CN109797799B - 一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统 - Google Patents

Abstract

一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，第三单向阀串接在液压泵与油箱之间，液压泵的出油口通过单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的B口分别与切换阀的A口、第二单向阀的进油口和第四单向阀的出油口连接，第四单向阀的进油口与液压马达的A口连接，液压马达的P口、第二单向阀的出油口和切换阀的P口均与动臂液压缸的无杆腔连接；切换阀的控制口通过节流子与主换向阀的A口连接；液压马达通过单向离合器、离合器与分动箱的输入端连接，分动箱的一个输出端通过离合器与飞轮连接，另一个输出端通过离合器与辅助液压泵连接；辅助液压泵的出油口与液压泵的吸油口连接。该系统能将动臂的势能转化为飞轮的机械能，并能在再利用时用于动臂的提升。

Description

一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统

技术领域

本发明属于液压传动技术领域，具体是一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统。

背景技术

液压挖掘机在各类施工领域广泛应用，液压挖掘机具有油耗高、效率低等缺点，其节能研究迫在眉睫。

图1为当前一种常见的挖掘机动臂系统结构示意图。其中，动臂100的端部铰接在转台200上，动臂液压缸4的缸筒铰接在转台200上，动臂液压缸4的活塞杆端铰接在动臂100的中部。当动臂液压缸4的活塞杆做伸缩运动时，即可带动动臂100做提升和下放动作。挖掘机在工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置和负载质量大，在下降过程中会释放出大量的势能。图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图。结合图2可知，上述的能量绝大部分消耗在主换向阀3的阀口上并转换为热能，这不仅造成了能量的浪费和系统的发热，同时，也降低了液压元件的寿命。因此，研究动臂势能回收与再利用问题，对延长设备使用寿命，提高能量利用率具有重要意义。

当前，对于挖掘机动臂势能回收的研究主要集中在电力式(蓄电储能)和液压式(液压储能)两方面。

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。在系统需要能量时，发电机工作在电动机模式下，驱动液压泵/马达工作在泵模式下，对系统输出液压能。但是动臂下降过程的时间非常短(3～6s)，能量值大，所以功率很大。现有技术的蓄电池难以承受如此大的充电/放电功率。此外，电池的深度充放电寿命很短，约几千次。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。其基本工作原理为，当回收系统重力势能时，以压力能的形式储存于液压蓄能器中；当系统中需要能量时，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，且蓄能器的安装也非常不方便。此外，蓄能器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。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，该系统在动臂下放过程中，能将动臂的势能转化为飞轮旋转的机械能，并能进行存储，从而能避免因转化为油液热能造成的能量浪费和液压元器件升温的现象；另外，当动臂需要提升时，飞轮旋转的机械能可以转化为油液的压力能用于动臂提升，能减少对原动机的功率需求，该系统具有显著的节能效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸、油箱、用于操纵动臂的操纵手柄、第三单向阀和控制器，所述原动机与液压泵同轴连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的T口和A口分别与油箱和动臂液压缸的有杆腔连接；

所述第三单向阀的进油口与油箱连接，第三单向阀的出油口与液压泵的吸油口S连接，主换向阀的B口分别与切换阀的A口、第二单向阀的进油口和第四单向阀的出油口连接，第四单向阀的进油口与液压马达的A口连接，液压马达的P口、第二单向阀的出油口和切换阀的P口均与动臂液压缸的无杆腔连接；切换阀的控制口通过节流子与主换向阀的A口连接；

液压马达的输出轴与单向离合器的输入端连接，单向离合器的输出端通过第三离合器与分动箱的输入端连接，分动箱的一个输出端通过第一离合器与飞轮连接，分动箱的另一个输出端通过第二离合器与辅助液压泵同轴连接；

辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口P与液压泵的吸油口S连接；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀、第一离合器、第二离合器、第三离合器、液压泵、液压马达和辅助液压泵连接。

