CN108591189A - 一种变参数蓄能器控制系统及动臂节能液压系统 - Google Patents

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Abstract

一种变参数蓄能器控制系统及动臂节能液压系统，系统：使能阀的A、P口分别与油腔的工作口、O口连接，气腔的工作口分别与旁通阀的P口、第一换向阀的P口、第二换向阀的P口连接；旁通阀的A口、第一换向阀的T口、第二换向阀的T口和储气罐的工作口通过管路相互连接；第一换向阀的A口和第二换向阀的A口分别与气泵的S口和P口通过管路连接；原动机与气泵连接。动臂节能液压系统：该系统的工作接入口O接入动臂油缸的无杆腔。该系统较传统的蓄能器储能方案存储有更大的能量存储密度；该系统不仅能实现动臂势能高效的回收，而且还能有效提高能量回收装置的能量存储密度，能更有效的回收更多的能量进行储存，同时，也能反馈给系统更多的能量。

Description

一种变参数蓄能器控制系统及动臂节能液压系统
技术领域
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种变参数蓄能器控制系统及动臂节能液压系统。
背景技术
工程机械是用于各种工程建设施工作业的机械和装备的总称。工程机械广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域，种类繁多。臂架类工程机械的主要特点是，通过臂架承受负载或工作装置的重量，并通过臂架的伸缩、摆动等动作完成指定的功能。典型的臂架类工程机械有混凝土泵车、起重机、挖掘机、消防车和高空作业车等。
在工程机械的臂架变幅(起升和下放)作业中，以挖掘机为例，驱动动臂变幅的通常是一支或两支油缸，称为动臂油缸或变幅油缸。图1为常见的工程机械变幅系统的结构示意图。动臂油缸4和动臂100均铰接在转台200上。同时，动臂油缸4和动臂100铰接。可以看出，动臂油缸4的伸缩运动即可驱动动臂100进行变幅作业，调整设备的工作幅度。
图2给出了一种常见的动臂液压控制回路。该液压系统包括油源1、主单向阀2、主换向阀3、动臂油缸4和油箱5等部分。其中，油源1一般是柱塞泵或齿轮泵等类型，为系统提供高压油液；主单向阀主要是为了防止油液反向回流；主换向阀3多采用电磁控制方式，实现动臂的起升、下放和停止动作的控制。动臂提升时，油液1提供的高压油液经主单向阀2和主换向阀3的P口至B口进入动臂油缸4的无杆腔，有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口流回油箱5，故活塞杆伸出；动臂下放时，油源1提供的高压油液经主单向阀2和主换向阀3的P口至A口进入动臂油缸4的有杆腔，无杆腔的油液经主换向阀3的B口至T口流回油箱5，故活塞杆缩回。
挖掘机工作过程中，动臂提升与下落动作频繁。动臂100在下放时，动臂油缸4承受超越负载，即负载的方向和运动方向相同。由于臂架自身和负载质量较大，二者的重力均由主换向阀3的节流作用使动臂油缸4的无杆腔内产生高压来平衡。高压油液经换向阀流出时，压力损失造成发热，其实质是臂架和重物的重力势能转化成油液的热能，造成能量损失。这样，既造成能量的浪费，又会使油液升温而过早老化变质，还会对包括密封元件等在内的液压元件的寿命产生不好的影响。
目前，工程机械的动臂势能回收方式主要有电力式和液压式。电力式主要采用液压马达、发电机为能量转化元件，蓄电池和超级电容为储能元件，以实现能量的转换和回收。但是动臂下降过程的时间非常短，且能量大，所以功率很大。现有技术的蓄电池的寿命会受很大的影响。而超级电容价格极为昂贵，且其占用空间大，因此电力式回收的实用性不强。液压式能量回收系统以蓄能器为储能元件。其工作原理为，当回收系统重力势能时，以高压油液的压力能的形式储存于液压蓄能器中，当系统中需要用能时，储存的油液释放出来进入液压系统工作。液压式回收方案利用了蓄能器功率密度大，能吸收压力冲击等优点。但是，蓄能器气囊的压力会随着存储油液的增多而上升，对臂架的下落速度造成影响。加上气囊内的气体要占用较大的空间，蓄能器储存能量的密度低，如果需要储存较多能量时会需要较大体积的蓄能器，进而会占用较大的空间。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种变参数蓄能器控制系统，该系统较传统的蓄能器储能方案存储有更大的能量存储密度。
