CN109914520B - 一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，包括节能装置和动臂油缸，液压系统具有两个工作油口，U1口接动臂油缸的活塞杆腔和G2口，D1口接G3口，动臂油缸的活塞腔接G1口；所述节能装置包括增压器、蓄能器、二位三通换向阀、常闭电磁阀、常开电磁阀和控制器。本发明的节能装置切入液压回路，通过控制器控制相应的电磁阀，将满足所需变压比的增压器串入回收油路，使挖掘机动臂下降过程中重力势能转换的液压能储存到蓄能器中，当存储的能量达到设定值时，通过控制器控制相应的电磁阀及比例流量阀，将蓄能器内存储的能量释放，用于挖掘机动臂举升工况，避免动臂下降时油液经液压阀而产生的节流损失。

Description

一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置

技术领域

本发明涉及液压传动与控制系统中的节能装置，尤其涉及一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置。

背景技术

挖掘机是一种建筑工程机械，被广泛应用于水利工程、交通运输、电力工程和矿山采掘等机械施工中，用于减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。传统的液压挖掘机中，发动机仅有20％的输出功率转变为挖掘机的有效功率。随着能源匮乏和环境污染的日益加重，能源的有效利用率成为评价挖掘机是否先进的重要标准之一。液压挖掘机工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置质量大，在下降过程中会释放出大量的势能。该能量绝大部分消耗在主液压阀节流口并转换为热能，造成了能量浪费和系统发热，降低了液压元件的寿命。

能量回收研究是液压挖掘机等工程机械领域的热点问题之一，在液压挖掘机典型工况中，动臂的可回收能量约占整机总可回收能量的40％以上，是进行能量回收的首选对象。对于挖掘机动臂势能的回收，一般采用液压式和电气式回收，目前电气式能量回收方法存在设备复杂、成本较高的问题，由于电储能元件及发电机的成本较高，限制了该回收方案在实际中的应用，而且机械能、压力能、电能的反复转换也降低了能量回收的利用率。

液压挖掘机在工作时，大质量动臂举升时产生的势能在其下降时经液压阀口节流转化为热能耗散，不仅浪费能源导致挖掘机液压系统效率低下，还使得液压油温度升高，为防止油液因过热而导致粘度下降而无法使用，需另加大规格冷却装置降温，增加了液压挖掘机的装机成本和工作功率。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，通过控制器控制节能装置中相应电磁阀和二位三通换向阀动作，为更好的满足需回收油液压力与蓄能器存储需要压力匹配，通过控制器控制相应的常闭电磁阀和常开电磁阀，将满足所需变压比的增压器串入回收油路，使挖掘机动臂下降过程中重力势能转换的液压能储存到蓄能器中，当蓄能器内存储的能量达到设定值时，通过控制器控制相应的电磁阀，在不影响挖掘机操控性和动臂运动稳定性的前提下，将蓄能器内存储的能量释放，用于挖掘机动臂举升工况，避免了原液压系统中动臂下降时油液经液压阀而产生的节流损失，提高了液压系统的效率，很大程度上避免了因油液温度升高而导致系统发热的现象，降低了系统配备的散热器设备的规格，具有明显的节能效果。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，包括接入挖掘机液压系统中具有三个工作油口(G1、G2、G3)的节能装置和动臂油缸，液压系统具有两个工作油口(U1、D1)，工作油口U1接动臂油缸的活塞杆腔和G2口，工作油口D1接G3口，动臂油缸的活塞腔接G1口；所述节能装置包括增压器、蓄能器、二位三通换向阀、常闭电磁阀、常开电磁阀和控制器，该控制器根据挖掘机工况将节能装置切换至需回收动臂下降势能的液压回路中，当动臂开始下降瞬间且蓄能器压力未达到存储最高压力时，控制器控制对应的二位三通换向阀和常闭电磁阀使得动臂油缸活塞腔的回液油从G1口直接流入油箱；当动臂下降趋于匀速且蓄能器压力未达到存储最高压力时，控制器控制对应的二位三通换向阀、常开电磁阀和常闭电磁阀使得动臂油缸活塞腔的回液油从G1口流入，通过将增压器切入或切出工作回路得到不同的变压比，再将变压后的回液油输送至蓄能器存储；当蓄能器压力达到存储最高压力时，控制器控制对应的二位三通换向阀和常闭电磁阀使得蓄能器内的进液油从G1口流入动臂油缸活塞腔用于动臂举升。

