CN108533578A - 一种液压动臂势能回收系统及方法 - Google Patents

一种液压动臂势能回收系统及方法 Download PDF

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陈瑱贤
张静
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Abstract

一种液压动臂势能回收系统及方法,包括油箱、变量泵、电动机、三位四通换向阀、液压缸、第一二位二通换向阀、压电换能装置和蓄能器;油箱和电动机均连接到变量泵,变量泵输出端连接三位四通换向阀的第一入口,三位四通换向阀的第一出口连接液压缸的入口,液压缸的出口连接三位四通换向阀的第二入口,三位四通换向阀的第二出口连接第一二位二通换向阀的入口,第一二位二通换向阀的第一出口连接压电换能装置,压电换能装置连接蓄能器的入口,蓄能器的出口连接到变量泵;本发明将压电发电技术应用于蓄能器回收能量的液压系统中实现能量的二次回收,快速将液压能量转化为电能进行储存,然后实现能量的回收再次利用。

Description

一种液压动臂势能回收系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于液压振动能量回收发电技术领域,特别涉及一种液压动臂势能回收系 统及方法。
背景技术
[0002] 工程机械作为装备工业的重要组成部分,它在国防建设工程、交通运输建设,能源 工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建 设、环境保护等多个领域进行应用。而液压挖掘机作为工程机械当中的一员,具有高能耗、 低排放的特点造成大量的能量浪费损耗,导致环境污染和能源浪费严重,因此,对液压挖掘 机进行液压系统改进实现其节能减排的目的具有十分必要的研究意义。
[0003] 液压挖掘机作业过程中动臂频繁的上升下降,在大臂下降过程中将会产生较多的 下降势能,而目前对该部分能量进行回收利用采用将液压系统中液压缸回油路串联在液压 马达一端进行能量转化然后通过蓄电池进行能量存储,进行二次能量回收利用,造成能量 转化环节较多,结构相对复杂,或者采用蓄能器对能量进行回收,能量回收过程单一无法有 效的实现能量转化。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种液压动臂势能回收系统及方法,以解决上述问题。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] —种液压动臂势能回收系统,包括油箱、变量栗、电动机、三位四通换向阀、液压 缸、第一二位二通换向阀、压电换能装置和蓄能器;油箱和电动机均连接到变量泵,变量泵 输出端连接三位四通换向阀的第一入口,三位四通换向阀的第一出口连接液压缸的入口, 液压缸的出口连接三位四通换向阀的第二入口,三位四通换向阀的第二出口连接第一二位 二通换向阀的入口,第一二位二通换向阀的第一出口连接压电换能装置,压电换能装置连 接蓄能器的入口,蓄能器的出口连接到变量杲,形成回路;第一二位二通换向阀的第二出口 连接蓄能器;液压缸驱动动臂运动。
[0007] 进一步的,三位四通换向阀的第二出口和第一二位二通换向阀的入口之间连接有 第三二位二通换向阀,第三二位二通换向阀连接有油箱。
[0008] 进一步的,第一二位二通换向阀的出口和压电换能装置之间设置有调速阀,调速 阀和第一二位二通换向阀的出口之间设置有单向阀,单向阀的出口朝向调速阀。
[0009] 进一步的,蓄能器的入口前设置有第二二位二通换向阀;蓄能器到变量栗的回路 上连接有溢流阀,溢流阀连接有油箱。
[0010] 进一步的,溢流阀和变量泵之间设置有第四二位二通换向阀。
[0011] 进一步的,变量泵和三位四通换向阀的第一入口之间连接有溢流阀,溢流阀连接 有油箱。
[0012] 进一步的,压电换能装置由50组压电换能器并联或串联而成。
