CN110700337B - 一种挖掘机动臂节能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机动臂节能控制系统及控制方法，包括动臂液压系统和动臂势能回收利用装置，动臂势能回收利用装置包括势能回收利用换向阀、双油源耦合器和蓄能器，动臂液压系统包括两组动臂操作联和对应两组动臂操作联的两组主泵，在控制动臂操作联切换动臂下降和动臂举升的先导油路上分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，并且其中一组动臂操作联的先导油路上设有截止阀，第一压力传感器与主泵的排量控制机构以及势能回收利用换向阀的能量回收位切换模块反馈连接，第二压力传感器与截止阀以及势能回收利用换向阀的能量释放位切换模块反馈连接。本发明可靠性高、操作协调性好，动臂势能回收高效，实现了动臂能量回收利用技术工程化实施。

Description

一种挖掘机动臂节能控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于挖掘机节能技术，具体涉及一种挖掘机动臂节能控制系统及控制方法。

背景技术

在全球环境污染、能源短缺的大背景下，政府、行业与市场对大型机械装备的能耗与排放提出了更高的要求，节能减排技术已成为工程机械装备领域的研究热点。挖掘机是一种常用的工程机械，挖掘机动臂为常利用液压油作用在油缸上来实现其升降，由于动臂及作用在其上的斗杆、铲斗等质量较大，作为挖掘机上主要的外部有势装置(这里所指的“有势装置”是指该装置在工作过程中会产生势能的变化)，为防止动臂装置在下降过程中易出现失重现象，以往的解决方法是在油缸大腔回流管道上设有节流装置以产生可调背压进行速度控制，因而动臂装置的能量绝大部分转化成热能，被白白地浪费掉了，而且为了防止液压油的温度大幅度升高对系统带来的危害，还需设有散热装置，进一步造成设备成本增加。

为了提高挖掘机的能量利用率及充分利用挖掘机平台的成熟可靠性，大部分厂家都是基于挖掘机原平台进行能量回收利用装置的研制开发，但如何提高能量回收利用装置的高效性，并且保证能量回收利用装置的新系统可靠性与挖掘机现有操作系统的操作协调性是挖掘机通过能量回收利用提高节能技术工程化实施的难点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有能量回收利用装置与挖掘机的液压系统实现节能技术工程化实施的技术难题，提供一种挖掘机动臂节能控制系统及控制方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种挖掘机动臂节能控制系统，包括动臂液压系统和动臂势能回收利用装置；

所述动臂势能回收利用装置，包括势能回收利用换向阀、双油源耦合器和蓄能器；

所述势能回收利用换向阀包括中位、能量释放位和能量回收位；

所述势能回收利用换向阀位于中位，动臂液压系统的进出油路与动臂油缸的两个油腔通过所述势能回收利用换向阀的中位机能直接连接成回路；

所述势能回收利用换向阀位于能量回收位，所述动臂油缸的两个油腔通过所述势能回收利用换向阀形成差动连通，并且同时连通至蓄能器和动臂液压系统进油路；

所述势能回收利用换向阀位于能量释放位，所述动臂油缸其中一个油腔通过势能回收利用换向阀连通动臂液压系统的回油路，所述动臂油缸另外一个油腔通过双油源耦合器分别连接至动臂液压系统的进油路和蓄能器；

所述动臂液压系统包括挖掘机多路换向阀中的两组动臂操作联和对应两组所述动臂操作联的两组主泵，在控制动臂操作联切换动臂下降和动臂举升的先导油路上分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，并且其中一组动臂操作联的先导油路上设有截止阀，其中，所述第一压力传感器与主泵的排量控制机构以及势能回收利用换向阀的能量回收位切换模块反馈连接，所述第二压力传感器与截止阀以及势能回收利用换向阀的能量释放位切换模块反馈连接。

进一步的，所述势能回收利用换向阀为三位七通电液换向阀，其分别对应能量回收位的电磁铁和对应能量释放位的电磁铁分别与第一压力传感器和第二压力传感器反馈连接，所述势能回收利用换向阀具有进油口、回油口、两组工作油口以及三组节能油口，所述进油口、回油口以及两组工作油口分别对接动臂油缸的两个油口以及液压系统的进出油路，其中一组节能油口连接至蓄能器，另外两组节能油口汇接至双油源耦合器，所述双油源耦合器并联连接至动臂油缸的其中一个油腔，并在所述双油源耦合器与动臂油缸的并联油路上设有能量释放单向阀；