其中，所述增压器分别为具有固定变压比λ₁的增压器和具有固定变压比λ₂的增压器，其中增压器具有工作油口(aX、aY、aZ)，aX口与常开电磁阀连接，aY口与油箱连接，aZ口与常开电磁阀连接，增压器具有工作油口(bX、bY、bZ)，bX口与常开电磁阀连接，bY口与油箱连接，bZ口与蓄能器连接。

优选的，所述节能装置还包括截止阀、单向阀、比例流量阀和溢流阀，蓄能器的一路依次经比例流量阀和二位三通换向阀接G1口，蓄能器的一路经单向阀接增压器的出口，蓄能器的一路经截止阀接油箱，蓄能器的一路经溢流阀接油箱。

优选的，所述液压系统包括泵源、先导控制阀块和主控制阀块，该先导控制阀块包括先导控制阀和具有三个工作油口(A、B、C)的电磁换向阀，主控制阀块包括动臂换向阀，动臂换向阀的工作油口U1接动臂油缸的活塞杆腔和G2口，动臂换向阀的工作油口D1接G3口；其中先导控制阀输出控制油口接主控制阀块中动臂换向阀阀芯的左控制口连接，先导控制阀输出控制油口接电磁换向阀的A口，B口与主控制阀块的回油管路T连接，C口与主控制阀块中动臂换向阀阀芯的右控制口连接。

再者，所述先导控制阀块还包括减压阀，泵源从油箱吸油，输出口与主控制阀块的供油管路P、先导控制阀块中的减压阀进口相连，进入先导控制阀块的压力经减压阀减压后供给先导控制阀。

进一步，所述主控制阀块还包括主溢流阀、冲洗阀、LS溢流阀、过载阀和压力补偿阀，该压力补偿器补偿负载压差，并选择最大压力作为LS压力反馈给泵源。

优选的，所述先导控制阀上分别接有压力传感器，G1口上设有压力传感器，G2口上设有压力传感器，二位三通换向阀的工作油口上设有压力传感器，常闭电磁阀和增压器的出口上设有压力传感器，蓄能器上设有压力传感器；所述节能装置还包括信号调理板、比例放大器和继电器驱动板，每一压力传感器将油路中的液压压力信号转化为电流信号，经信号调理板调节为电压信号输送至控制器AD转换口，控制器根据压力信号分类处理工况，发出AO信号，经比例放大器放大后调节比例流量阀控制动臂举升速度，发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，驱动对应的二位三通换向阀、常开电磁阀和常闭电磁阀得电动作，将节能装置切换至需回收动臂下降势能的液压回路或释放蓄能器存储的液能用于动臂举升。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明根据液压挖掘机工况利用控制器控制二位三通换向阀、常闭电磁阀和常开电磁阀的电磁铁得失电，从而将节能装置切入或切出液压工作回路，对原有液压系统改动较少，安装使用方便；

(2)本发明中压力传感器将油路中的液压压力信号转化为电流信号，经信号调理板调节为电压信号输送至控制器AD转换，控制器根据压力信号处理分类后，发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，对常闭电磁阀和常开电磁阀的电磁铁得失电控制，将两个增压器和增压器切入或切出工作回路，通过不同增压器组合，改变变压比，保证挖掘机动臂下降过程中重力势能转化的液压能最大限度的存储到蓄能器中；

