CN111119271A - 基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法 - Google Patents

基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法，属于能量回收技术领域，提升装置包括用于储存回收液压油的储能装置，储能装置的进油口通过液压油管分别与回转马达和动臂油缸的回油口连通，储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵的进油口连通用于驱动液压气泵，液压油管上设置有用于控制液压油管通断的控制阀组；发动机进气口连通有用于输入高压空气的增压管，液压气泵安装在增压管上用于将空气压缩后引入发动机进气口，本设计提高了发动机在低转速下的进气压力，改善低转速发动机响应性，提升了高原地区挖掘机的瞬态作业能力，保证了液压系统工作的稳定性。

Description

基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法
技术领域
本发明属于能量回收技术领域，具体涉及一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法。
背景技术
目前挖掘机在高原作业时，因传统的普通机械增压器机型在低速段的增压能力制约，导致低速段作业时进气压力偏低，进气压力低限制了发动机的瞬态喷油响应和燃烧效果，瞬态作业对发动机的功率需求无法得到满足，导致挖掘机瞬态作业时发动机掉转速较多，从而导致液压系统工作不稳定、发动机转速波动的振动和噪声较大，严重时会出现发动机熄火现象。挖掘机在回转制动、动臂下降等过程中，为能量损失阶段，高压油转为低压油过程中的能量没有得到利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法，改善发动机高原地区低转速进气不足的问题，提高了能量利用率。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，包括用于储存回收液压油的储能装置，所述储能装置的进油口通过液压油管分别与回转马达和动臂油缸的回油口连通，所述储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵的进油口连通用于驱动所述液压气泵，所述液压油管上设置有用于控制所述液压油管通断的控制阀组；发动机进气口连通有用于输入高压空气的增压管，所述液压气泵安装在所述增压管上用于将空气压缩后引入所述发动机进气口。
进一步的，所述发动机进气口还连通有用于输入新鲜空气的进气管，所述进气管上依次设置有空滤器、增压器和中冷器，所述增压管的进气口连通所述空滤器的出气口，所述增压管的出气口与所述发动机进气口直接连通。
进一步的，所述控制阀组包括用于控制所述储能装置与所述液压气泵之间的所述液压油管通断的第一控制阀、用于控制所述回转马达与所述储能装置之间的所述液压油管通断的第二控制阀以及用于控制所述动臂油缸与所述储能装置之间的所述液压油管通断的第三控制阀。
进一步的，所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀均为电磁阀。
进一步的，所述控制阀组由控制单元进行控制，所述控制单元包括计时模块。
一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，将回转马达和动臂油缸的出油口分别通过液压油管与储能装置的进油口连通，储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵连通，通过所述液压油管上设置的控制阀组控制所述液压油管的通断，所述液压气泵安装在发动机进气口连通的增压管上，通过控制所述控制阀组使所述储能装置中的液压油驱动所述液压油泵，将所述增压管中的空气压缩后引入所述发动机进气口。
进一步的，所述发动机进气口还连通有用于输入新鲜空气的进气管，所述进气管上依次设置有空滤器、增压器和中冷器，所述增压管的进气口连通所述空滤器的出气口；所述增压管的出气口与所述发动机进气口直接连通，所述增压管中的空气与所述进气管中经所述中冷器中冷后的空气混合进入所述发动机进气口。
进一步的，所述控制阀组包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述第一控制阀用于控制所述储能装置与所述液压气泵之间的所述液压油管的通断，所述第二控制阀用于控制所述回转马达与所述储能装置之间的所述液压油管的通断，所述第三控制阀用于控制所述动臂油缸与所述储能装置之间的所述液压油管的通断。
进一步的，所述控制阀组由控制单元控制，启动条件全部满足时，所述控制单元控制所述第一控制阀开启，所述储能装置中的所述液压油驱动所述液压气泵工作；所述启动条件包括：
(1)发动机处于油门手柄档位控制的恒转速工作模式时；
(2)作业需求转速在较低需求时；
(3)发动机的实际转速在需求转速的上下偏差限范围内；
(4)发动机具备一定的负荷率；
(5)发动机实际进气压力低于要求的限值。
进一步的，所述控制单元包括计时模块，所述控制阀组开启时所述计时模块开始计时，所述计时模块计时达到最小持续时间时，所述控制单元控制所述控制阀组关闭；所述计时模块计时未达到最小持续时间且所述启动条件再次满足时，所述计时模块重新开始计时。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置包括用于储存回收液压油的储能装置，储能装置的进油口通过液压油管分别与回转马达和动臂油缸的回油口连通，储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵的进油口连通用于驱动液压气泵，液压油管上设置有用于控制液压油管通断的控制阀组；发动机进气口连通有用于输入高压空气的增压管，液压气泵安装在增压管上用于将空气压缩后引入发动机进气口，通过在发动机中引入增压后的空气，可提高发动机在低转速下的进气压力，改善低转速发动机响应性，提升了高原地区挖掘机的瞬态作业能力，保证了液压系统工作的稳定性。