进一步，为了提高飞轮的转速，所述分动箱与第一离合器之间还串接有变速器。

本发明在动臂下降的过程中，通过液压马达进行能量的转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，本方案还能再次将储存的能量反馈于液压系统中。动臂需要提升时，飞轮驱动辅助液压泵能使储存的机械能变成压力能的形式高效率的补充到液压系统中，用于动臂提升过程。通过控制器控制离合器的接入或断开来控制充能或放能过程，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通内部油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀内部油路始终处于断开状态，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中能量的回收。第二离合器和辅助液压泵的设置，能便于飞轮回收的能量再利用，辅助液压泵排出的高压油液直接进入液压泵的吸油口，以降低液压泵进出油口的压力差，达到降低原动机功率的目的，降低了能量消耗。第二单向阀和第四单向阀的设置，能保证主换向阀的B口排出的油液不会驱动液压马达旋转，而会全部进入动臂液压缸的无杆腔内。第三单向阀的设置，能保证辅助液压泵排出的油液不会直接流回油箱，造成回收能量的浪费。分动箱、第一离合器、第二离合器和第三离合器设置能便捷地切换能量回收和能量再利用的通路，从而使能量回收和再利用过程不会产生相互的干扰。该系统能减少对原动机的功率需求，使系统选用更小型号的原动机，具有显著的节能效果。

本发明还提供了一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸和油箱，所述原动机与液压泵同轴连接，液压泵的吸油口S与油箱连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的T口和A口分别与油箱和动臂液压缸的有杆腔连接；

主换向阀的B口分别与切换阀的A口、第二单向阀的进油口和第四单向阀的出油口连接，第四单向阀的进油口与液压马达的A口连接，液压马达的P口、第二单向阀的出油口和切换阀的P口均与动臂液压缸的无杆腔连接；切换阀的控制口通过节流子与主换向阀的A口连接；

液压马达的输出轴与单向离合器的输入端连接，单向离合器的输出端通过第三离合器与分动箱的输入端连接，分动箱的一个输出端通过第一离合器与飞轮连接，分动箱的另一个输出端通过第二离合器与辅助液压泵同轴连接；

辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口P与主换向阀的P口连接；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀、第一离合器、第二离合器、第三离合器、液压泵、液压马达和辅助液压泵连接。

进一步，为了提高飞轮的转速，所述分动箱与第一离合器之间还串接有变速器。

本发明在动臂下降的过程中，通过液压马达进行能量的转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，本方案还能再次将储存的能量反馈于液压系统中。动臂需要提升时，飞轮驱动辅助液压泵能使储存的机械能变成压力能的形式高效率的补充到液压系统中，用于动臂提升过程。通过控制器控制离合器的接入或断开来控制充能或放能过程，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通内部油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀内部油路始终处于断开状态，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中能量的回收。第二离合器和辅助液压泵的设置，能便于飞轮回收的能量再利用，辅助液压泵排出的高压油液直接进入主换向阀的P口，以和液压泵排油形成合流，通过合流后的油液共同为系统提供油液，减小了对原动机功率的需求，降低了原动机的能量消耗。第二单向阀和第四单向阀的设置，能保证主换向阀的B口排出的油液不会驱动液压马达旋转，而会全部进入动臂液压缸的无杆腔内。第一单向阀的设置，能保证辅助液压泵排出的油液不会反向流入液压泵的出油口。分动箱、第一离合器、第二离合器和第三离合器设置能便捷地切换能量回收和能量再利用的通路，从而使能量回收和再利用过程不会产生相互的干扰。该系统能减少对原动机的功率需求，使系统选用更小型号的原动机，具有显著的节能效果。

本发明还提供了一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸、油箱、用于操纵动臂的操纵手柄、第三单向阀和控制器，所述原动机与液压泵同轴连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的A口和B口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连接；

所述第三单向阀的进油口与油箱连接，第三单向阀的出油口与液压泵的吸油口S连接，主换向阀的T口与切换阀的A口连接，切换阀的P口与液压马达的P口连接，切换阀的T口和液压马达的A口均与油箱连接；