为了实现上述目的，本发明提供一种变参数蓄能器控制系统，包括蓄能器、使能阀和原动机，所述蓄能器具有气腔和油腔；
所述使能阀的A口、P口分别与所述油腔的工作口、工作接入口O连接，所述气腔的工作口分别通过管路与旁通阀的P口、第一换向阀的P口、第二换向阀的P口连接；所述旁通阀的A口、第一换向阀的T口、第二换向阀的T口和储气罐的工作口通过管路相互连接；所述第一换向阀的A口和第二换向阀的A口分别与气泵的S口和P口通过管路连接；
所述原动机与气泵连接。
在该技术方案中，使能阀可以方便的控制该系统与外部液压系统的接入或脱离；旁通阀能便捷地实现蓄能器的气腔和储气罐之间的连通，从而能实现蓄能器气腔与储气罐之间的连通，这样不仅能便捷地实现蓄能器气腔压力动态的调整，而且还有利于增加蓄能器油腔的能量储存密度；第一换向阀、第二换向阀和串接在第一换向阀和第二换向阀之间的且由原动机驱动的气泵，不仅能便捷地实现将蓄能器气腔内的气体抽出并补入储气罐之中，以增加蓄能器的液压能存储量，而且还能实现将储气罐中的气体抽出反补进蓄能器的气腔中，以实现蓄能器气腔压力的增加，从而能使蓄能器中存储的液压能能够更高效的释放并反馈于液压系统中。
进一步，为了在系统内气体不足时可以便捷地向系统中补充空气，还包括第一单向阀，所述第一单向阀的A口、B口分别通过管路与大气、气泵的S口连接。
进一步，为了限制气泵的最高工作压力，还包括安全阀，所述安全阀的P口、T口分别通过管路与气泵的P口、大气连接。
进一步，为了能实现能量的更高效回收，同时，也可以为用电设备提供电源，还包括串接在旁通阀和储气罐之间的发电单元，所述发电单元包括气马达、发电机、整流器和蓄电池，所述发电机与气马达连接，所述气马达的P1口和P2口分别通过管路与旁通阀的A口和第一换向阀的T口连接，所述发电机通过整流器和蓄电池连接。
进一步，为了在旁通阀关闭而气马达仍旋转时可以向气马达补充空气，还包括第二单向阀，第二单向阀的A口、B口分别通过管路与大气、气马达的P1口连接。
进一步，为了便于检测蓄能器气腔压力和储气罐内的压力，还包括第一压力传感器、第二压力传感器和控制器，所述第一压力传感器通过管路与气腔的工作口相连，所述第二压力传感器通过管路与储气罐的工作口相连；
所述控制器分别与使能阀、旁通阀、第一换向阀、第二换向阀、原动机、第一压力传感器、第二压力传感器连接。
所述蓄能器为活塞式蓄能器。
进一步，为了便于将存储的能量供给外部的其他系统中，还包括与控制器连接的第三换向阀，所述第三换向阀的P口、A口分别通过管路与大气、油腔的工作口连接。
本发明的另一目的是提供一种动臂节能液压系统，该系统不仅能实现动臂势能高效的回收，而且还能有效提高能量回收装置的能量存储密度，能更有效的回收更多的能量进行储存，同时，也能反馈给系统更多的能量。
为了实现上述目的，本发明提供一种动臂节能液压系统，包括油源、主单向阀、主换向阀、油箱、动臂油缸和操纵手柄，所述油源经过主单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的T口与油箱连接，主换向阀的A口、B口分别通过管路与动臂油缸的有杆腔、无杆腔连接，还包括变参数蓄能器控制系统和第三压力传感器，所述动臂油缸上安装有位移传感器，所述主换向阀的B口还通过管路与变参数蓄能器控制系统的工作接入口O连接，所述第三压力传感器设置在动臂油缸的无杆腔中，所述位移传感器和操纵手柄均与控制器连接。