(3)本发明中压力传感器将油路中的液压压力信号转化为电流信号，经信号调理板调节为电压信号输送至控制器AD转换，控制器根据压力信号处理分类后，发出AO信号，经比例放大器放大后，对比例流量阀开口进行控制，对流经比例流量阀的流量大小控制，且该控制信号取自先导控制阀的输出控制压力，从而保证了蓄能器释放能量用于动臂举升时的操纵性和稳定性；

(4)最后本发明的节能装置能将挖掘机动臂下降过程中重力势能转化的液压能存储到蓄能器中，并可在不影响挖掘机操纵性和动臂运动稳定性的前提下，将蓄能器内存储的能量释放用于挖掘机动臂举升工况，避免了原液压系统中动臂下降时油液经液压阀而产生的节流损失，提高了液压系统的效率。

附图说明

图1为本发明的液压系统原理图；

图2为本发明中节能装置中控制硬件组成框图。

图中包括：泵源1、先导控制阀块2、主控制阀块3、节能装置4、动臂油缸5、减压阀21、先导控制阀22a～22b、压力传感器23a～23b、电磁换向阀24、主溢流阀31、冲洗阀32、LS溢流阀33、过载阀34a～34b、动臂换向阀35、压力补偿器36、增压器40a～40b、蓄能器41、截止阀42、单向阀43、比例流量阀44、二位三通换向阀45a～45b、常闭电磁阀46a～46d、压力传感器47a～47e、溢流阀48、常开电磁阀49a～49b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，包括泵源1、先导控制阀块2、主控制阀块3、节能装置4和动臂油缸5。由于本发明仅考虑回收液压挖掘机动臂势能，故在图1中没有体现挖掘机的斗杆油缸、铲斗油缸、行走马达等液压回路，在图1的液压系统中除了节能装置4、压力传感器23a、压力传感器23b和电磁换向阀24外，均是原有挖掘机液压系统中具有的，没有改变现有成熟阀控液压系统的组成和功能。

本发明节能装置4具有三个工作油口，分别记为G1口、G2口和G3口，节能装置4包括增压器40a～40b、蓄能器41、截止阀42、单向阀43、比例流量阀44、二位三通换向阀45a～45b、常闭电磁阀46a～46d、压力传感器47a～47e、溢流阀48和常开电磁阀49a～49b。

二位三通换向阀45a具有三个工作油口，分别记为aD口、aE口和aF口，当二位三通换向阀45a的电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下其阀芯右移，阀芯左位工作，aD口与aE口双向连通；当二位三通换向阀45a的电磁铁得电时，其阀芯左移，阀芯右位工作，aD口与aF口双向连通；aD口与节能装置4的G1口连接，并接有压力传感器47a，aE口与节能装置4的G3口连接。

二位三通换向阀45b具有三个工作油口，分别记为bD口、bE口和bF口，当二位三通换向阀45b的电磁铁失电时，在复位弹簧的作用下其阀芯右移，阀芯左位工作，油液经bD口流向bE口，当二位三通换向阀45b的电磁铁得电时，其阀芯左移，阀芯右位工作，油液经bF口流向bD口；二位三通换向阀45b的bD口与二位三通换向阀45a的aF口连接，bE口一路经常闭电磁阀46a与G2口连接，并接有压力传感器47b，bE口一路经常闭电磁阀46b与油箱连接，并接有压力传感器47c，bE口一路经常闭电磁阀46c和常闭电磁阀46d接蓄能器41，常闭电磁阀46c和常闭电磁阀46d之间接有压力传感器47d。

比例流量阀44具有2个工作油口，分别记为H口和G口，比例流量阀44的开口大小与其右端电磁铁控制信号大小有关，即随着控制信号的增大，比例流量阀44的开口成比例增大，实现对流量的控制，且该控制信号与压力传感器23b测得的压力值相关，即与先导控制阀22b的动作有关；比例流量阀44的G口与二位三通换向阀45b的bF口连接，H口与蓄能器41连接。

增压器40a具有三个工作油口，分别记为aX口、aY口、aZ口，其中aX口与常开电磁阀49a连接，aY口与油箱连接，aZ口与常开电磁阀49b连接，其具有固定变压比为λ₁。

