CN106193174A - 一种液压挖掘机动臂节能动作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压挖掘机动臂节能动作系统，属于液压挖掘机技术领域，包括液压缸、控制阀组、液压油箱、液压动力源和液压蓄能器；液压缸包括缸筒、带芯轴缸盖、活塞杆，活塞杆为凸形，内部开有空腔，带芯轴缸盖中的芯轴安装在该空腔内，且芯轴与液压缸活塞杆形成作用腔一，液压缸活塞杆顶端由内至外伸出液压缸缸筒，伸出端上开有连通作用腔一的油口，位于液压缸缸筒内部的活塞杆配合液压缸缸筒形成作用腔二，液压缸带芯轴缸盖、液压缸活塞杆与液压缸缸筒配合形成作用腔三，液压缸缸筒上分别开有连通作用腔二、作用腔三的油口，各作用腔上的油口分别与控制阀组连接。本发明在能量回收再利用过程中动臂受力均衡，能量回收利用率高，配置和控制灵活。

Description

一种液压挖掘机动臂节能动作系统

技术领域

本发明涉及一种液压挖掘机动臂节能动作系统，属于液压挖掘机技术领域。

背景技术

液压挖掘机在工作过程中，动臂提升和下降靠动臂油缸控制，在动臂下降过程中，动臂的势能转化为液压能再转化为热能损失在节流阀的阀口处，动臂势能会浪费。如果把动臂下降的势能进行回收，再用于动臂上升，就可以起到节能的目的。对动臂能量回收再利用技术有很多研究及专利，如利用液压蓄能器存储动臂下降的势能，在动臂上升时再将蓄能器内含能量的液体释放出来推动动臂运动或与泵共同工作，从而达到节能的效果。

目前有专利名称为“一种混合动力液压挖掘机”(公告号为CN102518169B)，公开了一种混合动力挖掘机，包括控制系统，控制系统包括第一能量释放阀块1、第二能量释放阀块2、第一蓄能器4、第二蓄能器3、第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6、回转马达7、动臂油缸8、动臂能量回收阀块9、先导控制阀块10、泵控系统阀块11、多路阀12、先导液压泵13、第一主液压泵14、第二主液压泵15、液压油箱16、混合动力控制器17。由于回收的高压油液在控制阀前释放，与泵一起驱动动臂提升等动作，存在当泵出口压力大于蓄能器压力时，蓄能器内的油液无法释放的问题。

专利名称为“能量再生用控制回路以及作业机械”(公告号为CN102741564B)，提供一种实现能量回收系统的空间节省和成本降低的能量再生用控制回路。能量再生用控制回路40在主控制阀33的输出端口38与并列设置的动臂第1气缸17c1以及动臂第2气缸17c2之间设置动臂能量再生用的再生控制用阀块20。再生控制用阀块20具备如下功能：在块主体42的内部组入汇总了涉及能量再生的多个控制特性的主阀芯43等的多个阀，并将上升状态的动臂所具有的位置能量在动臂下降时从动臂第1气缸17c1储压到蓄能器41，并且在动臂上升时将蓄能器41的储压油直接喷出到动臂第1气缸17c1以及动臂第2气缸17c2。由于动臂下降时一根油缸泄压，只用一根油缸回收油液，虽可起到提高回收压力的效果，但只用一根油缸支撑动臂会导致受力不均衡问题，而且回收后蓄能器压力较高，在下次使用时如果动臂需要的压力较低，会造成压降损失过大的问题。

专利名称为“用于液压系统的能量回收与再利用技术”(公告号为CN101220823A)，其具有阀组件,该阀组件带有两个与第一和第二液压缸的室连接的工作端口,该第一和第二液压缸并行地机械连接于机器部件。分离控制阀连接在两个液压缸的第一室之间,分路控制阀连接在工作室之间。回收控制阀将蓄液池连接于第二液压缸的第一室。以不同的组合方式来打开和关闭阀可以使流体从一个或两个液压缸流入到流体在加压下储存的蓄液池,而后使储存流体用于驱动一个或者两个液压缸。分路控制阀用于使从每个液压缸的一个室排出的流体流到那些液压缸的其室。该方案解决了动臂下降采用单油缸回收油液动臂受力不均衡问题，但是如果蓄能器和泵分别驱动一个动臂油缸上升，还是会导致动臂受力不均衡问题，如果直接利用蓄能器驱动两个动臂油缸，若动臂负载较大，会出现蓄能器压力不足以驱动动臂上升，回收能量无法释放的问题。