液压马达的输出轴与单向离合器的输入端连接，单向离合器的输出端通过第三离合器与分动箱的输入端连接，分动箱的一个输出端通过第一离合器与飞轮连接，分动箱的另一个输出端通过第二离合器与辅助液压泵同轴连接；

辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口P与液压泵的吸油口S连接；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀、第一离合器、第二离合器、第三离合器、液压泵、液压马达和辅助液压泵连接。

进一步，为了提高飞轮的转速，所述分动箱与第一离合器之间还串接有变速器。

本发明在动臂下降的过程中，通过液压马达进行能量的转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，本方案还能再次将储存的能量反馈于液压系统中。动臂需要提升时，飞轮驱动辅助液压泵能使储存的机械能变成压力能的形式高效率的补充到液压系统中，用于动臂提升过程。通过控制器控制离合器的接入或断开来控制充能或放能过程，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通A口和T口之间的油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀在弹簧腔弹力作用下导通A口与P口之间的油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中能量的回收。第二离合器和辅助液压泵的设置，能便于飞轮回收的能量再利用，辅助液压泵排出的高压油液直接进入液压泵的吸油口，以降低液压泵进出油口的压力差，达到降低原动机功率的目的，降低了能量消耗。第三单向阀的设置，能保证辅助液压泵排出的油液不会直接流回油箱，造成回收能量的浪费。分动箱、第一离合器、第二离合器和第三离合器设置能便捷地切换能量回收和能量再利用的通路，从而使能量回收和再利用过程不会产生相互的干扰。该系统能减少对原动机的功率需求，使系统选用更小型号的原动机，具有显著的节能效果。

本发明还提供了一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸、油箱、用于操纵动臂的操纵手柄和控制器，所述原动机与液压泵同轴连接，液压泵的吸油口S与油箱连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的A口和B口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连接；

主换向阀的T口与切换阀的A口连接，切换阀的P口与液压马达的P口连接，切换阀的T口和液压马达的A口均与油箱连接；

液压马达的输出轴与单向离合器的输入端连接，单向离合器的输出端通过第三离合器与分动箱的输入端连接，分动箱的一个输出端通过第一离合器与飞轮连接，分动箱的另一个输出端通过第二离合器与辅助液压泵同轴连接；

辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口P与主换向阀的P口连接；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀、第一离合器、第二离合器、第三离合器、液压泵、液压马达和辅助液压泵连接。

进一步，为了提高飞轮的转速，所述分动箱与第一离合器之间还串接有变速器。

本发明在动臂下降的过程中，通过液压马达进行能量的转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，本方案还能再次将储存的能量反馈于液压系统中。动臂需要提升时，飞轮驱动辅助液压泵能使储存的机械能变成压力能的形式高效率的补充到液压系统中，用于动臂提升过程。通过控制器控制离合器的接入或断开来控制充能或放能过程，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通内部油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀内部油路始终处于断开状态，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中能量的回收。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通A口和T口之间的油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀在弹簧腔弹力作用下导通A口与P口之间的油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中能量的回收。第二离合器和辅助液压泵的设置，能便于飞轮回收的能量再利用，辅助液压泵排出的高压油液直接进入主换向阀的P口，以和液压泵排油形成合流，通过合流后的油液共同为系统提供油液，减小了对原动机功率的需求，降低了原动机的能量消耗。第一单向阀的设置，能保证辅助液压泵排出的油液不会反向流入液压泵的出油口。分动箱、第一离合器、第二离合器和第三离合器设置能便捷地切换能量回收和能量再利用的通路，从而使能量回收和再利用过程不会产生相互的干扰。该系统能减少对原动机的功率需求，使系统选用更小型号的原动机，具有显著的节能效果。