增压器40b具有三个工作油口，分别记为bX口、bY口、bZ口，其中bX口与常开电磁阀49b连接，bY口与油箱连接，bZ口经单向阀43与蓄能器41连接,其具有固定变压比为λ₂。

蓄能器41一路接比例流量阀44的H口，一路接截止阀42，还有一路接溢流阀48，并接有压力传感器47e；

如图2所示，本发明的节能装置还包括信号调理板、控制器、继电器驱动板、比例放大器，液压系统中压力传感器将油路中的液压压力信号转化为电流信号，经信号调理板转为电压信号输送至控制器的AD转换口，控制器根据压力信号分类处理，发出AO信号，经比例放大器放大后，对比例流量阀44进行控制，发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，驱动对应的常闭电磁阀、常开电磁阀和二位三通换向阀得电动作，将增压器40a和增压器40b切入或切出液压工作油路，驱动对应的常闭电磁阀及二位三通换向阀得电动作，将节能装置4切换至液压油路，回收动臂下降的势能或释放蓄能器41中储存的能量供动臂举升用；

泵源1中液压泵的排量由负载最大压力LS通过其中的液压阀控制，泵源1从油箱吸油，输出口与主控制阀块3中的P供油管路、先导控制阀块2中的减压阀21进油口相连，进入先导控制阀块2的压力经减压阀21减压后供给先导控制阀块2。

先导控制阀块2包括减压阀21，先导控制阀22a～22b、压力传感器23a～23b和电磁换向阀24；主控制阀块3包括主溢流阀31、冲洗阀32、LS溢流阀33、过载阀34a～34b、动臂换向阀35和压力补偿器36；电磁换向阀24为二位三通电磁换向阀，其具有3个工作油口，分别记为A口、B口和C口，A油口与先导控制阀22b输出控制油口相连，B油口与主控制阀块3的回油管路T连接，C油口与主控制阀块3中动臂换向阀35阀芯的右控制口连接。

由泵源1输出的压力油进入先导控制阀块2，经减压阀21后供给先导控制阀22a和先导控制阀22b，先导控制阀22a输出控制油口接主控制阀块3中的动臂换向阀35阀芯的左控制口，并接有压力传感器23a，先导控制阀22b出口接电磁换向阀24的A油口，并接有压力传感器23b。当挖掘机司机操作先导控制阀22a的手柄使其有控制信号输出给动臂换向阀35的左控制油口，此时压力传感器23a有信号输入给控制器；挖掘机司机操作先导控制阀22b的手柄使其有控制信号输出给动臂换向阀35的右控制油口，此时压力传感器23b有信号输出给控制器。

主控制阀块3中由压力补偿器36，该压力补偿器36包括动臂换向阀压力补偿器、斗杆换向阀压力补偿器和回转马达换向阀压力补偿器，分别补偿动臂换向阀35、斗杆换向阀和回转马达换向阀的负载压差，同时选择最大压力作为LS压力反馈给液压泵控制阀，动臂换向阀35的工作油口U1接动臂油缸5的活塞杆腔和节能装置4的G2口，工作油口D1接节能装置4的G3口，动臂油缸5的活塞腔接节能装置的G1口。

若节能装置4不工作时，则电磁换向阀24和节能装置4中的二位三通换向阀45a～45b、常闭电磁阀46a～46d、常开电磁阀49a～49b均不得电，若此时操纵先导控制阀22b，则主动控制阀块3中动臂换向阀35的阀芯左移，阀芯右位工作，此时动臂换向阀35的D1口输出油液经节能装置4的G3口，通过二位三通换向阀45a的aE口流向aD口后，经节能装置4的G1口进入到动臂油缸5的活塞腔，此时节能装置4不回收动臂下降的势能，不对液压挖掘机其作用。

下面说明当节能装置工作时，本发明的一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置处于各工况时的油液流向。