所述势能回收利用换向阀位于中位，所述动臂油缸的两个油腔与液压系统的进出油路通过所述势能回收利用换向阀的进油口、回油口以及两组工作油口连通形成回路，三组所述节能油口分别截止；

所述势能回收利用换向阀位于能量回收位，所述动臂油缸的两个油腔通过所述势能回收利用换向阀的两组工作油口形成差动连通，该两组工作油口还分别连通至与连接蓄能器的节能油口以及连接至液压系统进油路的进油口连通，所述回油口以及连接至双油源耦合器的两组节能油口分别截止；

所述势能回收利用换向阀位于能量释放位，所述动臂油缸其中一个油腔通过其中一组工作油口以及进油口连通液压系统的回油路，另外一组工作油口截止，回油口与连接至双油源耦合器的其中一组节能油口连通，所述动臂油缸另外一个油腔通过双油源耦合器分别连接至液压系统的进油路和蓄能器。

进一步的，所述势能回收利用换向阀的能量回收位中，设有差动单向阀将所述动臂油缸的两个油腔连接的工作油口实现单向差动连通。

本发明的一种优选方案中，所述双油源耦合器为双缸耦合器，包括并联设置的第一缸和第二缸，所述第一缸与第二缸内部的活塞同步连接，所述第一缸和第二缸内部油腔分别连接至势能回收利用换向阀的两组节能油口，作为双油源耦合器的进油端，所述第一缸或第二缸的另一油腔通过输出端并联连接至动臂油缸的其中一个油腔，同时双油源耦合器的输出端通过单向进油路连接油箱。

进一步的，所述双缸耦合器内部设有用于活塞回位的回位弹簧。

另一优选方案中，所述双油源耦合器为双马达耦合器，包括并联设置的两组耦合马达，两组所述耦合马达的输入端分别连接至势能回收利用换向阀的两组节能油口，两组所述耦合马达的输出端并联汇接后再并联连接至动臂油缸的其中一个油腔。

进一步的，所述主泵的排量控制机构包括在排量负控口、多路换向阀的先导油路以及动臂操作联的先导油源之间设置的信号或阀，以及所述信号或阀与动臂操作联的先导油源之间的比例减压阀，所述比例减压阀的电磁铁与第一压力传感器反馈连接。

进一步的，所述截止阀为设置在动臂操作联先导油路上的两位截止换向阀，所述两位截止换向阀的电磁铁与第二压力传感器反馈连接。

在本发明的一种挖掘机动臂节能控制系统中，还包括通信连接的控制器和工作模式切换信号发讯器，所述控制器与第一压力传感器、第二压力传感器、主泵的排量控制机构、截止阀以及势能回收利用换向阀的能量回收位切换模块和能量释放模块通信连接。

本发明还公开了一种采用上述挖掘机动臂节能控制系统的控制方法，包括常规控制模式和节能控制模式；

所述常规控制模式下，通过工作模式切换信号发讯器给出常规控制模式的信号到控制器，所述控制器不监控第一压力传感器和第二压力传感器，势能回收利用换向阀处于中位，主泵的排量控制机构以及截止阀均处于常位，所述动臂油缸通过动臂液压系统实现常规控制；

所述节能控制模式下，通过工作模式切换信号发讯器发出节能工作模式的信号到控制器，所述控制器不断检测第一压力传感器和第二压力传感器的信号，其中，

当所述控制器检测到第一压力传感器发出的压力信号后，此时挖掘机的动臂处于下降动作，所述控制器控制主泵的排量控制机构，减小主泵向动臂油缸泵送液压油的排量，同时所述控制器控制势能回收利用换向阀处于能量回收位，通过动臂势能回收利用装置对动臂下降的势能转变的压力油进行回收，

当所述控制器检测到第二压力传感器发出的压力信号后，此时挖掘机的动臂处于举升动作，所述控制器控制截止阀得电，使得所述截止阀对应的动臂操作联停止对动臂油缸供油，由动臂液压系统的一组主泵和动臂操作联对动臂油缸进行供油，同时控制器控制势能回收利用换向阀处于能量释放位，所述动臂液压系统的供油连同动臂势能回收利用装置回收的压力油一同对动臂油缸进行供油。