附图说明

图1是现有技术中挖掘机的结构示意图；

图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图；

图3是本发明中第一个实施例的液压原理图；

图4是本发明中第二个实施例的液压原理图；

图5是本发明中第三个实施例的液压原理图；

图6是本发明中第四个实施例的液压原理图；

图7是本发明中飞轮储能单元的另一种实施方案的简化原理图。

图中：1、液压泵，2、第一单向阀，3、主换向阀，4、动臂液压缸，5、油箱，6、原动机，7、液压马达，8、飞轮，9、第一离合器，10、单向离合器，11、第二离合器，12、辅助液压泵，13、切换阀，14、第二单向阀，15、节流子，16、第三单向阀，17、变速器，18、第五单向阀，19、分动箱，20、第三离合器，21、第四单向阀，22、控制油路，100、动臂，200、转台。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机6、液压泵1、主换向阀3、动臂液压缸4、油箱5、用于操纵动臂的操纵手柄、第三单向阀16和控制器，所述原动机6与液压泵1同轴连接，液压泵1的出油口P通过第一单向阀2与主换向阀3的P口连接，主换向阀3的T口和A口分别与油箱5和动臂液压缸4的有杆腔连接；

所述第三单向阀16的进油口与油箱5连接，第三单向阀16的出油口与液压泵1的吸油口S连接，主换向阀3的B口分别与切换阀13的A口、第二单向阀14的进油口和第四单向阀21的出油口连接，第四单向阀21的进油口与液压马达7的A口连接，液压马达7的P口、第二单向阀14的出油口和切换阀13的P口均与动臂液压缸4的无杆腔连接；切换阀13的控制口通过节流子15与主换向阀3的A口连接；

液压马达7的输出轴与单向离合器10的输入端连接，单向离合器10可以保证动力只能从液压马达7传递给飞轮8，而不能反向传递。单向离合器10的输出端通过第三离合器20与分动箱19的输入端连接，分动箱19的一个输出端通过第一离合器9与飞轮8连接，分动箱19的另一个输出端通过第二离合器11与辅助液压泵12同轴连接；

辅助液压泵12的吸油口S与油箱5连接，辅助液压泵12的出油口P与液压泵1的吸油口S连接；作为一种优选，辅助液压泵12的出油口P通过第五单向阀18与液压泵1的吸油口S连接。

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀3、第一离合器9、第二离合器11、第三离合器20、液压泵1、液压马达7和辅助液压泵12连接。

作为一种优选，所述切换阀13采用两位两通液控换向阀，其工作在左位时，P口与A口之间的油路连通，其工作在右位时，P口与A口之间的油路断开。

实施例2：

一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机6、液压泵1、主换向阀3、动臂液压缸4、油箱5、用于操纵动臂的操纵手柄和控制器，所述原动机6与液压泵1同轴连接，液压泵1的吸油口S与油箱5连接，液压泵1的出油口P通过第一单向阀2与主换向阀3的P口连接，主换向阀3的T口和A口分别与油箱5和动臂液压缸4的有杆腔连接；

主换向阀3的B口分别与切换阀13的A口、第二单向阀14的进油口和第四单向阀21的出油口连接，第四单向阀21的进油口与液压马达7的A口连接，液压马达7的P口、第二单向阀14的出油口和切换阀13的P口均与动臂液压缸4的无杆腔连接；切换阀13的控制口通过节流子15与主换向阀3的A口连接；

液压马达7的输出轴与单向离合器10的输入端连接，单向离合器10可以保证动力只能从液压马达7传递给飞轮8，单向离合器10的输出端通过第三离合器20与分动箱19的输入端连接，分动箱19的一个输出端通过第一离合器9与飞轮8连接，分动箱19的另一个输出端通过第二离合器11与辅助液压泵12同轴连接；

辅助液压泵12的吸油口S与油箱5连接，辅助液压泵12的出油口P与主换向阀3的P口连接；作为一种优选，辅助液压泵12的出油口P通过第五单向阀18与主换向阀3的P口连接。

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀3、第一离合器9、第二离合器11、第三离合器20、液压泵1、液压马达7和辅助液压泵12连接。

作为一种优选，所述切换阀13采用两位两通液控换向阀，其工作在左位时，P口与A口之间的油路连通，其工作在右位时，P口与A口之间的油路断开。

实施例3：

一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机6、液压泵1、主换向阀3、动臂液压缸4、油箱5、用于操纵动臂的操纵手柄、第三单向阀16和控制器，所述原动机6与液压泵1同轴连接，液压泵1的出油口P通过第一单向阀2与主换向阀3的P口连接，主换向阀3的A口和B口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连接；