回收过程：节能装置4切入工作油路，用于回收动臂下降的势能。

工作条件：操纵先导控制阀22a，压力传感器23a测得压力值；二位三通换向阀45a得电，阀芯左移，阀芯右位工作；蓄能器41压力未达到存储最高压力，释放开始压力。

回收工况1：增压器40a和增压器40b均不切入工作回路，即常闭电磁阀46c、常闭电磁阀46d、常开电磁阀49a和常开电磁阀49b电磁铁均得电，阀芯下移，阀芯上位工作，此时回收油路变压比为1。

第一阶段：为使动臂具有初始加速度，动臂油缸5活塞腔压力急剧下降，此时难以回收；

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常闭电磁阀46b→油箱

第二阶段：动臂下降趋于匀速，动臂油缸5活塞腔的压力基本不变；

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回收油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常闭电磁阀46c→常闭电磁阀46d→蓄能器41

回收工况2：增压器40a切入工作回路，增压器40b不切入工作回路，即常闭电磁阀46d和常开电磁阀49b电磁铁得电，阀芯下移，阀芯上位工作，此时回收油路变压比为λ₁。

第一阶段：为使动臂具有初始加速度，动臂油缸5活塞腔压力急剧下降，此时难以回收；

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常闭电磁阀46b→油箱

第二阶段：动臂下降趋于匀速，动臂油缸5活塞腔的压力基本不变

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回收油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常开电磁阀49a→增压器40a的aX口→增压器40a的aZ口→常闭电磁阀46d→蓄能器41

回收工况3：增压器40a不切入工作回路，增压器40b切入工作回路，即常闭电磁阀46c和常开电磁阀49a电磁铁得电，阀芯下移，阀芯上位工作，此时回收油路变压比为λ₂。

第一阶段：为使动臂具有初始加速度，动臂油缸5活塞腔压力急剧下降，此时难以回收；

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常闭电磁阀46b→油箱

第二阶段：动臂下降趋于匀速，动臂油缸5活塞腔的压力基本不变

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回收油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常闭电磁阀46c→常开电磁阀49b→增压器40b的bX口→增压器40b的bZ口→单向阀43→蓄能器41

回收工况4：增压器40a和增压器40b均切入工作回路，即常闭电磁阀46c、常闭电磁阀46d、常开电磁阀49a和常开电磁阀49b电磁铁均不得电，阀芯上移，阀芯下位工作，此时回收油路变压比为λ₁×λ₂。

第一阶段：为使动臂具有初始加速度，动臂油缸5活塞腔压力急剧下降，此时难以回收；

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常闭电磁阀46b→油箱

第二阶段：动臂下降趋于匀速，动臂油缸5活塞腔的压力基本不变

进油路：系统P供油管路→动臂换向阀35的工作油口U1→动臂油缸5的活塞杆腔

回收油路：动臂油缸5活塞腔→节能装置4的G1口→二位三通换向阀45a的aD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45b的bE口→常开电磁阀49a→增压器40a的aX口→增压器40a的aZ口→常开电磁阀49b→增压器40b的bX口→增压器40b的bZ口→单向阀43→蓄能器41

释放再利用过程：节能装置4切入工作油路，蓄能器41释放存储的能量用于动臂举升

工作条件：操纵先导控制阀22b，压力传感器23b测得压力值，二位三通换向阀45a得电，阀芯左移，阀芯右位工作，二位三通换向阀45b得电，阀芯左移，阀芯右位工作，电磁换向阀24得电，阀芯右移，阀芯左位工作，常闭电磁阀46a得电，阀芯左移，阀芯右位工作，蓄能器41存储压力达到存储最高压力，释放开始压力。

释放再利用工况：

输出油路：蓄能器41→比例流量阀44的H口→比例流量阀44的G口→二位三通换向阀45b的bF口→二位三通换向阀45b的bD口→二位三通换向阀45a的aF口→二位三通换向阀45a的aD口→节能装置4的G1口→动臂油缸5的活塞腔