本发明采用新设计的动臂势能回收利用装置，并与动臂液压系统相结合，动臂势能回收利用装置通过三位七通电液换向阀改变外部有势装置的动臂油缸进出油路，通过动臂油缸的两个油腔差动互通的再生能量回收方式，高效回收了动臂下降过程中变化的势能，避开了节能效率较低的泵和马达的使用，可以减小主泵的输出流量或者在双主泵系统中省去一个主泵参与工作，减小了发动机的能量输出，降低了燃油消耗和废气排放；通过双油源耦合器和蓄能器对回收的液压能量和液压主泵提供的液压能量一同再次带动动臂油缸克服重力势能进行举升动作，回收利用的能量释放更平稳，提高了动臂工作的可靠性。

本发明的动臂势能回收利用装置与动臂液压系统结合使得挖掘机的节能控制工程化实施成为可能，不需要对现有的挖掘机动臂液压系统进行重新设计，对应该控制系统采用的控制方法提出了两种工作模式，即常规控制模式和节能控制模式，在节能控制模式下动臂下降时提出了对其中关联主泵进行排量减小控制，防止动臂势能回收时主泵输出过多的能量而浪费。节能控制模式下动臂举升时解除常规模式下的双泵合流供油方式，让其中一泵参与工作，利用回收的势能合流供油，从而减少发动机能量输出而节能。当节能控制模式下动臂势能回收利用装置的节能元件出现问题时可切换到常规模式下工作，保证设备的工作可靠性。

综上所述，本发明提供的挖掘机动臂节能控制系统提具有较高的可靠性及操作协调性，其采用的动臂势能回收利用装置具有高效性，与动臂液压系统结合实现了动臂能量回收利用技术工程化实施。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的挖掘机动臂节能控制系统的一种液压示意图。

图2为图1中的动臂势能回收利用装置的液压示意图。

图3为实施例中双油源耦合器的一种结构示意图。

图4为实施例中双油源耦合器的另一种结构示意图。

图5为实施例中的挖掘机动臂节能控制系统的另一种液压示意图。

图中标号：1-动臂，2-动臂油缸，31-第一主泵，32-第二主泵，4-多路换向阀，41-第一动臂操作联，42-第二动臂操作联，5-先导油源，51-动臂举升先导操作阀，52-动臂下降先导操作阀，6-动臂势能回收利用装置，61-势能回收利用换向阀，62-双油源耦合器，621-第一缸，622-第二缸，623-活塞，624-进油路，625-回位弹簧，626-第一耦合泵，627-第二耦合泵，63-能量释放单向阀，64-蓄能器，71-第一压力传感器，72-第二压力传感器，73-控制器，74-工作模式切换信号发讯器，81-信号或阀，82-比例减压阀，83-截止换向阀。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示为一种挖掘机动臂节能控制系统的液压原理图，该控制系统为本发明的一种具体实施方式，具体包括动臂液压系统和动臂势能回收利用装置，其中动臂液压系统为现有挖掘机动臂液压控制的常规系统，图示中的动臂液压系统包括挖掘机多路换向阀4，该多路换向阀4中包括两联分别对应控制动臂动作的动臂操作联：第一动臂操作联41和第二动臂操作联42(这里所指的操作联是指多路阀中叠装设置的多联换向阀中的一联，包括换向阀及其对应的先导控制油路部分)，第一动臂操作联41和第二动臂操作联42分别对应第一主泵31和第二主泵32，通过双主泵共同供油对驱动动臂1的动臂油缸2进行供油。

该动臂液压系统中，第一动臂操作联41和第二动臂操作联42对应设置同一组先导控制油路，包括先导油源5以及从先导油源5连接并控制两组动臂操作联切换至动臂举升位或者动臂下降位的先导油路，两组先导油路上分别设有对应控制动臂举升的动臂举升先导操作阀51和控制动臂下降的动臂下降先导操作阀52。具体的动臂操作联的先导油路布置为现有挖掘机的中的常规技术，本实施例在此不对动臂操作联内部油路进行赘述。