专利名称为“一种动臂平衡挖掘机”(公告号为CN103526787A)，公开了一种动臂平衡挖掘机，动臂本体一端与回转平台连接，动臂本体另一端与斗杆本体的上端连接，斗杆本体下端与铲斗本体连接，回转平台上设有动臂油缸本体，所述设有动臂本体与回转平台之间设有蓄能油缸，蓄能油缸与蓄能器连通，蓄能油缸压力方向与空载时动臂对蓄能油缸的压力方向相反，蓄能油缸可以为独立油缸或与动臂油缸组成复合油缸，蓄能器最大压力小于等于挖掘机铲斗半载时动臂油缸活塞杆本体所受动臂本体压力大小。该方案只说明采用蓄能器和蓄能油缸来平衡部分动臂重量，没有说明泵与蓄能器是否联合工作以及如何联合工作。

因此，目前还没有一种动臂节能动作系统，能有效满足使用要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液压挖掘机动臂节能动作系统，有效回收动臂势能，利用回收的能量，减少原系统输出的能量，达到节能的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的一种液压挖掘机动臂节能动作系统，包括不少于一个的液压缸、与液压缸连接的控制阀组、及分别与控制阀组连接的液压油箱和液压动力源，所述控制阀组上还接有液压蓄能器；

所述液压缸包括液压缸缸筒、设置在缸筒下端的液压缸带芯轴缸盖、安装在带芯轴缸盖上且可在压力作用下沿芯轴移动的液压缸活塞杆，所述液压缸活塞杆为凸形，内部开有空腔，带芯轴缸盖中的芯轴安装在该空腔内，且芯轴与液压缸活塞杆形成作用腔一，液压缸活塞杆顶端由内至外伸出液压缸缸筒，伸出端上开有连通作用腔一的油口，位于液压缸缸筒内部的活塞杆配合液压缸缸筒形成作用腔二，所述液压缸带芯轴缸盖、液压缸活塞杆与液压缸缸筒配合形成作用腔三，所述液压缸缸筒上分别开有连通作用腔二、作用腔三的油口，各作用腔上的油口分别与控制阀组连接。

作为改进，所述液压缸包括第一液压缸和第二液压缸；

所述第一液压缸上开有用于连通第一液压缸作用腔一的第一液压缸油口一、用于连通第一液压缸作用腔二的第一液压缸油口二、及用于连通第一液压缸作用腔三的第一液压缸油口三；

所述第二液压缸上开有用于连通第二液压缸作用腔一的第二液压缸油口一、用于连通第二液压缸作用腔二的第二液压缸油口二、及用于连通第二液压缸作用腔三的第二液压缸油口三；

所述第一液压缸油口一与第二液压缸油口一连通且与控制阀组连通；

所述第一液压缸油口二与第二液压缸油口二连通且与控制阀组连通；

所述第一液压缸油口三与第二液压缸油口三连通且与控制阀组连通。

作为改进，当液压缸活塞杆缩回时，所述控制阀组用于回收受压腔的高压油液进入液压蓄能器；

当液压缸活塞杆伸出时，控制阀组用于控制液压蓄能器向推动液压缸活塞杆伸出的作用腔内放液。

作为改进，当挖掘机动臂下降时，第一液压缸活塞杆、第二液压缸活塞杆缩回，第一液压缸作用腔二、第二液压缸作用腔二通过控制阀组与液压动力源连通，由液压动力源向作用腔二内供油；

第一液压缸作用腔一、第二液压缸作用腔一通过控制阀组与液压油箱连通，由作用腔一向液压油箱内泄压；

第一液压缸作用腔三、第二液压缸作用腔三通过控制阀组与液压蓄能器连通，作用腔三内的高压油液进入液压蓄能器内存储。

作为改进，当挖掘机动臂下降时，第一液压缸活塞杆、第二液压缸活塞杆缩回，第一液压缸作用腔二、第二液压缸作用腔二通过控制阀组与液压动力源连通，由液压动力源向作用腔二供油；