回油路：动臂油缸5的活塞杆腔→节能装置4的G2口→常闭电磁阀46a→油箱

本发明控制器根据各压力传感器测得的压力值，发出DO信号，经继电器驱动板放大后，驱动相应电磁阀将增压器40a或增压器40b切入或切出工作油路，即选择合适的回收工况，使得挖掘机动臂下降的势能能够最大限度的存储到蓄能器41中。假设在某一回收过程中，回收工况2能够使得挖掘机动臂下降的势能能够最大限度的存储到蓄能器41中。

下面以回收工况2和释放再利用工况说明本发明的节能装置的工作过程：

控制器上电，对蓄能器41的存储开始压力、存储最高压力，即释放开始压力、释放结束压力等参数初始化，随后不停采集压力传感器23a～23b和压力传感器47a～47e的信号。

回收工况2

即蓄能器41压力未达到存储最高压力，即释放开始压力，节能装置4切入工作油路，用于回收动臂下降的势能，且此时增压器40a切入工作回路，增压器40b不切入工作回路。

操纵先导控制阀22a，压力传感器23a将先导控制阀22a输出控制油液压力转化为电流信号，经信号调理板调节为电压信号输送至控制器AD转化，控制器发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，驱动二位三通换向阀45a得电动作，阀芯左移，阀芯右位工作，为使动臂具有初始加速度，驱动常闭电磁阀46b得电动作，阀芯右移，阀芯左位工作。此过程中泵源1输出的高压油经减压阀21减压后，供给先导控制阀22a，其输出控制油口接动臂换向阀35阀芯的左端，控制阀芯的位移，动臂换向阀35的阀芯开口大小与先导控制阀22a的输出控制油口压力信号成正比，泵源1输出的高压油同时经P供油管路进入主控制阀块3，给动臂换向阀35供油，经压力补偿器36补偿后经主控制阀块3的U1工作口进入动臂油缸5的活塞杆腔；而此时动臂油缸5活塞腔的油液经节能装置4的工作油口G1进入二位三通换向阀45a的aD口后，经其aF口流向二位三通换向阀45b的aD口和aE口后，经常闭电磁阀46b流入油箱。

0.2～0.5s后，动臂下降获得初始加速，控制器发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，使常闭电磁阀46b失电，阀芯左移，阀芯右位工作，驱动常闭电磁阀46d得电，阀芯下移，阀芯上位工作，驱动常开电磁阀49b得电，阀芯下移，阀芯上位工作。此过程动臂油缸5活塞杆腔进油与前述一致，而此时动臂油缸5活塞腔的油液经节能装置4的工作油口G1进入二位三通换向阀45a的aD口后，经其aF口流向二位三通换向阀45b的bD口后，经二位三通换向阀45b的bE口和常开电磁阀49a流向增压器40a的aX口，经增压器40a增压后，从增压器40a的aZ口流经常闭电磁阀46d后流向蓄能器41，实现动臂下降势能的回收。

随后，当先导控制阀22a有动作信号，且蓄能器41内压力未达到存储最高压力，即释放开始压力时，控制器根据各压力传感器测得的压力值，发出DO信号，经继电器驱动板放大后，驱动相应电磁阀将增压器40a或增压器40b切入或切出工作油路，即选择合适的回收工况，继续最大限度的对动臂势能进行回收。

其他回收工况工作原理分析类似，不再累述。

释放再利用工况

即蓄能器41压力达到存储最高压力，即释放开始压力，节能装置4切入工作油路，蓄能器41释放存储的能量用于动臂举升。

操纵先导控制阀22b，压力传感器23b将先导控制阀22b输出控制油液压力转化为电流信号，经信号调理板调节为电压信号输送至控制器AD转化，控制器发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，驱动二位三通换向阀45a得电动作，阀芯左移，阀芯右位工作，驱动二位三通换向阀45b得电动作，阀芯左移，阀芯右位工作，驱动电磁换向阀24得电动作，阀芯右移，阀芯左位工作。与此同时，压力传感器23b测得的先导控制阀22b输出控制油口的压力传送入控制器，经控制算法处理后，发出AO信号，经比例放大器放大后驱动比例流量阀44电磁铁动作，控制阀芯位移，即改变阀开口大小对动臂举升速度进行控制，从而保证系统操纵性和动臂举升运动的稳定性。