进一步，还包括与控制器连接的能量再生阀，能量再生阀的P口和A口分别通过管路与动臂油缸的无杆腔和有杆腔连接，其T口通过管路与油箱连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本系统可以根据工况需要，并结合第一和第二压力传感器的信号，实现液压能的回收与再利用功能。在进行能量回收时，适当降低蓄能器内的充气压力，从而存储更多的高压油液，提高了蓄能器的有效容积，也就达到了存储更多能量的目的；在再利用存储能量时，提高蓄能器内的充气压力，从而有利于更多油液排出，提高能量的利用效率和效果。本发明可以用于避免液压系统的能量浪费，提升液压系统的工作效率，同时也减少油液的发热，延长油液的使用寿命，还能减少设备的发动机的污染物排放，具有一定的实用价值。
附图说明
图1是现有技术中常见的挖掘机的动臂系统的结构示意图；
图2是现有技术中常见动臂液压回路原理图；
图3是本发明中变参数蓄能器控制系统的液压原理图；
图4是本发明中动臂节能液压系统的液压原理图；
图5是本发明中动臂节能液压系统的简化原理图一；
图6是本发明中动臂节能液压系统的简化原理图二；
图7是本发明中主换向阀各口之间通流面积与控制信号大小的比例示意图。
图中：1、油源，2、主单向阀，3、主换向阀，4、动臂油缸，5、油箱，100、动臂，101、蓄能器，101a、气腔，101b、油腔，102、气泵，103、第一换向阀，104、原动机，105、单向阀，106、安全阀，107、第二换向阀，108、储气罐，109、旁通阀，110、使能阀，111、第三换向阀，112、能量再生阀，113、辅助阀，200、转台，301、第一压力传感器，302、第二压力传感器，303、控制器，304、位移传感器，305、操纵手柄，306、第三压力传感器，400、发电单元，401、气马达，402、发电机，403、整流器，404、蓄电池，405、第二单向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图3所示，一种变参数蓄能器控制系统，包括蓄能器101、使能阀110和原动机104，作为一种优选，所述蓄能器101优选为活塞式蓄能器，当然也可以采用气囊式蓄能器，所述蓄能器101中的活塞或气囊将蓄能器的内部空间分成两个腔体，一个是储存气体的气腔101a，另一个是储存油液的油腔101b。因此，这两腔的压力相等。蓄能器101的气腔101a内部充有一定压力的惰性气体，比如氮气等。蓄能器101优选为活塞式蓄能器，可以方便内置位移传感器，从而检测其内部活塞的位置，进而能得知其储油量的多少，当其活塞的位移过大，即蓄能器101的储油能力达到极限时，可以及时停止储油；当其活塞的位移过小，即蓄能器101的过放时，可以及时停止其能量的释放过程，这些不仅能有利于蓄能器101运行的安全，而且能延长其使用寿命。
所述使能阀110的A口、P口分别与所述油腔101b的工作口、工作接入口O连接，所述气腔101a的工作口分别通过管路与旁通阀109的P口、第一换向阀103的P口、第二换向阀107的P口连接；所述旁通阀109的A口、第一换向阀103的T口、第二换向阀107的T口和储气罐108的工作口通过管路相互连接；所述第一换向阀103的A口和第二换向阀107的A口分别与气泵102的S口和P口通过管路连接；所述原动机104与气泵102连接，原动机104可以是电动机，当然也可以是其他形式的动力源，比如使用分动箱或取力器从发动机引出的动力；在原动机104的带动下，所述气泵102可以将S口进入的气体压缩后从P口排出。所述的使能阀110是两位两通电磁换向阀，串接于蓄能器101的油腔101b的工作口前。当该阀的电磁铁不得电时，其P口与A口不连通，即切断了本装置和外界油路的联系；当该阀的电磁铁得电时，其P口与A口连通，即本装置与外界油路连通。第一换向阀103是两位三通电磁换向阀，在电磁铁不得电的情况下，其A口与T口连通，其P口封闭；当电磁铁得电时，其P口与A口连通，其T口封闭。第二换向阀107是两位三通电磁换向阀，在电磁铁不得电的情况下，其A口与T口连通，其P口封闭，即将所述气泵102的P口与所述储气罐108连通；当电磁铁得电时，其P口与A口连通，其T口封闭，即将所述的气泵102的P口与所述的蓄能器101的气腔101a连通。所述的旁通阀109是两位两通电磁换向阀，当该阀的电磁铁不得电时，其P口与A口不连通，即所述的蓄能器101的气腔101a与所述的储气罐108不连通；当该阀的电磁铁得电时，其P口与A口连通，即所述的蓄能器101的气腔101a与所述的储气罐108相连通。
