CN107013535B - 一种压力自匹配能量利用系统 - Google Patents

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Abstract

一种压力自匹配能量利用系统，包括同步马达、控制阀、工作泵、蓄能器、压力执行元件及相应油路连接；同步马达的总出口OUT与压力执行元件的负载保持腔连接，同步马达的第一入口IN1通过控制阀的第一开关阀K1与蓄能器的油口端连接，同步马达的第二入口IN2通过控制阀的第二开关阀K2与工作泵的输出口连接，本系统可随外部负载大小自动匹配工作泵与蓄能器之间的输出压力，从而达到充分利用蓄能器内回收的压力能的目的。

Description

一种压力自匹配能量利用系统
技术领域
本发明涉及工程机械工作装置回收能量的液压利用系统。
背景技术
为了环保节能，工程机械行业主机厂家都在进行机械设备的能量回收、利用研究工作，提出了许多能量回收利用的方法与原理，如油电混合动力方式、油液混合动力方式，由于油电混合动力方式中的关键元器件电机电池价格高，可靠性低且应用此方式的产品节能效果一般而被行业放弃，目前行业研究的重点放在油液混合动力方式技术上，该技术的难点是如何让回收的能量高效利用且能匹配好负载，行业的通行做法有两种：一种是利用回收能量驱动增压缸把从油箱中吸入的油增压存入蓄能器，且存入蓄能器的起始压力高于工作装置有可能出现的最高工作压力，否则蓄能器中油的压力因低于工作装置需要的驱动压力而释放利用不完全；另一种是利用回收能量驱动二次元件把从油箱中吸入的油增压存入蓄能器，在利用时再以蓄能器中的压力油返回驱动二次元件再吸入油箱中的油去驱动工作装置。从这两种方式可以看出，第一种压力匹配性差，因蓄能器油的充油起始压力都高于工作装置有可能出现的最高工作压力，则蓄能器压力油在释放时高出压力的能量则以发热的方式损失了；第二种压力匹配很好，但传动效率不高，且二次元件也不成熟，回收能量存入蓄能器及蓄能器释放利用时都有两次转换，因而总效率不超过45％。
发明内容
本发明解决现有技术的不足而提供一种结构简单，传动环节少，传动效率高，经济有效地实现回收能量的压力自匹配能量利用系统。
一种压力自匹配能量利用系统，包括同步马达、控制阀、工作泵、蓄能器、压力执行元件及相应油路连接；
同步马达的总出口OUT与压力执行元件的负载保持腔连接，同步马达的第一入口IN1通过控制阀的第一开关阀K1与蓄能器的油口端连接，同步马达的第二入口IN2通过控制阀的第二开关阀K2与工作泵的输出口连接。
进一步，同步马达采用无低压泄油口的同步马达，所述蓄能器的蓄存压力设为Px、工作泵的工作压力设为Pb，执行元件的需求压力设为Pn，所述Px+Pb≥2Pn且Px＜2Pn。这样工作泵会从空载压力持续增高，直至输出压力Pb≥2Pn-Px，此时同步马达开始转动，把第一入口IN1、第二入口IN2的压力油同时输出给压力执行元件并对工作装置进行举升，同步马达作用相当于一个压力分配器，拉高填低，把工作泵高出负载的压力Pn-Px补尝给蓄能器，从而一起驱动负载，负载举升的速度由工作泵的输出流量控制，由于同步马达无泄油口，所有工作口都为高压，同步马达1的容积效率接近100％，因而传动总效率在90％以上，能量利用率很高，这种方式及参数是本专利实施应用的最佳方式。
压力执行元件可以是一个或多个油缸和/或一个或多个液压马达，压力执行元件的负载保持腔还与下降控制装置连接，通过下降控制装置控制压力执行元件进而控制工作装置的下降，蓄能器的油口还与蓄能控制装置连接，通过蓄能控制装置将需要回收的能量充入蓄能器。
工作泵可以是定排量泵或变排量泵。
控制阀的开关阀控制信号可以是液压的和/或电的。
本发明带来的有益效果：本发明利用同步马达的力矩变压原理和工作泵负载决定工作压力的特性，当蓄能器的压力无法驱动压力执行元件时，工作泵的工作压力会由低压持续增高，同步马达则进行压力分配，将工作泵高出负载的压力补偿给蓄能器，从而一起驱动负载，通过压力自匹配，达到利用回收能量的蓄能器替代一个油泵对外做功，减少原动机输入功率，降低油耗的目的。本发明系统结构简单，传动环节少，传动效率高，元件为常用元件，成熟可靠，适用于工程机械及农业设备工作装置举升和回转，特别是适用于挖掘机类动臂的举升。
