流阀9和第二溢流阀14是先导式溢流阀。
进一步地，模式切换阀17为二位四通手动换向阀或二位四通电磁换向阀。
进一步地，模式切换阀工作在弹簧位时，P口和A口关闭，T口与B口均连通，模式切换阀工作在得电位时，P口与A口均连通，T口和B口关闭；
进一步地，模式切换阀17和开关阀5的控制类型相同，即同为液控或者电控，且两者处于同时打开或同时关闭。
所述装置的回转动能回收及补油过程如下：
模式切换阀17和开关阀5处于失电状态时，此时处于“普通”模式，第一溢流阀9和第二溢流阀14的先导控制腔无压力，第一溢流阀9和第二溢流阀14的设定压力根据弹簧预紧力调节；以回转马达11从A口进油为例，当回转马达11制动时，由于惯性力的原因，回转马达11并不会马上停止转动，它在继续回转的时候压缩回转马达11出油口B口油液，使回转马达11B口产生瞬间高压，并从第二溢流阀14溢流，通过第一单向阀10向回转马达11A口补油。
当模式切换阀17和开关阀5得电时，此时处于“动能回收”模式，此时先导油经第一减压阀15、第二减压阀16分别与第一溢流阀、第二溢流阀的先导口、补油蓄能器相连。由于先导油的作用，此时第一溢流阀9、第二溢流阀14的设定压力根据弹簧预紧力与第一减压阀15设定的压力共同调定，比“普通”模式中第一溢流阀9、第二溢流阀14的设定压力高出ΔP，ΔP为第一减压阀15调定的压力，顺序阀6的开启压力设置与“普通”模式中第一溢流阀9、第二溢流阀14的设定压力相等。当回转马达11制动时，产生的瞬间高压油液从设定压力更低的顺序阀6经单向阀到蓄能器7，从而实现回收回转马达11制动时溢流浪费掉的高压压力。
在挖掘机回转动能回收过程中，由于在马达急停瞬间，高压腔油液回收至蓄能器7，低压腔若不能及时补油或补油流量不够就会出现吸空现象。为避免吸空现象发生，在模式切换阀17切换至“动能回收”模式时，先导泵1出口油液经第二减压阀16到补油蓄能器12，并经第一单向阀10或第二单向阀13为回转马达11补油。补油蓄能器12的作用是储存补油油液，由于回转马达11制动时，需要很大流量的补油油液，而先导泵1的排量较小，补油油液不够，所以需要增加补油蓄能器12，在马达非制动时间时，储存足够油液并在回转马达11制动时提供大流量补油油液，确保吸空现象不会发生。同时，为保护蓄能器，在先导泵与蓄能器之间设置第二减压阀16，以免蓄能器压力过高对寿命造成损害。并且模式切换阀关闭的同时，蓄能器也能通过模式切换阀进行卸荷，以防蓄能器长期储存油液缩短蓄能器使用寿命。
本发明通过控制器控制开关阀5、模式切换阀17能够使挖掘机在“普通”模式与“动能回收”模式，“动能回收”模式时解决了传统方法挖掘机回转动能回收过程中制动效果差的问题。而先导泵1与补油蓄能器12同时为回转马达补油，避免了回转动能回收时的吸空问题。本发明结构简单，元件少，控制方法简单，性能可靠。
Claims (6)
1.一种挖掘机回转动能回收及补油装置，包括先导泵(1)、主泵(2)、发动机(3)、液控换向阀(4)、顺序阀(6)、蓄能器(7)、开关阀(5)、梭阀(8)、第一溢流阀(9)、第一单向阀(10)、回转马达(11)、第二单向阀(13)、第二溢流阀(14)、补油蓄能器(12)、第一减压阀(15)、第二减压阀(16)、模式切换阀(17)和安全阀(18)；
先导泵(1)的进油口与油箱相连，先导泵(1)的出油口与模式切换阀(17)P口相连，模式切换阀(17)的A口分别与第一减压阀(15)和第二减压阀(16)的进油口相连，第一减压阀(15)的出油口分别与第一溢流阀(9) 和第二溢流阀(14)的控制油口相连；第二减压阀(16)的出油口与补油蓄能器(12)相连，补油蓄能器(12)分别与第一单向阀(10)、第二单向阀(13)的进油口相连，模式切换阀(17)的T口分别与补油蓄能器(12)、第一单向阀(10)和第二单向阀(13)的进油口相连，模式切换阀(17)的B口与油箱相连；
安全阀(18)的进油口与先导泵(1)的出油口相连，安全阀(18)的出油口与油箱相连；