所述第三单向阀16的进油口与油箱5连接，第三单向阀16的出油口与液压泵1的吸油口S连接，主换向阀3的T口与切换阀13的A口连接，切换阀13的P口与液压马达7的P口连接，切换阀13的T口和液压马达7的A口均与油箱5连接；

液压马达7的输出轴与单向离合器10的输入端连接，单向离合器10可以保证动力只能从液压马达7传递给飞轮8，单向离合器10的输出端通过第三离合器20与分动箱19的输入端连接，分动箱19的一个输出端通过第一离合器9与飞轮8连接，分动箱19的另一个输出端通过第二离合器11与辅助液压泵12同轴连接；

辅助液压泵12的吸油口S与油箱5连接，辅助液压泵12的出油口P与液压泵1的吸油口S连接。作为一种优选，辅助液压泵12的出油口P通过第五单向阀18与液压泵1的吸油口S连接。

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀3、第一离合器9、第二离合器11、第三离合器20、液压泵1、液压马达7和辅助液压泵12连接。

作为一种优选，所述切换阀13采用两位三通控换向阀，其工作在左位时，A口与T口之间的油路连通，A口与P口之间的油路断开，其工作在右位时，A口与T口之间的油路断开，A口与P口之间的油路连通；

实施例4：

一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机6、液压泵1、主换向阀3、动臂液压缸4、油箱5、用于操纵动臂的操纵手柄和控制器，所述原动机6与液压泵1同轴连接，液压泵1的吸油口S与油箱5连接，液压泵1的出油口P通过第一单向阀2与主换向阀3的P口连接，主换向阀3的A口和B口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连接；

主换向阀3的T口与切换阀13的A口连接，切换阀13的P口与液压马达7的P口连接，切换阀13的T口和液压马达7的A口均与油箱5连接；

液压马达7的输出轴与单向离合器10的输入端连接，单向离合器10可以保证动力只能从液压马达7传递给飞轮8，单向离合器10的输出端通过第三离合器20与分动箱19的输入端连接，分动箱19的一个输出端通过第一离合器9与飞轮8连接，分动箱19的另一个输出端通过第二离合器11与辅助液压泵12同轴连接；

辅助液压泵12的吸油口S与油箱5连接，辅助液压泵12的出油口P与主换向阀3的P口连接；作为一种优选，辅助液压泵12的出油口P通过第五单向阀18与主换向阀3的P口连接。

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀3、第一离合器9、第二离合器11、第三离合器20、液压泵1、液压马达7和辅助液压泵12连接。

作为一种优选，所述切换阀13采用两位三通液控换向阀，其工作在左位时，A口与T口之间的油路连通，A口与P口之间的油路断开，其工作在右位时，A口与T口之间的油路断开，A口与P口之间的油路连通。

工作原理：

一、实施例1：

结合图3，对实施例1的工作原理做进一步的说明。

1.1动臂下放过程(动臂势能回收)：

控制器(未画出)收到操纵手柄发出的动臂下放的指令后，使主换向阀3的电磁铁Y1b得电，第一离合器9和第三离合器20得电吸合，第二离合器11保持断开。结合图3，液压泵1排出的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至A口，进入动臂液压缸4的有杆腔。由于动臂液压缸4上作用有动臂等负载，动臂液压缸4的有杆腔的压力很小。动臂液压缸4无杆腔内的高压油液流入液压马达7的P口，低压油液经其A口流出后经主换向阀3的B口至T口流回油箱。液压马达7输出机械能，经单向离合器10和第三离合器20驱动分动箱19，分动箱19的一个输出端通过第一离合器9驱动飞轮8加速旋转。因此，动臂势能转化成飞轮8的机械能。通过合理控制液压马达7的排量，即可调整动臂液压缸4的负载的下放速度。动臂液压缸4排出的高压油液具有的压力能，大部分经液压马达7转化成了飞轮8的机械能，消耗在主换向阀3的阀口上的能量很少。