[0013]进一步的,一种液压动臂势能回收系统的回收方法,基于上述中任意一项所述的 一种液压动臂势能回收系统,包括以下步骤:
[0014]步骤1,液压动臂下降时,第三二位二通换向阀处于右侧位置,阀门关闭,三位四通 换向阀处于右侧位置,实现液压缸下降动作,当二位二通阀处于第一出口接通位置时,压电 换能结构和蓄能器共同工作实现能量回收,此时液压油经过单向阀到达调速阀实现流量调 速从而控制油液的流速,当液压油液途径压电换能装置时,由液压油压力驱动压电转化结 构中的压电片发生形变实现能量的第一次回收;此时换向阀处于阀门开启位置,换向阀处 于阀门关闭状态,液压油到达蓄能器实现液压能的二次回收储存,在此由蓄能器将动臂下 降过程中的能量全部回收完成;
[0015]步骤2,当第一二位二通阀处于第二出口接通位置时,蓄能器单独工作实现能量的 回收;
[0016]步骤3,液压动臂上升时,第四二位二通换向阀处于阀门开启状态,第三二位二通 阀处于阀门开启位置,三位四通换向阀处于左侧位置,蓄能器此时释放能量与共同将液压 油向动臂液压缸无杆腔供油,驱动液压缸上升,实现能量的回收再利用。
[0017] 与现有技术相比,本发明有以下技术效果:
[0018] 本发明动臂液压系统能够实现传统模式和节能模式的相互转化,在节能模型下先 通过压电转化结构实现液压能向电能的第一次转化,然后油液经过蓄能器时将能量进行收 集存储实现了多次的能量回收。同时能量回收过程中可以实现蓄能器单独回收及蓄能器与 压电转化结构共同回收的模式。
[0019] 本发明将压电发电技术应用于蓄能器回收能量的液压系统中实现能量的二次回 收,快速将液压能量转化为电能进行储存,然后实现能量的回收再次利用。
[0020] 本发明可以实现工程机械液压系统振动能量的回收利用,减少能量损耗浪费。实 现能量二次转化利用。
附图说明
[0021] 图1是本发明压电转化结构的液压振动能量回收方法原理图;
[0022] 图2是本发明压电转化结构的液压振动能量回收压电转化结构串联结构示意图 [0023]图3本发明压电转化结构的液压振动能量回收压电转化结构并联结构示意图;
[0024] 其中:1、油箱;2、变量泵;3、电动机;4、三位四通换向阀;5、液压缸;6、第三二位二 通换向阀;8、单向阀;9、调速阀;10、压电换能装置;11、第二二位二通换向阀;12、蓄能器; 13、溢流阀;15、第四二位二通换向阀;18、第一二位二通换向阀。
具体实施方式
[0025] 以下结合附图对本发明进一步说明:
[0026] 请参阅图1-图3,一种液压动臂势能回收系统,包括油箱1、变量泵2、电动机3、三位 四通换向阀4、液压缸5、第一二位二通换向阀18、压电换能装置10和蓄能器12;油箱1和电动 机3均连接到变量栗2,变量泵输出端连接三位四通换向阀4的第一入口,三位四通换向阀4 的第一出口连接液压缸5的入口,液压缸5的出口连接三位四通换向阀4的第二入口,三位四 通换向阀4的第二出口连接第一二位二通换向阀18的入口,第一二位二通换向阀18的第一 出口连接压电换能装置10,压电换能装置10连接蓄能器12的入口,蓄能器12的出口连接到 变量泉2,形成回路;第一二位二通换向阀18的第二出口连接蓄能器I2;液压缸5驱动动臂运 动。
[0027J三位四通换向阀4的第二出口和第一二位二通换向阀18的入口之间连接有第三二 位二通换向阀6,第三二位二通换向阀6连接有油箱U
[0028]第一二位二通换向阀18的出口和压电换能装置1〇之间设置有调速阀9,调速阀9和 第一二位二通换向阀18的出口之间设置有单向阀8,单向阀8的出口朝向调速阀9。
[0029] 蓄能器12的入口前设置有第二二位二通换向阀11;蓄能器12到变量栗2的回路上 连接有溢流阀13,溢流阀13连接有油箱1。
[0030] 溢流阀13和变量泵2之间设置有第四二位二通换向阀15。
[0031] 变量泵2和三位四通换向阀4的第一入口之间连接有溢流阀13,溢流阀13连接有油 箱1。
[0032] 压电换能装置10由50组压电换能器并联或串联而成。