发动机(3)与主泵(2)、先导泵(1) 相连，主泵(2)的进油口与油箱相连，主泵(2)的出油口与液控换向阀(4)的P口相连，液控换向阀(4)的T口与油箱相连；
液控换向阀(4)的A口分别与梭阀(8)的一个进油口、第一溢流阀(9)的进油口、第一单向阀(10)的出油口和回转马达(11)的A口相连，液控换向阀(4)的B口分别与梭阀(8)的另一个进油口、第二溢流阀(14)的进油口、第二单向阀(13) 的出油口和回转马达(11)的B口相连；
梭阀(8)的出油口与开关阀(5)的进油口相连，开关阀(5)的出油口与顺序阀(6)的进油口相连，顺序阀(6)的出油口与蓄能器(7)相连。
2.根据权利要求1所示的一种挖掘机回转动能回收及补油装置，其特征在于所述的第一溢流阀(9)和第二溢流阀(14)是先导式溢流阀。
3.根据权利要求1所示的一种挖掘机回转动能回收及补油装置，其特征在于所述的模式切换阀(17)为二位四通手动换向阀或二位四通电磁换向阀。
4.根据权利要求3所示的一种挖掘机回转动能回收及补油装置，其特征在于所述的模式切换阀(17)工作在弹簧位时，P口和A口关闭，T口与B口均连通，模式切换阀工作在得电位时，P口与A口均连通，T口和B口关闭。
5.根据权利要求1所示的一种挖掘机回转动能回收及补油装置，其特征在于所述的模式切换阀(17)和开关阀(5)的控制类型相同，即同为液控或者电控，且两者处于同时打开或同时关闭。
6.一种如权利要求1所述装置的回转动能回收及补油方法，其特征在于步骤如下：
模式切换阀(17)和开关阀(5)处于失电状态时，此时挖掘机回转动能回收及补油装置处于“普通”模式，第一溢流阀(9)和第二溢流阀(14)的先导控制腔无压力，第一溢流阀(9)和第二溢流阀(14)的工作压力为弹簧预紧力设定的压力；如果回转马达(11)从A口进油，当回转马达(11)制动时，由于惯性力的原因，回转马达(11)并不会马上停止转动，它在继续回转的时候压缩回转马达(11)B口油液，使回转马达(11)B口产生瞬间高压，并从第二溢流阀(14)溢流，通过第一单向阀(10)向回转马达(11)A口补油；回转马达(11)从B口进油的工作方法与从A口进油相同；
当模式切换阀(17)和开关阀(5)得电时，此时挖掘机回转动能回收及补油装置处于“动能回收”模式，此时先导油经第一减压阀(15)、第二减压阀(16)分别与第一溢流阀、第二溢流阀的先导口、补油蓄能器相连，由于先导油的作用，此时第一溢流阀(9)、第二溢流阀(14)的设定压力根据弹簧预紧力与第一减压阀(15)设定的压力共同调定，比“普通”模式中第一溢流阀(9)、第二溢流阀(14)的设定压力高出ΔP，ΔP为第一减压阀(15)调定的压力，顺序阀(6)的开启压力设置与“普通”模式中第一溢流阀(9)、第二溢流阀(14)的设定压力相等，当回转马达(11)制动时，产生的瞬间高压油液从设定压力更低的顺序阀(6)经单向阀到蓄能器(7)，从而实现回收回转马达(11)制动时溢流浪费掉的高压油液；
在挖掘机回转动能回收过程中，由于在马达急停瞬间，高压腔油液回收至蓄能器(7)，低压腔若不能及时补油或补油流量不够就会出现吸空现象，为避免吸空现象发生，在模式切换阀(17)切换至“动能回收”模式时，先导泵(1)出口油液经第二减压阀(16)到补油蓄能器(12)，并经第一单向阀(10)或第二单向阀(13)为回转马达(11)补油，补油蓄能器(12)的作用是储存补油油液，在马达非制动时间时，储存足够油液并在回转马达(11)制动时提供补油油液，确保吸空现象不会发生，同时，为保护蓄能器，在先导泵与蓄能器之间设置第二减压阀(16)，以免蓄能器压力过高对寿命造成损害，并且模式切换阀(17)关闭的同时，补油蓄能器(12)通过模式切换阀(17)进行卸荷，以防补油蓄能器(12)长期储存油液缩短蓄能器使用寿命。
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