当由于某些原因，例如铲斗触地等，动臂不能继续依靠重力下放时，动臂必须在动臂液压缸4的带动下才能继续向下运动。此时，液压泵1要为动臂液压缸4有杆腔提供高压油液，无杆腔的油液也不再具有很高的压力。这意味着此时动臂没有可以回收的势能。进入动臂液压缸4有杆腔的油液压力升高后，就会通过控制油路22使切换阀13换向。这样，动臂液压缸4无杆腔的油液就不再流向液压马达7，而是经切换阀13的P口至A口，主换向阀3的B口至T口流回油箱5。此时，液压马达7不再继续回收动臂势能。

控制油路22上设置有节流子15，可以避免动臂液压缸4有杆腔的进油压力波动时造成切换阀13的误动作。

1.2动臂提升过程(能量再利用)

控制器(未画出)收到操纵手柄发出的动臂提升的指令后，使主换向阀3的电磁铁Y1a得电，主换向阀3工作在右位，液压泵1提供的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至B口，第二单向阀14进入动臂液压缸4的无杆腔，其有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口流回油箱5。动臂液压缸4的活塞杆伸出，对应图1中动臂提升动作。同时，控制器(未画出)使第二离合器11和第一离合器9吸合，使第三离合器20断开，飞轮8通过第一离合器9驱动分动箱19的一个输出端转动，进而通过分动箱19的另一个输出端驱动辅助液压泵12工作。辅助液压泵12排出的油液流入液压泵1的吸油口。因为辅助液压泵12排出的油液具有一定的压力，相当于降低了液压泵1的进出油口的压力差，所以可以减小液压泵1对原动机6的功率需求，降低了能量消耗。进一步，在设备的设计阶段，可以适当选用较小的原动机型号，减小设备的体积和重量。

由于设置了第二单向阀14和第四单向阀21，主换向阀3的B口排出的油液不会驱动液压马达7旋转，会全部进入动臂液压缸4的无杆腔内。

由于设置了第三单向阀16，辅助液压泵12排出的油液不会直接流回油箱，造成回收能量的浪费。

二、实施例2：

结合图4，对实施例2的工作原理做进一步的说明。

2.1动臂下放过程(动臂势能回收)：

此部分与实施例1的对应部分工作原理基本一致，在此不作赘述。

2.2动臂提升过程(能量再利用)

控制器(未画出)收到动臂提升的指令后，使主换向阀3的电磁铁Y1a得电，主换向阀3工作在右位，液压泵1提供的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至B口，第二单向阀14进入动臂液压缸4的无杆腔，其有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口流回油箱5。动臂液压缸4的活塞杆伸出，对应图1中动臂提升动作。同时，控制器(未画出)使第二离合器11和第一离合器9吸合，使第三离合器20断开，飞轮8通过第一离合器9驱动分动箱19的一个输出端转动，进而通过分动箱19的另一个输出端驱动辅助液压泵12工作。辅助液压泵12排出的油液流入液压泵1的排油口，和液压泵1共同为系统提供油液。因为辅助液压泵12提供了部分高压油液，减小了液压泵1的流量，也减小了对原动机6的功率需求，降低了能量消耗。进一步，在设备的设计阶段，可以适当选用较小型号的原动机和液压泵，减小设备的体积和重量。