[0033] 一种液压动臂势能回收系统的回收方法,基于上述中任意一项所述的一种液压动 臂势能回收系统,包括以下步骤:
[0034] 步骤1,液压动臂下降时,第三二位二通换向阀6处于右侧位置,阀门关闭,三位四 通换向阀4处于右侧位置,实现液压缸5下降动作,当二位二通阀18处于第一出口接通位置 时,压电换能结构和蓄能器共同工作实现能量回收,此时液压油经过单向阀8到达调速阀9 实现流量调速从而控制油液的流速,当液压油液途径压电换能装置1〇时,由液压油压力驱 动压电转化结构中的压电片发生形变实现能量的第一次回收;此时换向阀11处于阀门开启 位置,第四二位二通阀15处于阀门关闭状态,液压油到达蓄能器12实现液压能的二次回收 储存,在此由蓄能器将动臂下降过程中的能量全部回收完成;
[0035] 步骤2,当第一二位二通阀18处于第二出口接通位置时,蓄能器单独工作实现能量 的回收;
[0036] 步骤3,液压动臂上升时,第四二位二通换向阀15处于阀门开启状态,第三二位二 通阀6处于阀门开启位置,三位四通换向阀4处于左侧位置,蓄能器12此时释放能量与2共同 将液压油向动臂液压缸无杆腔供油,驱动液压缸上升,实现能量的回收再利用。
[0037]蓄能器能量回收系统包括利用蓄能器单独实现液压系统能量回收的方法,主要采 用蓄能器穿串联在液压油回油路中实现能量的回收利用。压电浮能器与蓄能器结合的能量 回收首先液压振动能通过压电浮能器实现能量直接转化利用,之后通过蓄能器再次实现能 量的收集存储,实现能量的二次回收利用。
[0038]本发明一种基于压电转化结构的液压振动能量回收方法,包括以下步骤:
[0039]在动臂液压挖掘机作业过程中,通过调节换向阀实现挖掘机在普通工作模式和节 能模式之间的相互转化。
[0040] (1)液压系统普通工作模式
[0041]当第三二位二通换向阀6处于右侧位置三位四通阀4处于左位,液压系统为无能量 回收的工作模式,工作原理为:在第三二位二通换向阀6处于右侧位置时,阀门处于开启状 态,在动臂下降过程中由三位四通换向阀4处于右侧位置,液压油正常流进液压油箱内,此 时,位于该液压系统右侧的能量回收系统无法发挥能量回收作用。
[0042]在该模式下液压挖掘机作业过程中与普通的液压回路相近,其工作特性将不受影 响。
[0043] (2)液压系统节能工作模式
[0044] 1.动臂下降,势能回收
[0045] 液压挖掘机动臂下降时,第三二位二通换向阀6处于右侧位置,阀门关闭,三位四 通换向阀4处于右侧位置,实现液压缸5下降,当第一二位二通阀18处于上侧位置时,蓄能器 单独工作实现能量的回收,当第一二位二通阀18处于下侧位置时,压电换能结构和蓄能器 共同工作实现能量回收,此时液压油经过单向阀8到达调速阀9实现流量调速从而控制油液 的流速,当液压油液途径压电换能装置10时,由液压油压力驱动压电转化结构中的压电片 发生形变实现能量的第一次回收,该处采用50组压电换能装置并联在一起或串联一起实行 对损失能量的回收,该部位可以将液压能直接转化为电能,实现能量回收,此时第二二位二 通阀11处于上侧位置,阀门开启,第四二位二通阀15处于上侧位置,阀门关闭状态,液压油 到达蓄能器12实现液压能的二次回收储存,在此由蓄能器将动臂下降过程中的能量全部回 收完成。
[0046] 2 .动臂上升,回收能量再利用
[0047] 液压挖掘机动臂上升时,第四二位二通换向阀15处于下侧位置,阀门开启状态,第 三二位二通换向阀6处于左侧位置,阀门开启,三位四通换向阀4处于左侧位置,蓄能器12此 时释放能量与变量栗2共同将液压油向动臂液压缸无杆腔供油,驱动液压缸上升,由此,实 现能量的回收再利用。
[0048] 最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参 照最佳实施例对本发明进行了详细的说明,熟悉本领域的技术人员应当理解,对本发明技 术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案和精神和范围,其均应涵盖在涵 盖子在本发明的的保护范围内。