为了降低系统工作时的压力损失，第一换向阀103、第二换向阀107可以选用大流量的两级或多级阀。
还包括第一单向阀105，所述第一单向阀105的A口、B口分别通过管路与大气、气泵102的S口连接。优选的，第一单向阀105选用具备低开启压力的单向阀，以在系统内气体不足时可以向系统中补充空气。
还包括安全阀106，所述安全阀106的P口、T口分别通过管路与气泵102的P口、大气连接。安全阀106用于限制气泵102的最高工作压力，当气泵102出口的压力达到所述安全阀106的设定压力时，安全阀106将气体由其T口排至大气。
还包括串接在旁通阀109和储气罐108之间的发电单元400，所述发电单元400包括气马达401、发电机402、整流器403和蓄电池404，所述发电机402与气马达401连接，发电机402与气马达401同轴连接，可以在气马达401的驱动下发电；所述气马达401的P1口和P2口分别通过管路与旁通阀109的A口和第一换向阀103的T口连接，所述发电机402通过整流器403和蓄电池404连接。整流器403可以将发电机402发出的交流电整流为直流电，并储存于蓄电池404中。
还包括第二单向阀405，第二单向阀405的A口、B口分别通过管路与大气、气马达401的P1口连接。优选的，第二单向阀405选用具备低开启压力的单向阀，在旁通阀109关闭而气马达401在旋转时可以向气马达401补充空气。
还包括第一压力传感器301、第二压力传感器302和控制器303，所述第一压力传感器301通过管路与气腔101a的工作口相连，以用于实时检测气腔101a内的压力，所述第二压力传感器302通过管路与储气罐108的工作口相连，以用于实时检测储气罐108内气体的压力；
所述控制器303分别与使能阀110、旁通阀109、第一换向阀103、第二换向阀107、原动机104、第一压力传感器301、第二压力传感器302连接。控制器303根据工况需要，并结合第一、二压力传感器的信号，经过一定的程序计算后将结果以电信号的形式送给对应的元件的电磁铁或其他电气执行部分，以完成相应的控制动作。
还包括与控制器303连接的第三换向阀111，所述第三换向阀111的P口、A口分别通过管路与大气、油腔101b的工作口连接。
使用方法：在使用过程中，将变参数蓄能器控制系统的工作接入口O连接在动臂油缸4与主换向阀3之间的管路即可。
一种动臂节能液压系统，包括油源1、主单向阀2、主换向阀3、油箱5、动臂油缸4和操纵手柄305，所述油源1经过主单向阀2与主换向阀3的P口连接，主换向阀3的T口与油箱5连接，主换向阀3的A口、B口分别通过管路与动臂油缸4的有杆腔、无杆腔连接，还包括变参数蓄能器控制系统和第三压力传感器306，所述动臂油缸4上安装有位移传感器304，所述主换向阀3的B口还通过管路与变参数蓄能器控制系统的工作接入口O连接，所述第三压力传感器306设置在动臂油缸4的无杆腔中，所述位移传感器304和操纵手柄305均与控制器303连接。位移传感器304用于测量动臂油缸4活塞杆的位移，并将位移变化情况以电信号的形式及时送至控制器303。位移信号经控制器303做差分处理后，还可以获得活塞杆的速度信号。
还包括与控制器连接的能量再生阀112，能量再生阀112的P口和A口分别通过管路与动臂油缸4的无杆腔和有杆腔连接，其T口通过管路与油箱5连接。能量再生阀112优选为两位三通换向阀。作为另一种实施方式，能量再生阀112的P口通过管路与动臂油缸4的无杆腔连接，能量再生阀112的A口通过辅助阀113与动臂油缸4的有杆腔连接，辅助阀113为两位三通阀，辅助阀113的P口与动臂油缸4的有杆腔连接，其T口油箱5连接，其A口与能量再生阀112的A口连接。辅助阀113的作用是与能量再生阀112进行配合，以实现动臂油缸4的活塞杆缩回时，其无杆腔的油液可以自动流到有杆腔，以节省了泵给有杆腔供油这部分能量。当能量再利用过程中，比如向动臂油缸4的有杆腔进行供油，可以通过控制器303控制辅助阀113关闭，以防止油液流到无杆腔中。