由于设置了第二单向阀10和第四单向阀21，主换向阀3的B口排出的油液不会驱动液压马达7旋转，会全部进入动臂液压缸4的无杆腔内。

由于设置了第一单向阀2，辅助液压泵12排出的油液在任何情况下也不会反向流入液压泵1的出油口。

三、实施例3

结合图5，对实施例3的工作原理做进一步的说明。

3.1动臂下放过程(动臂势能回收)：

控制器(未画出)收到动臂下放的指令后，使主换向阀3的电磁铁Y1b得电，第一离合器9和第三离合器20得电吸合，第二离合器11保持断开。结合图5，液压泵1排出的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至A口，进入动臂液压缸4的有杆腔。由于动臂液压缸4上作用有动臂等负载，动臂液压缸4的有杆腔的压力很小。动臂液压缸4无杆腔内的高压油液流出，经主换向阀3的B口至T口，切换阀13的A口至P口，流入液压马达7的P口，然后经其A口流出后回油箱5。液压马达7输出机械能，经单向离合器10和第三离合器20驱动分动箱19，分动箱19的一个输出端通过第一离合器9驱动飞轮8加速旋转。因此，动臂势能转化成飞轮8的机械能。通过合理控制液压马达7的排量，即可调整动臂液压缸4的负载下落的速度。动臂液压缸4排出的高压油液具有的压力能，大部分经液压马达7转化成了飞轮8的机械能，消耗在主换向阀3的阀口上的能量较少。

因为液压马达7布置在主换向阀3之后，本实施例的能量回收效率比第一和第二实施例的效率低。

当由于某些原因，例如铲斗触地等，动臂不能继续依靠重力下放时，动臂必须在动臂液压缸4的带动下才能继续向下运动。此时，液压泵1要为动臂液压缸4有杆腔提供高压油液，无杆腔的油液也不再具有很高的压力。这意味着此时动臂没有可以回收的势能。进入动臂液压缸4有杆腔的油液压力升高后，就会通过控制油路22使切换阀13换向。这样，主换向阀3的T口的油液就不再流向液压马达7，而是经切换阀13的A口至T口流回油箱5。此时，液压马达7不再继续回收动臂势能。

控制油路22上设置有节流子15，可以避免动臂液压缸4有杆腔的进油压力波动时造成切换阀13的误动作。

3.2动臂提升过程(能量再利用)

控制器(未画出)收到动臂提升的指令后，使主换向阀3的电磁铁Y1a得电，主换向阀3工作在右位，液压泵1提供的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至B口进入动臂液压缸4的无杆腔，其有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口，切换阀13的A口至P口，液压马达7的P口至A口流回油箱5。因为第三离合器20没有吸合，故液压马达7对油液产生的阻力很小，可以忽略。动臂液压缸4的活塞杆伸出，对应图1中动臂提升动作。同时，控制器(未画出)使第二离合器11和第一离合器9吸合，并保持第三离合器20断开，飞轮8通过第一离合器9驱动分动箱19的一个输出端转动，进而通过分动箱19的另一个输出端驱动辅助液压泵12工作。辅助液压泵12排出的油液流入液压泵1的吸油口。因为辅助液压泵12排出的油液具有一定的压力，相当于降低了液压泵1的进出油口的压力差，所以可以减小液压泵1对原动机6的功率需求，降低了能量消耗。进一步，在设备的设计阶段，可以适当选用较小的原动机型号，减小设备的体积和重量。

由于设置了第三单向阀16，辅助液压泵12排出的油液不会直接流回油箱，造成回收能量的浪费。

四、实施例4：

结合图6，对实施例4的工作原理做进一步的说明。

4.1动臂下放过程(动臂势能回收)：

此部分与实施例3的对应部分工作原理基本一致，在此不作赘述。

4.2动臂提升过程(能量再利用)

控制器(未画出)收到动臂提升的指令后，使主换向阀3的电磁铁Y1a得电，主换向阀3工作在右位，液压泵1提供的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至B口进入动臂液压缸4的无杆腔，其有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口，切换阀13的A口至P口，液压马达7的P口至A口流回油箱5。因为第三离合器20没有吸合，故液压马达7对油液产生的阻力很小，可以忽略。动臂液压缸4的活塞杆伸出，对应图1中动臂提升动作。同时，控制器(未画出)使第二离合器11和第一离合器9吸合，并保持第三离合器20断开，飞轮8通过第一离合器9驱动分动箱19的一个输出端转动，进而通过分动箱19的另一个输出端驱动辅助液压泵12工作。辅助液压泵12排出的油液流入液压泵1的排油口，和液压泵1共同为系统提供油液。因为辅助液压泵12提供了部分高压油液，减小了液压泵1的流量，也减小了对原动机6的功率需求，降低了能量消耗。进一步，在设备的设计阶段，可以适当选用较小型号的原动机和液压泵，减小设备的体积和重量。