第一液压缸作用腔一、第二液压缸作用腔一通过控制阀组与液压蓄能器连通，作用腔一内的高压油液进入液压蓄能器内存储；

第一液压缸作用腔三、第二液压缸作用腔三通过控制阀组与液压油箱连通，由作用腔三向液压油箱内泄压。

作为改进，所述控制阀组内通过管线与液压蓄能器连接，管线上设有单向阀，所述控制阀组与液压蓄能器间还设有溢流阀。

作为改进，当挖掘机动臂上升时，第一液压缸活塞杆、第二液压缸活塞杆伸出，第一液压缸作用腔一、第二液压缸作用腔一通过控制阀组内管线一与液压动力源连通；

所述第一液压缸作用腔三、第二液压缸作用腔三通过控制阀组内管线三与液压蓄能器连通；

第一液压缸作用腔二、第二液压缸作用腔二通过控制阀组内管线二与液压油箱连通；

所述管线一上设有第一单向阀，所述管线三上设有第二单向阀，且管线一、管线三连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用本发明的动臂节能动作系统，在能量回收和再利用的过程中，动臂受力均衡；

2)回收的能量在再利用过程中，可避免因压力不匹配造成的二次压力损失，且回收能量可直接再利用，能量利用效率高；

3)回收的能量可以独立驱动动臂动作，也可以与泵一起驱动动臂动作，控制方式灵活，可以根据实际需要灵活配置。

附图说明

图1为本发明动臂节能动作系统的原理结构示意图；

图2为本发明的实施例一；

图3为本发明实施例一的另一种实现形式；

图4为本发明的实施例二；

图5为本发明的实施例三；

图中：1、第一液压缸油口一，2、第一液压缸作用腔一，3、第一液压缸活塞杆，4、第一液压缸油口二，5、第一液压缸缸筒，6、第一液压缸作用腔二，7、第一液压缸作用腔三，8、第一液压缸带芯轴缸盖，9、第一液压缸油口三，10、液压蓄能器，11、第二液压缸油口一，12、第二液压缸作用腔一，13、第二液压缸活塞杆，14、第二液压缸油口二，15、第二液压缸缸筒，16、第二液压缸作用腔二，17、第二液压缸作用腔三，18、第二液压缸带芯轴缸盖，19、第二液压缸油口三，20、液压油箱，21、液压动力源，22、控制阀组，23、第一液压缸，24、第二液压缸，25、溢流阀，26、第一单向阀，27、第二单向阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一种液压挖掘机动臂节能动作系统，包括不少于一个的液压缸、与液压缸连接的控制阀组22、及分别与控制阀组22连接的液压油箱20和液压动力源21，所述控制阀组22上还接有液压蓄能器10；

所述液压缸包括液压缸缸筒、设置在缸筒下端的液压缸带芯轴缸盖、安装在带芯轴缸盖上且可在压力作用下沿芯轴移动的液压缸活塞杆，所述液压缸活塞杆为凸形，内部开有空腔，带芯轴缸盖中的芯轴安装在该空腔内，且芯轴与液压缸活塞杆形成作用腔一，液压缸活塞杆顶端由内至外伸出液压缸缸筒，伸出端上开有连通作用腔一的油口，位于液压缸缸筒内部的活塞杆配合液压缸缸筒形成作用腔二，所述液压缸带芯轴缸盖、液压缸活塞杆与液压缸缸筒配合形成作用腔三，所述液压缸缸筒上分别开有连通作用腔二、作用腔三的油口，各作用腔上的油口分别与控制阀组22连接。

作为实施例的改进，所述液压缸包括第一液压缸23和第二液压缸24；

所述第一液压缸23上开有用于连通第一液压缸作用腔一2的第一液压缸油口一1、用于连通第一液压缸作用腔二6的第一液压缸油口二4、及用于连通第一液压缸作用腔三7的第一液压缸油口三9；

所述第二液压缸24上开有用于连通第二液压缸作用腔一12的第二液压缸油口一11、用于连通第二液压缸作用腔二16的第二液压缸油口二14、及用于连通第二液压缸作用腔三17的第二液压缸油口三19；

所述第一液压缸油口一1与第二液压缸油口一11连通且与控制阀组22连通；

所述第一液压缸油口二4与第二液压缸油口二14连通且与控制阀组22连通；

所述第一液压缸油口三9与第二液压缸油口三19连通且与控制阀组22连通。

作为实施例的改进，当液压缸活塞杆缩回时，所述控制阀组22用于回收受压腔的高压油液进入液压蓄能器10；

当液压缸活塞杆伸出时，控制阀组22用于控制液压蓄能器10向推动液压缸活塞杆伸出的作用腔内放液。

实施例一

如图2所示，当挖掘机动臂下降时，第一液压缸活塞杆3、第二液压缸活塞杆13缩回，第一液压缸作用腔二6、第二液压缸作用腔二16通过控制阀组22与液压动力源21连通，由液压动力源21向作用腔二内供油；