以下先详细说明挖掘机的动臂举升和动臂下降的常规控制过程。

当操作动臂举升先导操作阀51时，动臂举升先导操作阀51输出先导压力油同时推动多路换向阀4的第一动臂操作联41和第二动臂操作联42换向进入动臂举升位，这时第一主泵31与第二主泵32分别通过第一动臂操作联41和第二动臂操作联24合流后向动臂油缸2的无杆腔供油进行动臂举升，动臂举升的快慢由第一主泵31和第二主泵32的排量控制机构操作开度的大小决定，操作开度大，则第一主泵31与第二主泵32的输出流量大，动臂举升快；当操作动臂下降先导操作阀52时，动臂下降先导操作阀52输出先导压力油推动多路换向阀4的第二动臂操作联42换向进入动臂下降位，这时第二主泵32通过第二动臂操作联42向动臂油缸2的有杆腔供油进行动臂下降，动臂下降的背压则由第二动臂操作联42的下降位节流口产生，同样，动臂下降的快慢由动臂下降先导操作阀操作开度的大小决定，操作开度大，则第二主泵32输出流量大，动臂下降快。

本实施例在现有常规的挖掘机动臂液压系统上增加设置动臂势能回收利用装置6，该动臂势能回收利用装置6包括势能回收利用换向阀61、双油源耦合器62和蓄能器64。

其中，势能回收利用换向阀61为一个三位换向阀，包括中位、能量释放位和能量回收位，当势能回收利用换向阀61位于中位，从动臂液压系统的多路换向阀引出的进出油路与动臂油缸2的有杆腔和无杆腔通过势能回收利用换向阀61的中位机能直接连接成回路，此时保证动臂油缸2的常规工作，不对能量进行回收利用。

当势能回收利用换向阀61位于能量回收位，动臂油缸2的有杆腔和无杆腔通过势能回收利用换向阀61形成差动连通，并且同时连通至蓄能器64和动臂液压系统的进油路。

当势能回收利用换向阀61位于能量释放位，动臂油缸2的有杆腔通过势能回收利用换向阀61连通动臂液压系统的回油路，动臂油缸2的无杆腔通过双油源耦合器62分别连接至动臂液压系统的进油路和蓄能器64。

为了将势能回收利用装置6与原挖掘机动臂液压系统实现自动化控制，本实施例在动臂液压系统的控制动臂操作联切换动臂下降和动臂举升的先导油路上分别设有第一压力传感器71和第二压力传感器72，并且在第一动臂操作联41的先导油路上设有截止换向阀83，其中，第一压力传感器71与第二主泵的排量控制机构以及势能回收利用换向阀61的能量回收位切换模块反馈连接，第二压力传感器72与截止换向阀83以及势能回收利用换向阀的能量释放位切换模块反馈连接。

具体的，主泵的排量控制机构包括在排量负控口、多路换向阀的先导油路PS2口以及动臂操作联的先导油源5之间设置的信号或阀81，并且在信号或阀81与动臂操作联的先导油源5之间设置的比例减压阀82，信号或阀81采用梭阀，比例减压阀82采用电比例减压阀，比例减压阀82的电磁铁与第一压力传感器71反馈连接。

截止换向阀83为设置在第一动臂操作联41先导油路上的两位截止换向阀，该截止换向阀83可以设置在第一动臂操作联41的动臂下降位先导油路上，截止换向阀83得电接通动臂下降位先导油路，第一动臂操作联41两端压力平衡，不换向，如图1所示，也可以设置在第一动臂操作联41的动臂举升先导操作联的动臂举升先导油路上，截止换向阀83得电截断动臂举升先导油路，第一动臂操作联41不换向，如图5中所示，截止换向阀83的电磁铁与第二压力传感器72反馈连接。

结合参见图2，本实施例中的势能回收利用换向阀61具体为三位七通电液换向阀，其中三位七通电液换向阀设置于动臂油缸2和动臂液压系统的多路换向阀4的进出油路之间，用于实现动臂油缸2正常工作、能量回收和能量释放的油路切换，双油源耦合器62通过油路与势能回收利用换向阀61和动臂油缸2的进出油路并联设置，用于能量释放过程中对动臂液压系统3的主动液压能量和回收释放的液压能量进行耦合汇总，蓄能器64与势能回收利用换向阀61通过油路连同，用于回收储存并释放液压能量。