工作原理：
一、动臂下放初始阶段：
结合图5，假设此时动臂油缸4的活塞缸已经伸出。当操作人员通过操纵手柄305控制动臂100下放时，控制器303接收到操纵手柄305的控制信号，控制主换向阀3的电磁铁Y1b得电，其P口到A口逐渐连通，B到T口逐渐连通。油源1的油液经主单向阀2和主换向阀3的左位，进入动臂油缸4的有杆腔。动臂油缸4的无杆腔内的油液经主换向阀3的右位流回油箱5。故动臂油缸4的活塞杆缩回，动臂下降。此时完全由主换向阀3控制系统的流量，因其开口较小，动臂油缸4的运动速度较慢。
二、动臂下放能量回收阶段：
如果操纵手柄305的摆角继续增大，控制器303给主换向阀3的控制电流继续增大，故主换向阀3的阀口继续增大。当主换向阀3的控制电流超过一定设定值后，如图7所示，主换向阀3的P口至A口的通流面积继续根据控制信号的增加而增大，而B到T的通流面积不再增加。同时，控制器303控制使能阀110的电磁铁得电，使能阀110的P口与A口连通。由于臂架的重力，动臂油缸4的无杆腔内的油液具有较高的压力，假设为PA，此值可以由第三压力传感器306检测得知。此时蓄能器101的气腔101a内的压力为一较低值，假设为P10。故，动臂油缸4的无杆腔油液经使能阀110流入蓄能器101的油腔101b内。随着动臂油缸4的活塞杆缩回，流入油腔101b内的油液使气腔101a的压力升高。
控制器303根据第一压力传感器301、第二压力传感器302和第三压力传感器306的信号进行判断，如果此时储气罐108内的压力小于蓄能器101的气体压力，则控制旁通阀109打开。故，蓄能器101内的气体会经过旁通阀109流入储气罐108中。当气体流进气马达401时，气马达401驱动发动机402发电，电能经整流器403整流后存储在蓄电池404中。这一过程可以通过控制器303接收第一压力传感器301和第二压力传感器302的信号监测。当气腔101a内的气体压力和储气罐108内的压力相等时，蓄能器101内的气体停止流入储气罐108内。这时，控制器303使旁通阀109的电磁铁断电，并使第一换向阀103的电磁铁得电。同时，控制器303使原动机104驱动气泵102工作。第一换向阀103电磁铁得电后工作在右位机能，故其P口与A口连通，T口封闭，故气泵102的S口与气腔101a连通。因此，气泵102将从气腔101a内吸气并于P口排出，经第二换向阀107的A口至T口，给储气罐108加压。
如果此时储气罐108内的压力大于蓄能器101的气体压力，控制器303直接控制第一换向阀103得电动作，并启动原动机104驱动气泵102工作。故，气泵102从气腔101a内吸气并于P口排出，经第二换向阀107的A口至T口，给储气罐108加压。
整个过程中，保证蓄能器101的气囊内的压力比动臂油缸4的无杆腔内的压力小，从而使得油液能进入蓄能器101的油腔101b内。
假设动臂油缸4的无杆腔面积为A0(定值)，使能阀110的通流面积为A110，流过使能阀110的流量为
动臂油缸4的活塞杆的运动速度可以表示为
可见，当使能阀110的开口即通流面积A110固定时，只要控制好蓄能器101的气腔101a的压力P1，即可使动臂油缸4的活塞杆获得稳定的运动速度。同理，如果气腔101a内的压力P1与PA的差值一定，动臂的运动速度与使能阀110的通流面积成正比。动臂油缸4的无杆腔压力与蓄能器101的气腔101a的压力差值越大，使能阀110通过的流量越大，动臂油缸4的活塞杆的运动速度越快。反之亦然。合理控制此压力差值或使能阀110的通流面积，就可以控制动臂油缸的运动速度，进而实现压力能的高效存储。