由于设置了第一单向阀2，辅助液压泵12排出的油液在任何情况下也不会反向流入液压泵1的出口。

在以上的四个实施例中，为了提高飞轮8的转速，以提高系统的能量存储密度，可以在所述的分动箱19和第一离合器9之间增设第一变速器17，如图7所示。所述的第一变速器可以为无级变速传动装置。作为一种简化，也可以使用有级或固定传动比的传动装置。但是，这样会降低系统的能量回收和再利用效率。

Claims (4)

1.一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机（6）、液压泵（1）、主换向阀（3）、动臂液压缸（4）油箱（5）和用于操纵动臂的操纵手柄，所述原动机（6）与液压泵（1）同轴连接，液压泵（1）的出油口P通过第一单向阀（2）与主换向阀（3）的P口连接，主换向阀（3）的A口和B口分别与动臂液压缸（4）的有杆腔和无杆腔连接，其特征在于，还包括第三单向阀（16）和控制器；

所述第三单向阀（16）的进油口与油箱（5）连接，第三单向阀（16）的出油口与液压泵（1）的吸油口S连接，主换向阀（3）的T口与切换阀（13）的A口连接，切换阀（13）的P口与液压马达（7）的P口连接，切换阀（13）的T口和液压马达（7）的A口均与油箱（5）连接；切换阀（13）的控制口通过节流子（15）与主换向阀（3）的A口连接；

液压马达（7）的输出轴与单向离合器（10）的输入端连接，单向离合器（10）的输出端通过第三离合器（20）与分动箱（19）的输入端连接，分动箱（19）的一个输出端通过第一离合器（9）与飞轮（8）连接，分动箱（19）的另一个输出端通过第二离合器（11）与辅助液压泵（12）同轴连接；

辅助液压泵（12）的吸油口S与油箱（5）连接，辅助液压泵（12）的出油口P与液压泵（1）的吸油口S连接；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀（3）、第一离合器（9）、第二离合器（11）、第三离合器（20）、液压泵（1）、液压马达（7）和辅助液压泵（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，其特征在于，所述分动箱（19）与第一离合器（9）之间还串接有变速器（17）。

3.一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，包括原动机（6）、液压泵（1）、主换向阀（3）、动臂液压缸（4）、油箱（5）和用于操纵动臂的操纵手柄，所述原动机（6）与液压泵（1）同轴连接，液压泵（1）的吸油口S与油箱（5）连接，液压泵（1）的出油口P通过第一单向阀（2）与主换向阀（3）的P口连接，主换向阀（3）的A口和B口分别与动臂液压缸（4）的有杆腔和无杆腔连接，其特征在于，还包括控制器；

主换向阀（3）的T口与切换阀（13）的A口连接，切换阀（13）的P口与液压马达（7）的P口连接，切换阀（13）的T口和液压马达（7）的A口均与油箱（5）连接；切换阀（13）的控制口通过节流子（15）与主换向阀（3）的A口连接；

液压马达（7）的输出轴与单向离合器（10）的输入端连接，单向离合器（10）的输出端通过第三离合器（20）与分动箱（19）的输入端连接，分动箱（19）的一个输出端通过第一离合器（9）与飞轮（8）连接，分动箱（19）的另一个输出端通过第二离合器（11）与辅助液压泵（12）同轴连接；

辅助液压泵（12）的吸油口S与油箱（5）连接，辅助液压泵（12）的出油口P与主换向阀（3）的P口连接；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀（3）、第一离合器（9）、第二离合器（11）、第三离合器（20）、液压泵（1）、液压马达（7）和辅助液压泵（12）连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于挖掘机的能量回收及再利用系统，其特征在于，所述分动箱（19）与第一离合器（9）之间还串接有变速器（17）。

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