其中，本实施例的势能回收利用换向阀61包括中位、能量释放位和能量回收位，每个位置上均设有进油口C、回油口D、工作油口E、工作油口F、节能油口G、节能油口H以及节能油口I，其中，进油口C和回油口D对接至多路换向阀4的进油路A和出油路B，工作油口E和工作油口F分别对接动臂油缸2对应有杆腔和无杆腔的两个油口，节能油口I连接至蓄能器64，节能油口G、节能油口H分别汇接至双油源耦合器62的两个输入端，双油源耦合器62的输出端与工作油口连接至动臂油缸2无杆腔的进出油路并联连接，并在双油源耦合器62与驱动油缸的并联油路上设置能量释放单向阀63，防止正常模式的动臂油缸油路中的油液倒流进入双油源耦合器。

该势能回收利用换向阀61内部的具体机能如下：

当势能回收利用换向阀61位于中位时，动臂油缸2有杆腔和无杆腔的两个油口与动臂液压系统3的进出油路A、B之间通过势能回收利用换向阀61的进油口C、回油口D以及两组工作油口E、F直接连通形成回路，另外的三组节能油口G、H、I分别截止，动臂油缸2通过动臂液压系统进行举升和下降动作的常规模式驱动，此时动臂油缸2不具备能量回收作用。

当切换势能回收利用换向阀61切换至能量回收位时，动臂油缸2驱动动臂1下降，收集重力势能。动臂油缸2有杆腔和无杆腔的两个油口通过势能回收利用换向阀61的两组工作油口E、F形成差动连通，工作油口E、F还分别连通至与连接蓄能器64的节能油口I以及连接至液压系统进油路的进油口C连通，回油口D以及连接至双油源耦合器62的节能油口G、H分别截止，动臂液压系统3提供较小排量的液压油进入动臂油缸2的有杆腔内，动臂油缸2在动臂重力势能的作用下将无杆腔内部的油液大部分回流收集到蓄能器64内部储存压力，小部分油液差动回流到动臂油缸2的有杆腔内部，在势能回收利用换向阀61的能量回收位中，设置差动单向阀将使得在能量回收过程中的液压油只能够从连接无杆腔的工作油口F单向流通至连接有杆腔的工作油口E，实现单向差动连通，保持动臂下降过程的稳定可靠，此时双油源耦合器62不产生作用。

当切换势能回收利用换向阀61切换至位于能量释放位时，利用蓄能器64收集的压力进入动臂油缸2向上驱动动臂1举升，动臂油缸2的有杆腔油口通过工作油口E和势能回收利用换向阀61上的进油口C连通至动臂液压系统3的回油路，通过动臂油缸2的无杆腔进油、有杆腔回油实现动臂油缸2的动作，连接至动臂油缸2无杆腔油口的工作油口F截止，势能回收利用换向阀61的回油口D切换连接至动臂液压系统3的进油路，同时在势能回收利用换向阀61内部，回油口D与连接至双油源耦合器62的其中一组节能油口G连通，动臂液压系统多路换向阀的进油通过双油源耦合器62进入无杆腔，同时，连接双油源耦合器62的另一节能油口H与连接至蓄能器64的另一节能油口I连通，蓄能器64内部储存的压力油通过双油源耦合器与动臂液压系统多路换向阀的进油耦合后一同进入动臂油缸2的无杆腔，驱动动臂举升，通过之前回收的动臂下降势能驱动动臂再次举升，由于蓄能器64内回收能量的加入，可以减小动臂液压系统3在动臂举升过程中的排量，最终实现节能的效果。