当控制器303检测到操纵手柄305摆角变小时，控制器303减小使能阀110的控制电流以减小其阀口大小，故活塞杆的运动速度变慢。作为一种替代方案，也可以通过提高蓄能器102的气腔101a内的压力的方式实现。控制器303根据需要控制使能阀110阀口继续减小，直至使能阀110关闭。同时，控制原动机104停止工作，第一换向阀103的电磁铁断电。故，本装置停止回收动臂100的重力势能。此时，蓄能器101的油腔101b内存储了一定量的高压油液，且此时该压力低于动臂油缸4的无杆腔内的压力。存储到蓄电池404内电能既可以供原动机104使用，也可以供设备的电器元件使用，例如控制器，电磁阀、照明灯具等。
如果操纵手柄16的摆角继续减小，控制器303继续减小主换向阀3的控制电流，直到主换向阀3的阀口完全关闭，动臂油缸4的活塞杆停止运动。
根据位移传感器304的信号，可以得知动臂油缸4活塞杆的位置。如果活塞杆的伸出量小于某个定值，说明动臂油缸4的活塞已经接近行程的始端，则判定为状态A。在此基础上，即使操作人员继续下放动臂100，本装置也不再回收动臂100的重力势能。
三、第一次待机状态：
能量回收完成时蓄能器101内的压力较低，不足以推动动臂油缸4的活塞杆伸出。为了便于存储能量的再利用，需要将蓄能器101内存储的油液压力升高，达到预先计算好的一个额定值。这个目的可以通过增加蓄能器101的气腔101a内的压力来实现。控制器303可以通过第二压力传感器302获得储气罐108内的压力信号。如果储气罐108内的压力高于动臂油缸4提升需要的压力值，控制器303使旁通阀109得电，储气罐108内的高压气体经气马达401、旁通阀109的A口至P口，进入蓄能器101的气腔101a内。当第一压力传感器301监测到蓄能器101的气腔101a内压力上升到需要的压力值时，控制器303使旁通阀109关闭。如果当储气罐108内的压力降低至与蓄能器101的气腔101a内压力相等时，此值尚未达到要求的值，或者储气罐108的压力本来就比蓄能器101的气腔101a的压力低，控制器303使第二换向阀107的电磁铁得电，同时使原动机104开始驱动气泵102工作，给蓄能器101的气囊加压。直到蓄能器101的气囊内的压力达到额定值，控制器303控制原动机104停止工作，同时关闭第二换向阀107。当原动机104为电动机时，其工作所需要电能可以由蓄电池404提供。
四、动臂提升过程：
当操作人员通过操纵手柄305控制动臂100提升时，控制器303首先主换向阀3的电磁铁Y1a得电，油源1的高压油液经主换向阀3的右位P口至B口进入动臂油缸4的无杆腔。动臂油缸4的有杆腔的油液经主换向阀3的A到T口流回油箱5。故动臂油缸4的活塞杆伸出，动臂100提升。此时完全由主换向阀3控制系统的流量，因其开口较小，动臂油缸4的运动速度较慢。
五、储存能量的再利用时动臂提升工作原理：
此时需要储存在蓄能器101内的油液加上油源1的高压油液，一起进入动臂油缸4驱动动臂100，以减少系统对油源1的能量需求。当操纵手柄305的控制电流超过一定值后，如图7所示，主换向阀3的A口至T口的通流面积继续根据控制信号的增加而增大，而P到B的通流面积不再增加。同时，控制器303控制使能阀110的电磁铁得电。蓄能器101内的高压油液经使能阀110的A口至P口，进入动臂油缸4的无杆腔，推动其活塞杆伸出。在活塞杆伸出的过程中，蓄能器101的气腔101a内的压力会逐渐减小。
如果此时储气罐108内的压力仍高于蓄能器101所需要的压力，控制器303控制旁通阀109的电磁铁Y2得电，储气罐108内的高压气体会经旁通阀109进入蓄能器101的气腔101a内，以维持蓄能器101的压力比油缸4的无杆腔压力高出一个定值，推动活塞杆的伸出。当储气罐108的内压力降低至与蓄能器101的气囊内的压力相等时，或储气罐108内的压力低于蓄能器101所需要的压力时，控制器303控制旁通阀109关闭，并控制第二换向阀107的电磁铁得电，同时控制原动机104驱动气泵102开始工作，原动机104工作的电流可以由蓄电池404提供。气泵102经第一换向阀103的T口至A口之间的通路将从储气罐108内抽取气体，经第二换向阀107的A口至P口，给蓄能器101的气腔101a加压，继续维持气腔101a的压力高于动臂油缸4的无杆腔压力，进而使动臂油缸4的活塞杆伸出。根据公式(2)，调整气腔101a内的压力大小，即可实现对动臂油缸4的活塞杆运动速度的调节。