此过程泵源1输出的高压油经减压阀21减压后供给先导控制阀22b，由于此时电磁换向阀24的阀芯左位工作，先导控制阀22b的输出控制油液与动臂换向阀35阀芯右控制油口不连通，其对动臂换向阀35的阀芯位移不起作用。此过程中动臂油缸5的活塞杆腔的油液经节能装置4的工作油口G2和常闭电磁阀46a后流入油箱；蓄能器41内的压力油流向比例流量阀44的H口，流量大小经比例流量阀44调节后，经比例流量阀44的G口，流向二位三通换向阀45b的bF口，经其bD口流向二位三通换向阀45a的aF口，随后经二位三通换向阀45a的aD口和节能装置4的工作油口G1供入动臂油缸5的活塞腔，用于挖掘机动臂举升。当先导控制阀22b有动作信号，但蓄能器41内压力未达到释放开始压力，即存储最高压力时，原液压系统工作，即节能装置4在挖掘机动臂举升过程中不被切入工作油路。

本发明提出了一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，根据各压力传感器测得的压力值，通过控制器控制二位三通电磁阀动作，将本发明的节能装置切入液压回路，为更好的满足需回收油液压力与蓄能器存储需要压力匹配，通过控制器控制相应的常闭电磁阀和常开电磁阀，将满足所需变压比的增压器串入回收油路，使挖掘机动臂下降过程中重力势能转换的液压能储存到蓄能器中，当蓄能器内存储的能量达到设定值时，通过控制器控制相应的电磁阀及比例流量阀，在不影响挖掘机操控性和动臂运动稳定性的前提下，将蓄能器内存储的能量释放，用于挖掘机动臂举升工况，避免了原液压系统中动臂下降时油液经液压阀而产生的节流损失，提高了液压系统的效率，很大程度上避免了因油液温度升高而导致系统发热的现象，降低了系统配备的散热器设备的规格，具有明显的节能效果。

Claims (5)

1.一种基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，其特征在于：包括接入挖掘机液压系统中具有工作油口G1、工作油口G2和工作油口G3的节能装置（4）和动臂油缸（5），液压系统具有工作油口U1和工作油口D1，工作油口U1接动臂油缸（5）的活塞杆腔和工作油口G2，工作油口D1接工作油口G3，动臂油缸（5）的活塞腔接工作油口G1；所述节能装置包括具有固定变压比

的第一增压器（40a）、具有固定变压比

的第二增压器（40b）、蓄能器（41）、第一二位三通换向阀（45a）、第二二位三通换向阀（45b）、第一常闭电磁阀（46a）、第二常闭电磁阀（46b）、第三常闭电磁阀（46c）、第四常闭电磁阀（46d）、第一常开电磁阀（49a）、第二常开电磁阀（49b）和控制器，该控制器根据挖掘机工况将节能装置（4）切换至需回收动臂下降势能的液压回路中，当动臂开始下降瞬间且蓄能器（41）压力未达到存储最高压力时，控制器控制对应的二位三通换向阀和常闭电磁阀使得动臂油缸（5）活塞腔的回液油从工作油口G1直接流入油箱；当动臂下降趋于匀速且蓄能器（41）压力未达到存储最高压力时，控制器控制对应的二位三通换向阀、常开电磁阀和常闭电磁阀使得动臂油缸（5）活塞腔的回液油从工作油口G1流入，通过将增压器切入或切出工作回路得到与油路中需回收油液压力相适配的不同变压比，再将变压后的回液油输送至蓄能器（41）存储；当蓄能器（41）压力达到存储最高压力时，控制器控制对应的二位三通换向阀和常闭电磁阀使得蓄能器（41）内的进液油从工作油口G1流入动臂油缸（5）活塞腔用于动臂举升；其中第一增压器（40a）具有工作油口aX、工作油口aY和工作油口aZ，工作油口aX与第一常开电磁阀（49a）连接，工作油口aY与油箱连接，工作油口aZ与第二常开电磁阀（49b）连接，第二增压器（40b）具有工作油口bX、工作油口bY和工作油口bZ，工作油口bX与第二常开电磁阀（49b）连接，工作油口bY与油箱连接，工作油口bZ与蓄能器（41）连接；所述节能装置（4）还包括截止阀（42）、单向阀（43）、比例流量阀（44）和溢流阀（48），蓄能器（41）的一路依次经比例流量阀（44）、第一二位三通换向阀（45a）和第二二位三通换向阀（45b）接工作油口G1，蓄能器（41）的一路经单向阀（43）接第二增压器（40b）的出口，蓄能器（41）的一路经截止阀（42）接油箱，蓄能器（41）的一路经溢流阀（48）接油箱，其中控制器根据油路中的液压压力信号控制比例流量阀的开口。