第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12通过控制阀组22与液压油箱20连通，由作用腔一向液压油箱20内泄压；

第一液压缸作用腔三7、第二液压缸作用腔三17通过控制阀组22与液压蓄能器10连通，作用腔三内的高压油液进入液压蓄能器10内存储。

作为实施例的改进，还可以采用另外一种连接方式：

当挖掘机动臂下降时，第一液压缸活塞杆3、第二液压缸活塞杆13缩回，第一液压缸作用腔二6、第二液压缸作用腔二16通过控制阀组22与液压动力源21连通，由液压动力源21向作用腔二供油；

第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12通过控制阀组22与液压蓄能器10连通，作用腔一内的高压油液进入液压蓄能器10内存储；

第一液压缸作用腔三7、第二液压缸作用腔三17通过控制阀组22与液压油箱20连通，由作用腔三向液压油箱20内泄压。

作为实施例的改进，所述控制阀组22内通过管线与液压蓄能器10连接，管线上设有单向阀，所述控制阀组22与液压蓄能器10间还设有溢流阀25，防止液压蓄能器10的压力超过设计值。

另外，该实施例一中的控制阀组22还可以采用附图3中的结构形式，第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12通过液压油箱20进行补油，防止吸空；此时液压动力源21不工作。

实施例二

如图4所示，当挖掘机动臂上升时，第一液压缸活塞杆3、第二液压缸活塞杆13伸出，第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12通过控制阀组22内管线一与液压动力源21连通；所述第一液压缸作用腔三7、第二液压缸作用腔三17通过控制阀组22内管线三与液压蓄能器10连通；第一液压缸作用腔二6、第二液压缸作用腔二16通过控制阀组22内管线二与液压油箱20连通；所述管线一上设有第一单向阀26，所述管线三上设有第二单向阀27，且管线一、管线三连通。

具体工作过程为：在挖掘机动臂上升过程，液压蓄能器10内压力同时作用在第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12、第一液压缸作用腔三7和第二液压缸作用腔三17内，可以推动第一液压缸活塞杆3和第二液压缸活塞杆13伸出；此时，液压动力源21可以不工作，在液压蓄能器10压力下降到一定程度后再参与工作。另外，液压动力源21如参与工作，也向第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12、第一液压缸作用腔三7和第二液压缸作用腔三17内供油，则会加快第一液压缸活塞杆3和第二液压缸活塞杆13的伸出速度。液压动力源21是否工作，取决于对动臂运动特性的要求。

实施例三

如图5所示，在挖掘机动臂上升过程，液压蓄能器10通过控制阀组22与第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12连通，液压动力源21通过控制阀组22与第一液压缸作用腔三7、第二液压缸作用腔三17连通，第一液压缸作用腔二6、第二液压缸作用腔二16通过控制阀组22与液压油箱20连通泄压；液压蓄能器10与液压动力源21分别独立向各自连通的控制腔供油。此时，液压蓄能器10与第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12起到辅助动力的作用，第一液压缸活塞杆3、第二液压缸活塞杆13运动速度主要由液压动力源21的流量决定。

作为实施例的进一步改进，液压蓄能器10通过控制阀组22与第一液压缸作用腔三7、第二液压缸作用腔三17连通，液压动力源21通过控制阀组22与第一液压缸作用腔一2、第二液压缸作用腔一12连通，工作过程与附图5一样，液压蓄能器10与液压动力源21在活塞杆上的力不一样，会导致动臂运动特性与附图5不一样。

采用本发明的动臂节能动作系统，在能量回收和再利用的过程中，动臂受力均衡；回收的能量在再利用过程中，可避免因压力不匹配造成的二次压力损失，且回收能量可直接再利用，能量利用效率高；回收的能量可以独立驱动动臂动作，也可以与泵一起驱动动臂动作，控制方式灵活，可以根据实际需要灵活配置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，包括不少于一个的液压缸、与液压缸连接的控制阀组(22)、及分别与控制阀组(22)连接的液压油箱(20)和液压动力源(21)，所述控制阀组(22)上还接有液压蓄能器(10)；