当动臂油缸4需要停止运动时(如操作人员发出控制信号停止动臂100提升动作，或位移传感器304测得动臂油缸4的活塞杆的位移接近其行程末端)，控制器303控制使能阀110的阀口减小，从而降低活塞杆的运动速度。如果操纵手柄305的摆角持续减小，使能阀110的阀口持续减小，直至关闭。此时，控制器303使第二换向阀107断电，切断动臂油缸4的无杆腔与本发明的系统的联系。同时，控制原动机104停止工作。故，本装置停止释放储存的能量，完全依靠油源1的能量工作，活塞杆的运动速度只受主换向阀3的控制。
如果操纵手柄16的摆角继续减小，控制器303继续减小主换向阀3的控制电流，直到主换向阀3的阀口完全关闭，动臂油缸4的活塞杆停止运动。如果活塞杆的伸出量已经接近其行程末端，则判定为状态B。在此基础上，即使操作人员继续提升动臂100，本装置也不再利用存储的能力辅助动臂100的提升动作，而仅依靠主换向阀3控制动臂油缸4的动作。
六、第二次待机状态：
此时蓄能器101内的压力仍较高，控制器303控制旁通阀109打开，将蓄能器101的气腔101a压力降低至合适的值，等待动臂100下放时进行势能的回收，从而进行下一个循环的动作。
在任何时候，如果气泵102的P口处的压力达到安全阀106的设定值，安全阀106将打开，防止元件的损坏。当气泵102的S口压力因任何原因低于大气压力时，第一单向阀105打开，防止气泵102的S口处出现真空。
作为一种简化方案，可以省略图4中的发电单元，即得到了图5所示的本发明的第二实施例。与图4的第一实施例相比，当气体在气腔101a和储气罐108间自由流动时，其压力能不再回收。这样，一定程度上降低了能量利用效率，但是可以降低设备的复杂程度和制造成本，减少体积和重量，可以作为一种折中方案。
本发明同时提供了第三实施例，如图6所示。本实施例不是在常规液压回路上附加本发明的方案，而是单独应用本发明的方案，具体工作原理如下：
一、动臂下降：
假设此时动臂油缸4的活塞杆已经伸出，动臂100位于最高位置。操纵人员通过操纵手柄305发出控制动臂下降的指令，控制器303根据指令控制使能阀110得电，使本发明的方案接入系统工作。除了省略的常规液压回路部分，本实施例的工作原理与第一实施例的第二步基本一致，实现动臂势能的回收。同时，控制器303使能量再生阀112的电磁铁得电，使动臂油缸4的无杆腔和有杆腔连通。动臂油缸4无杆腔内的部分油液进入有杆腔内，不需要液压源提供油液，从而减少了动臂100下落时的能量需求。而且，在可回收能量基本不变的前提下，动臂油缸4进入蓄能器101内的油液减少了，也就减少了蓄能器101的体积，对于降低制造成本和节省空间都有帮助。
二、待机状态：
能量回收完成后，系统进入待机状态。控制器303控制能量再生阀112和使能阀110断电，动臂油缸4停止动作，蓄能器101与动臂油缸4断开连接。本实施例此时的工作原理与第一实施例的第三部分的工作原理基本一致。
三、动臂提升：
当操作人员通过操纵手柄305发出动臂提升指令时，控制器303控制使能阀110得电，本发明的系统向动臂油缸4供油。此时的本实施例的工作原理与第一实施例的第五部分基本一致。动臂提升过程中，能量再生阀112不得电，动臂油缸4有杆腔的油液可以由此阀的A口至T口回油箱。
四、第二次待机状态
动臂100到达合适位置，控制器303根据操作手柄305的指令控制使能阀110断电。此时，本实施例的工作原理与第一实施例的第六部分基本一致。
本发明所提及的技术方案，可以广泛应用于各类臂架类工程机械，如混泥土泵车、起重机械、挖掘机以及高空作业车等设备的液压系统中，用于回收臂架及负载的重力势能，提高能量利用效率，达到节能减排的目的。

Claims (10)

1.一种变参数蓄能器控制系统，包括蓄能器(101)和使能阀(110)，所述蓄能器(101)具有气腔(101a)和油腔(101b)，其特征在于，还包括原动机(104)；