势能回收利用换向阀61采用电控换向，当势能回收利用换向阀61的DT3、DT4电磁阀不得电时处于中位，回油口D与工作油口F之间、进油口C与工作油口E之间分别连通，中位用于非节能模式下动臂油缸2与动臂液压系统3的常规油路连通，通过动臂液压系统3驱动动臂油缸2正常动作；势能回收利用换向阀61的DT3电磁阀得电时进入能量释放位，节能油口I与节能油口H、回油口D与节能油口G、进油口C与工作油口E分别连通，此时动臂油缸2的有杆腔通过进油口C与工作油口E及动臂液压系统3实现回油，蓄能器64与液压主泵输出的油液分别通过节能油口I与节能油口H的连通通道、回油口D与节能油口G的连通通道进入双油源耦合器62合流，然后再通过能量释放单向阀63通入动臂油缸2的无杆腔，共同举升动臂做功；势能回收利用换向阀61的DT4电磁阀得电时进入能量回收位，节能油口I与工作油口F之间、进油口C与工作油口E之间分别连通，液压主泵通过动臂液压系统3从进油口C与工作油口E向动臂油缸2的有杆腔供油，节能油口I与工作油口F之间的油液可通过内部单向阀进入进油口C与工作油口E，反之则不能，因而实现动臂油缸的差动连接，平衡动臂负载的作用面积由动臂油缸2内部活塞面积变为活塞杆的端部面积，作用面积减小约一半，平衡动臂背压增大近一倍，动臂油缸无杆腔的油液除一部分返回有杆腔外，其余的油液通过节能油口I进入蓄能器64而实现增压能量回收。利用动臂油缸2的有杆腔和无杆腔互通的再生能量增压回收方法，避开了节能效率较低的泵与马达回收能量，通过双油源耦合器并联液压主泵匹配，利用泵与蓄能器能量的利用回收的能量，使能量利用率可以达到85％以上。

如图3和图4所示，本实施例的双油源耦合器62可以采用双液压缸结构和双马达结构。

如图3所示，双缸结构的双油源耦合器62包括并联设置的第一缸621和第二缸622，第一缸621和第二缸622分别设置输入端IN1和IN2，第一缸621与第二缸622内部的活塞623同步连接，第一缸621内部的活塞将内部分隔为有杆腔和无杆腔，有杆腔的活塞杆伸出至与第二缸622内部的活塞一体连接，第二缸622内部的活塞小于缸筒内径，将第二缸622内部的有杆腔和无杆腔连通，第一缸621的有杆腔和第二缸622无杆腔分别通过IN1和IN2连接至势能回收利用换向阀61的两组节能油口，作为双油源耦合器的进油端，第一缸621的另一油腔通过输出端OUT并联连接至动臂油缸的其中一个油口，同时该油腔通过单向的进油路624连接油箱，其中蓄能器64内部的压力油通过IN2进入第二缸622的无杆腔，液压主泵4通过动臂液压系统3提供的液压油通过IN1进入第一缸621的有杆腔，两者共同推动活塞623挤压第一缸621无杆腔内部的液压油，将油液通过第一缸621上的输出端OUT增压输出至动臂油缸2，实现蓄能器64和动臂液压系统提供的双油源的耦合作用，第一缸621在输出端所在的无杆腔内部设有用于活塞623回位的回位弹簧625，在完成动臂举升后，回位弹簧625推动活塞623回位，同时通过单向进油路624吸入油箱内的液压油充入第一缸621内部无杆腔。

如图4所示，双马达结构的双油源耦合器62包括并联设置的第一耦合马达626和第二耦合马达627，其中第一耦合马达626的输入端IN1和第二耦合马达627的输入端IN2分别连接至势能回收利用换向阀61的两组节能油口G、H，第一耦合马达626和第二耦合马达627的输出端通过油路汇接成耦合器的输出端OUT后再并联连接至动臂油缸2的无杆腔油口，通过两组耦合马达分别对蓄能器64和液压主泵4提供的双油源进行耦合。

再次参见图1，在本实施例中的挖掘机动臂节能控制系统中还包括通信连接的控制器73和工作模式切换信号发讯器74，工作模式切换发讯器74为挖掘机工作模式的切换按钮，控制器73与第一压力传感器71、第二压力传感器72、主泵排量控制机构的比例减压阀82的电磁铁DT1、截止换向阀83的电磁铁DT4以及势能回收利用换向阀61的能量回收位切换模块DT2和能量释放模块DT3通信连接。关于控制器与压力传感元件以及电磁铁的反馈控制为挖掘机液压系统中的常用自动控制技术，本实施例在此不对控制器73连接的电路或者通信方式进行赘述。