2.根据权利要求1所述的基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，其特征在于：所述液压系统包括泵源（1）、先导控制阀块（2）和主控制阀块（3），该先导控制阀块（2）包括第一先导控制阀（22a）、第二先导控制阀（22b）和具有工作油口A、工作油口B和工作油口C的电磁换向阀（24），主控制阀块（3）包括动臂换向阀（35），动臂换向阀（35）的工作油口U1接动臂油缸（5）的活塞杆腔和工作油口G2，动臂换向阀（35）的工作油口D1接工作油口G3；其中第一先导控制阀（22a）输出控制油口接主控制阀块（3）中动臂换向阀（35）阀芯的左控制口连接，第二先导控制阀（22b）输出控制油口接电磁换向阀（24）的工作油口A，工作油口B与主控制阀块（3）的回油管路T连接，工作油口C与主控制阀块（3）中动臂换向阀（35）阀芯的右控制口连接。

3.根据权利要求2所述的基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，其特征在于：所述先导控制阀块（2）还包括减压阀（21），泵源（1）从油箱吸油，输出口与主控制阀块（3）的供油管路P、先导控制阀块（2）中的减压阀（21）进口相连，进入先导控制阀块（2）的压力经减压阀（21）减压后供给第一先导控制阀（22a）和第二先导控制阀（22b）。

4.根据权利要求2所述的基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，其特征在于：所述主控制阀块（3）还包括主溢流阀（31）、冲洗阀（32）、LS溢流阀（33）、第一过载阀（34a）、第二过载阀（34b）和压力补偿器（36），该压力补偿器（36）补偿负载压差，并选择最大压力作为LS压力反馈给泵源（1）。

5.根据权利要求2所述的基于增压器的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，其特征在于：所述第一先导控制阀（22a）上接有第六压力传感器（23a），第二先导控制阀（22b）上接有第七压力传感器（23b），工作油口G1上设有第一压力传感器（47a），工作油口G2上设有第二压力传感器（47b），第一二位三通换向阀（45a）和第二二位三通换向阀（45b）的工作油口上设有第三压力传感器（47c），第三常闭电磁阀（46c）和第一增压器（40a）的出口上设有第四压力传感器（47d），蓄能器上设有第五压力传感器（47e）；所述节能装置（4）还包括信号调理板、比例放大器和继电器驱动板，每一压力传感器将油路中的液压压力信号转化为电流信号，经信号调理板调节为电压信号输送至控制器AD转换口，控制器根据压力信号分类处理工况，发出AO信号，经比例放大器放大后调节比例流量阀（44）控制动臂举升速度，发出DO信号，经继电器驱动板功率放大后，驱动对应的二位三通换向阀、常开电磁阀和常闭电磁阀得电动作，将节能装置（4）切换至需回收动臂下降势能的液压回路或释放蓄能器存储的液能用于动臂举升。

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