Claims (8)

1. 一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,包括油箱(1)、变量泵(2)、电动机(3)、三 位四通换向阀(4)、液压缸(5)、第一二位二通换向阀(I8)、压电换能装置(1〇)和蓄能器 (12);油箱⑴和电动机⑶均连接到变量栗(2),变量泵输出端连接三位四通换向阀⑷的 第一入口,三位四通换向阀⑷的第一出口连接液压缸⑸的入口,液压缸⑸的出口连接三 位四通换向阀(4)的第二入口,三位四通换向阀(4)的第二出口连接第一二位二通换向阀 (18)的入口,第一二位二通换向阀(18)的第一出口连接压电换能装置(1〇),压电换能装置 (10)连接蓄能器(12)的入口,蓄能器(12)的出口连接到变量栗(2),形成回路;第一二位二 通换向阀(18)的第二出口连接蓄能器(12);液压缸⑸驱动动臂运动。
2. 根据权利要求1所述的一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,三位四通换向阀 ⑷的第二出口和第一二位二通换向阀(18)的入口之间连接有第三二位二通换向阀(6),第 三二位二通换向阀⑹连接有油箱(1)。
3. 根据权利要求1所述的一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,第一二位二通换向 阀(18)的出口和压电换能装置(10)之间设置有调速阀⑼,调速阀⑼和第一二位二通换向 阀(18)的出口之间设置有单向阀(8),单向阀⑻的出口朝向调速阀⑼。
4. 根据权利要求1所述的一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,蓄能器(12)的入口 前设置有第二二位二通换向阀(11);蓄能器(12)到变量泵(2)的回路上连接有溢流阀(13), 溢流阀(13)连接有油箱(1)。
5. 根据权利要求1所述的一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,溢流阀(13)和变量 泵⑵之间设置有第四二位二通换向阀(15)。
6. 根据权利要求1所述的一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,变量泵(2)和三位 四通换向阀⑷的第一入口之间连接有溢流阀(13),溢流阀(13)连接有油箱(1)。
7. 根据权利要求1所述的一种液压动臂势能回收系统,其特征在于,压电换能装置(10) 由50组压电换能器并联或串联而成。
8. —种液压动臂势能回收系统的回收方法,其特征在于,基于权利要求1至6中任意一 项所述的一种液压动臂势能回收系统,包括以下步骤: 步骤1,液压动臂下降时,第三二位二通换向阀(6)处于右侧位置,阀门关闭,三位四通 换向阀⑷处于右侧位置,实现液压缸⑸下降动作,当二位二通阀(18)处于第一出口接通 位置时,压电换能结构和蓄能器共同工作实现能量回收,此时液压油经过单向阀(8)到达调 速阀⑼实现流量调速从而控制油液的流速,当液压油液途径压电换能装置(10)时,由液压 油压力驱动压电转化结构中的压电片发生形变实现能量的第一次回收;此时换向阀(11)处 于阀门开启位置,换向阀(16)处于阀门关闭状态,液压油到达蓄能器⑹实现液压能的二次 回收储存,在此由蓄能器将动臂下降过程中的能量全部回收完成; 步骤2,当第一二位二通阀(18)处于第二出口接通位置时,蓄能器单独工作实现能量的 回收; 步骤3,液压动臂上升时,第四二位二通换向阀(15)处于阀门开启状态,第三二位二通 阀(6)处于阀门开启位置,三位四通换向阀(4)处于左侧位置,蓄能器(1¾此时释放能量与 (2)共同将液压油向动臂液压缸无杆腔供油,驱动液压缸上升,实现能量的回收再利用。
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