挖掘机上电时，控制器73不断检测工作模式切换信号发讯器74的信号，如是常规模式信号，则控制器73在工作过程中一直不输出电信号控制比例减压阀82的电磁铁DT1、势能回收利用换向阀61中的换向阀电磁铁DT2和DT3、截止换向阀83的电磁铁DT4，所有这些电磁阀在常位，这时挖掘机动臂工作如常规挖掘机一样；否则如控制器73检测到工作模式切换信号发讯器74的信号是节能模式信号，则工作在节能模式，控制器73再通过不断检测第一压力传感器71和第二压力传感器72的电信号来判断动臂的工作状态。

当控制器73检测到第一压力传感器71有信号时，说明动臂下降先导操作阀52输出了先导压力油，此时是在进行动臂下降操作，则控制器73给比例减压阀82的电磁铁DT1一定大小的电流从而限制第二主泵32充入动臂油缸有杆腔的流量，同时控制器73还让势能回收利用换向阀61中的换向阀电磁铁DT2得电进入能量回收位，能量回收位具有动臂油缸下降再生功能，使动臂油缸的有杆腔和无杆腔差动连通，从而实现动臂势能的增压回收，使动臂整个下降过程的势能与第二主泵32输入有杆腔的能量刚好满足为动臂举升需求而设计的蓄能器能量。

当控制器73检测到压力发讯器7有信号时，说明动臂举升先导操作阀51输出了先导压力油，此时是在进行动臂举升操作，则控制器73让截止换向阀83得电，防止多路换向阀中的第一动臂操作联41换向，第一主泵31不给动臂举升供油，同时控制器73让势能回收利用换向阀61中的换向阀电磁铁DT3得电进入能量释放位，这时动臂举升的压力油由第二主泵32及蓄能器64分别供油，动臂势能回收利用装置6中的双油源耦合器62使不同特性的主泵油源与蓄能器油源相互匹配以满足负载需求压力。当然，如发现让动臂势能回收利用装置6的元件有故障时，可以改变工作模式切换信号发讯器74的信号回到常规控制模式即可。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种挖掘机动臂节能控制系统，其特征在于：包括动臂液压系统和动臂势能回收利用装置；

所述动臂势能回收利用装置包括势能回收利用换向阀、双油源耦合器和蓄能器，所述势能回收利用换向阀包括中位、能量释放位和能量回收位，其中，

所述势能回收利用换向阀位于中位，动臂液压系统的进出油路与动臂油缸的两个油腔通过所述势能回收利用换向阀的中位机能直接连接成回路；

所述势能回收利用换向阀位于能量回收位，所述动臂油缸的两个油腔通过所述势能回收利用换向阀形成差动连通，并且同时连通至蓄能器和动臂液压系统进油路；

所述势能回收利用换向阀位于能量释放位，所述动臂油缸其中一个油腔通过势能回收利用换向阀连通动臂液压系统的回油路，所述动臂油缸另外一个油腔通过双油源耦合器分别连接至动臂液压系统的进油路和蓄能器；

所述动臂液压系统包括挖掘机多路换向阀中的两组动臂操作联和对应两组所述动臂操作联的两组主泵，在控制动臂操作联切换动臂下降和动臂举升的先导油路上分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，并且其中一组动臂操作联的先导油路上设有截止阀，其中，所述第一压力传感器与主泵的排量控制机构以及势能回收利用换向阀的能量回收位切换模块反馈连接，所述第二压力传感器与截止阀以及势能回收利用换向阀的能量释放位切换模块反馈连接；所述势能回收利用换向阀的能量回收位中，设有差动单向阀将所述动臂油缸的两个油腔连接的工作油口实现单向差动连通；

所述截止阀为设置在动臂操作联先导油路上的两位截止换向阀，所述两位截止换向阀的电磁铁与第二压力传感器反馈连接。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机动臂节能控制系统，所述势能回收利用换向阀为三位七通电液换向阀，其分别对应能量回收位的电磁铁和对应能量释放位的电磁铁分别与第一压力传感器和第二压力传感器反馈连接，所述势能回收利用换向阀具有进油口、回油口、两组工作油口以及三组节能油口，所述进油口、回油口以及两组工作油口分别对接动臂油缸的两个油口以及液压系统的进出油路，其中一组节能油口连接至蓄能器，另外两组节能油口汇接至双油源耦合器，所述双油源耦合器并联连接至动臂油缸的其中一个油腔，并在所述双油源耦合器与动臂油缸的并联油路上设有能量释放单向阀；