附图说明
图1为本系统的原理示意图。
1、同步马达，IN1、第一入口，IN2、第二入口，OUT、总出口，2、控制阀，3、工作泵，4、蓄能器，5、执行元件。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
蓄能器能量利用过程：参见图1，当执行元件5进行工作装置举升时，控制阀2中的第一开关阀K1、第二开关阀K2接通，开关阀K断开，蓄能器4中的压力油通入同步马达1的第一入口IN1,工作泵3中的油通入同步马达1的第一入口IN2，这时同步马达1会根据蓄能器4的蓄存压力(设为Px)、工作泵3的工作压力(设为Pb)及执行元件5的需求压力(设为Pn)进行自动匹配，最终使Px+Pb≥2Pn，具体工作过程如下：
当Px＜2Pn时：
刚开始瞬间，蓄能器4压力是无法驱动压力执行元件5，这时同步马达1不能转动，其第一入口IN1、第二入口IN2的油不能流入其总出口OUT,由液压传动原理可知，工作泵3的工作压力是由负载决定的，因而工作泵3会从空载压力持续增高，直至输出压力Pb≥2Pn-Px，此时同步马达1开始转动，把第一入口IN1、第二入口IN2的压力油同时输出给压力执行元件5并对工作装置进行举升，同步马达1作用相当于一个压力分配器，拉高填低，把工作泵3高出负载的压力Pn-Px补尝给蓄能器4，从而一起驱动负载，负载举升的速度由工作泵3的输出流量控制，由于同步马达1无泄油口，所有工作口都为高压，同步马达1的容积效率接近100％，因而传动总效率在90％以上，能量利用率很高，这种方式及参数是本专利实施应用的最佳方式。
当Px＞2Pn时：
这种情况蓄能器4压力可以驱动压力执行元件5，同步马达1在其第一入口IN1压力油作用下会高速转动，其第二入口IN2压力很低，甚至可能出现负压，这时工作泵3的负载为零，工作泵无功率输出，此时如对蓄能器4放油进行节流控制，则2Pn-Px的高出压力油会以热能形式损失，如不对蓄能器4放油进行节流控制，蓄能器4释放的压力油会使工作装置举升持续加速而导致举升速度不可控，而且同步马达1有可能吸空异响损坏元件；另外，在回收能量一定的情况下，回收压力过高则回收油的体积过小，回收油释放时不能完成每次工作装置举升循环而导致泵供油的不停切换，这会使机器的操作性很差。因此这种情况是应当避免的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压力自匹配能量利用系统，其特征在于：包括同步马达(1)、控制阀(2)、工作泵(3)、蓄能器(4)和压力执行元件(5)；
所述同步马达(1)的总出口(OUT)与所述压力执行元件(5)的负载保持腔连接，所述同步马达(1)的第一入口(IN1)通过所述控制阀(2)的第一开关阀(K1)与所述蓄能器(4)的油口端连接，所述同步马达(1)的第二入口(IN2)通过所述控制阀(2)的第二开关阀(K2)与所述工作泵(3)的输出口连接。
2.根据权利要求1所述的压力自匹配能量利用系统，其特征在于：所述同步马达(1)为无低压泄油口的同步马达(1)，所述蓄能器(4)的蓄存压力设为Px、工作泵(3)的工作压力设为Pb，执行元件(5)的需求压力设为Pn，所述Px+Pb≥2Pn且Px＜2Pn。
3.根据权利要求2所述的压力自匹配能量利用系统，其特征在于：所述压力执行元件(5)包括至少一个油缸和/或至少一个液压马达。
4.根据权利要求3所述的压力自匹配能量利用系统，其特征在于：所述压力执行元件(5)的负载保持腔还与下降控制装置连接，所述下降控制装置控制所述压力执行元件(5)进而控制工作装置的下降。
5.根据权利要求1至4之一所述的压力自匹配能量利用系统，其特征在于：所述蓄能器(4)的油口还与将需要回收的能量充入所述蓄能器(4)的蓄能控制装置连接。
6.根据权利要求5所述的压力自匹配能量利用系统，其特征在于：所述工作泵(3)为定排量泵或变排量泵。
7.根据权利要求6所述的压力自匹配能量利用系统，其特征在于：所述控制阀(2)的开关阀控制信号采用液压信号和/或电信号。
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