所述使能阀(110)的A口、P口分别与所述油腔(101b)的工作口、工作接入口O连接，所述气腔(101a)的工作口分别通过管路与旁通阀(109)的P口、第一换向阀(103)的P口、第二换向阀(107)的P口连接；所述旁通阀(109)的A口、第一换向阀(103)的T口、第二换向阀(107)的T口和储气罐(108)的工作口通过管路相互连接；所述第一换向阀(103)的A口和第二换向阀(107)的A口分别与气泵(102)的S口和P口通过管路连接；
所述原动机(104)与气泵(102)连接。
2.根据权利要求1所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，还包括第一单向阀(105)，所述第一单向阀(105)的A口、B口分别通过管路与大气、气泵(102)的S口连接。
3.根据权利要求2所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，还包括安全阀(106)，所述安全阀(106)的P口、T口分别通过管路与气泵(102)的P口、大气连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，还包括串接在旁通阀(109)和储气罐(108)之间的发电单元(400)，所述发电单元(400)包括气马达(401)、发电机(402)、整流器(403)和蓄电池(404)，所述发电机(402)与气马达(401)连接，所述气马达(401)的P1口和P2口分别通过管路与旁通阀(109)的A口和第一换向阀(103)的T口连接，所述发电机(402)通过整流器(403)和蓄电池(404)连接。
5.根据权利要求4所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，还包括第二单向阀(405)，第二单向阀(405)的A口、B口分别通过管路与大气、气马达(401)的P1口连接。
6.根据权利5所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，还包括第一压力传感器(301)、第二压力传感器(302)和控制器(303)，所述第一压力传感器(301)通过管路与气腔(101a)的工作口相连，所述第二压力传感器(302)通过管路与储气罐(108)的工作口相连；
所述控制器(303)分别与使能阀(110)、旁通阀(109)、第一换向阀(103)、第二换向阀(107)、原动机(104)、第一压力传感器(301)和第二压力传感器(302)连接。
7.根据权利6所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，所述蓄能器(101)为活塞式蓄能器。
8.根据权利要求6所述的一种变参数蓄能器控制系统，其特征在于，还包括与控制器(303)连接的第三换向阀(111)，所述第三换向阀(111)的P口、A口分别通过管路与大气、油腔(101b)的工作口连接。
9.一种动臂节能液压系统，包括油源(1)、主单向阀(2)、主换向阀(3)、油箱(5)、动臂油缸(4)和操纵手柄(305)，所述油源(1)经过主单向阀(2)与主换向阀(3)的P口连接，主换向阀(3)的T口与油箱(5)连接，主换向阀(3)的A口、B口分别通过管路与动臂油缸(4)的有杆腔、无杆腔连接，其特征在于，还包括如权利要求1至7任一项所述的变参数蓄能器控制系统和第三压力传感器(306)，所述动臂油缸(4)上安装有位移传感器(304)，所述主换向阀(3)的B口还通过管路与变参数蓄能器控制系统的工作接入口O连接，所述第三压力传感器(306)设置在动臂油缸(4)的无杆腔中，所述位移传感器(304)和操纵手柄(305)均与控制器(303)连接。
10.根据权利要求9所述的一种动臂节能液压系统，其特征在于，还包括与控制器连接的能量再生阀(112)，能量再生阀(112)的P口和A口分别通过管路与动臂油缸(4)的无杆腔和有杆腔连接，其T口通过管路与油箱(5)连接。
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