所述势能回收利用换向阀位于中位，所述动臂油缸的两个油腔与液压系统的进出油路通过所述势能回收利用换向阀的进油口、回油口以及两组工作油口连通形成回路，三组所述节能油口分别截止；

所述势能回收利用换向阀位于能量回收位，所述动臂油缸的两个油腔通过所述势能回收利用换向阀的两组工作油口形成差动连通，该两组工作油口还分别连通至与连接蓄能器的节能油口以及连接至液压系统进油路的进油口连通，所述回油口以及连接至双油源耦合器的两组节能油口分别截止；

所述势能回收利用换向阀位于能量释放位，所述动臂油缸其中一个油腔通过其中一组工作油口以及进油口连通液压系统的回油路，另外一组工作油口截止，回油口与连接至双油源耦合器的其中一组节能油口连通，所述动臂油缸另外一个油腔通过双油源耦合器分别连接至液压系统的进油路和蓄能器。

3.根据权利要求2所述的一种挖掘机动臂节能控制系统，所述双油源耦合器为双缸耦合器，包括并联设置的第一缸和第二缸，所述第一缸与第二缸内部的活塞同步连接，所述第一缸和第二缸内部油腔分别连接至势能回收利用换向阀的两组节能油口，作为双油源耦合器的进油端，所述第一缸或第二缸的另一油腔通过输出端并联连接至动臂油缸的其中一个油腔，同时双油源耦合器的输出端通过单向进油路连接油箱。

4.根据权利要求3所述的一种挖掘机动臂节能控制系统，所述双缸耦合器内部设有用于活塞回位的回位弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种挖掘机动臂节能控制系统，所述双油源耦合器为双马达耦合器，包括并联设置的两组耦合马达，两组所述耦合马达的输入端分别连接至势能回收利用换向阀的两组节能油口，两组所述耦合马达的输出端并联汇接后再并联连接至动臂油缸的其中一个油腔。

6.根据权利要求1所述的一种挖掘机动臂节能控制系统，所述主泵的排量控制机构包括在排量负控口、多路换向阀的先导油路以及动臂操作联的先导油源之间设置的信号或阀，以及所述信号或阀与动臂操作联的先导油源之间的比例减压阀，所述比例减压阀的电磁铁与第一压力传感器反馈连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种挖掘机动臂节能控制系统，还包括通信连接的控制器和工作模式切换信号发讯器，所述控制器与第一压力传感器、第二压力传感器、主泵的排量控制机构、截止阀以及势能回收利用换向阀的能量回收位切换模块和能量释放模块通信连接。

8.一种挖掘机动臂节能控制方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任一项所述的控制系统，包括常规控制模式和节能控制模式；

所述常规控制模式下，通过工作模式切换信号发讯器给出常规控制模式的信号到控制器，所述控制器不监控第一压力传感器和第二压力传感器，势能回收利用换向阀处于中位，主泵的排量控制机构以及截止阀均处于常位，所述动臂油缸通过动臂液压系统实现常规控制；

所述节能控制模式下，通过工作模式切换信号发讯器发出节能工作模式的信号到控制器，所述控制器不断检测第一压力传感器和第二压力传感器的信号，

其中，

当所述控制器检测到第一压力传感器发出的压力信号后，此时挖掘机的动臂处于下降动作，所述控制器控制主泵的排量控制机构，减小主泵向动臂油缸泵送液压油的排量，同时所述控制器控制势能回收利用换向阀处于能量回收位，通过动臂势能回收利用装置对动臂下降的势能转变的压力油进行回收，

当所述控制器检测到第二压力传感器发出的压力信号后，此时挖掘机的动臂处于举升动作，所述控制器控制截止阀得电，使得所述截止阀对应的动臂操作联停止对动臂油缸供油，由动臂液压系统的一组主泵和动臂操作联对动臂油缸进行供油，同时控制器控制势能回收利用换向阀处于能量释放位，所述动臂液压系统的供油连同动臂势能回收利用装置回收的压力油一同对动臂油缸进行供油。