所述液压缸包括液压缸缸筒、设置在缸筒下端的液压缸带芯轴缸盖、安装在带芯轴缸盖上且可在压力作用下沿芯轴移动的液压缸活塞杆，所述液压缸活塞杆为凸形，内部开有空腔，带芯轴缸盖中的芯轴安装在该空腔内，且芯轴与液压缸活塞杆形成作用腔一，液压缸活塞杆顶端由内至外伸出液压缸缸筒，伸出端上开有连通作用腔一的油口，位于液压缸缸筒内部的活塞杆配合液压缸缸筒形成作用腔二，所述液压缸带芯轴缸盖、液压缸活塞杆与液压缸缸筒配合形成作用腔三，所述液压缸缸筒上分别开有连通作用腔二、作用腔三的油口，各作用腔上的油口分别与控制阀组(22)连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，所述液压缸包括第一液压缸(23)和第二液压缸(24)；

所述第一液压缸(23)上开有用于连通第一液压缸作用腔一(2)的第一液压缸油口一(1)、用于连通第一液压缸作用腔二(6)的第一液压缸油口二(4)、及用于连通第一液压缸作用腔三(7)的第一液压缸油口三(9)；

所述第二液压缸(24)上开有用于连通第二液压缸作用腔一(12)的第二液压缸油口一(11)、用于连通第二液压缸作用腔二(16)的第二液压缸油口二(14)、及用于连通第二液压缸作用腔三(17)的第二液压缸油口三(19)；

所述第一液压缸油口一(1)与第二液压缸油口一(11)连通且与控制阀组(22)连通；

所述第一液压缸油口二(4)与第二液压缸油口二(14)连通且与控制阀组(22)连通；

所述第一液压缸油口三(9)与第二液压缸油口三(19)连通且与控制阀组(22)连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，当液压缸活塞杆缩回时，所述控制阀组(22)用于回收受压腔的高压油液进入液压蓄能器(10)；

当液压缸活塞杆伸出时，控制阀组(22)用于控制液压蓄能器(10)向推动液压缸活塞杆伸出的作用腔内放液。

4.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，当挖掘机动臂下降时，第一液压缸活塞杆(3)、第二液压缸活塞杆(13)缩回，第一液压缸作用腔二(6)、第二液压缸作用腔二(16)通过控制阀组(22)与液压动力源(21)连通，由液压动力源(21)向作用腔二内供油；

第一液压缸作用腔一(2)、第二液压缸作用腔一(12)通过控制阀组(22)与液压油箱(20)连通，由作用腔一向液压油箱(20)内泄压；

第一液压缸作用腔三(7)、第二液压缸作用腔三(17)通过控制阀组(22)与液压蓄能器(10)连通，作用腔三内的高压油液进入液压蓄能器(10)内存储。

5.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，当挖掘机动臂下降时，第一液压缸活塞杆(3)、第二液压缸活塞杆(13)缩回，第一液压缸作用腔二(6)、第二液压缸作用腔二(16)通过控制阀组(22)与液压动力源(21)连通，由液压动力源(21)向作用腔二供油；

第一液压缸作用腔一(2)、第二液压缸作用腔一(12)通过控制阀组(22)与液压蓄能器(10)连通，作用腔一内的高压油液进入液压蓄能器(10)内存储；

第一液压缸作用腔三(7)、第二液压缸作用腔三(17)通过控制阀组(22)与液压油箱(20)连通，由作用腔三向液压油箱(20)内泄压。

6.根据权利要求4或5所述一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，所述控制阀组(22)内通过管线与液压蓄能器(10)连接，管线上设有单向阀，所述控制阀组(22)与液压蓄能器(10)间还设有溢流阀(25)。

7.根据权利要求2所述的一种液压挖掘机动臂节能动作系统，其特征在于，当挖掘机动臂上升时，第一液压缸活塞杆(3)、第二液压缸活塞杆(13)伸出，第一液压缸作用腔一(2)、第二液压缸作用腔一(12)通过控制阀组(22)内管线一与液压动力源(21)连通；

所述第一液压缸作用腔三(7)、第二液压缸作用腔三(17)通过控制阀组(22)内管线三与液压蓄能器(10)连通；

第一液压缸作用腔二(6)、第二液压缸作用腔二(16)通过控制阀组(22)内管线二与液压油箱(20)连通；

所述管线一上设有第一单向阀(26)，所述管线三上设有第二单向阀(27)，且管线一、管线三连通。