本发明的基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，将回转马达和动臂油缸的出油口分别通过液压油管与储能装置的进油口连通，储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵连通，通过液压油管上设置的控制阀组控制液压油管的通断，液压气泵安装在发动机进气口连通的增压管上，通过控制控制阀组使储能装置中的液压油驱动液压油泵，将增压管中的空气压缩后引入发动机进气口，可提高发动机在低转速下的进气压力，改善低转速发动机响应性，从而极大的提升高原地区挖掘机的瞬态作业能力
综上所述，本发明的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法解决了现有技术中挖掘机在高原作业时低速段作业进气压力偏低导致液压系统工作不稳定的问题，本发明的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法，可回收挖掘机回转制动和动臂下降过程中的液压能量并进行存储，用于驱动液压气泵将增压空气引入到发动机进气口，提高发动机在低转速下的进气压力，改善低转速发动机响应性，有效提高能量利用率。
附图说明
图1是本发明基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法的原理示意图；
图中，1-回转马达，2-动臂油缸，3-控制阀组，4-储能装置，5-液压气泵，6-发动机进气口，7-空滤器，8-增压器，9-中冷器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书中涉及到的方位均以附图所示为准，仅代表相对位置关系，不代表绝对位置关系。
实施例一：
如图1所示，一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，包括用于储存回收液压油的储能装置4，储能装置4的进油口通过液压油管分别与回转马达1和动臂油缸2的回油口连通，储能装置4的出油口通过液压油管与液压气泵5的进油口连通用于驱动液压气泵5，液压油管上设置有用于控制液压油管通断的控制阀组3。发动机进气口6连通有用于输入高压空气的增压管，液压气泵5安装在增压管上用于将空气压缩后引入发动机进气口6。其中，储能装置4为蓄能器。图中，细箭头指向为液压油路，粗箭头指向为气路。
如图1所示，发动机进气口6还连通有用于输入新鲜空气的进气管，进气管上依次设置有空滤器7、增压器8和中冷器9。为避免杂质进入发动机，增压管的进气口需要连通空滤器7的出气口，即液压气泵5加压取自的新鲜空气必须取自空滤器7之后。增压管的出气口与发动机进气口6直接连通，即液压气泵5加压后的空气需引入到发动机进气口6而不能引入中冷器9前或增压器8前，引入增压器8前会干扰增压器8，引入中冷器9前会由于进气管过长对瞬态进气提升效果不明显。同时，考虑到液压气泵5加压后的空气温升不大，直接引入发动机进气口6对整体进气温度影响不大。
控制阀组3包括用于控制储能装置4与液压气泵5之间的液压油管通断的第一控制阀、用于控制回转马达1与储能装置4之间的液压油管通断的第二控制阀以及用于控制动臂油缸2与储能装置4之间的液压油管通断的第三控制阀(图中未示出)。其中，第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀均为电磁阀。第二控制阀仅回转马达1制动时开启，第三控制阀仅动臂下降时开启。
液压气泵5工作的时间开始点和时长需严格控制，才能保证回收的能量最有效利用，对整体的高原能力提升效果起到作用。液压气泵5是否工作受控制阀组3来控制，控制阀组3由控制单元进行控制，当控制单元检测到挖掘机状态满足启动条件时，控制单元控制第一控制阀开启，液压油驱动液压气泵5工作给发动机补充高压空气。控制单元包括计时模块，为了避免每次开启后立即出现关闭条件的瞬态波动，每次开启液压气泵5有一个最小持续时间，计时模块计时达到该时间时，控制单元控制控制阀组3关闭。该时间由作业需求转速和实际进气压力查标定脉普得到。
实施例二：
如图1所示，一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，将回转马达1和动臂油缸2的出油口分别通过液压油管与储能装置4的进油口连通，储能装置4的出油口通过液压油管与液压气泵5连通，通过液压油管上设置的控制阀组3可控制液压油管的通断。液压气泵5安装在发动机进气口6连通的增压管上，通过控制控制阀组3使储能装置4中的液压油驱动液压油泵，将增压管中的空气压缩后引入发动机进气口6。
如图1所示，发动机进气口6还连通有用于输入新鲜空气的进气管，进气管上依次设置有空滤器7、增压器8和中冷器9。增压管的进气口连通空滤器7的出气口，可为避免杂质进入发动机。增压管的出气口与发动机进气口6直接连通，增压管中的空气与进气管中经中冷器9中冷后的空气混合由发动机进气口6进入发动机燃烧室，可避免干扰增压器8以及保证瞬态进气提升效果明显，且对整体进气温度影响不大。
控制阀组3包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，第一控制阀用于控制储能装置4与液压气泵5之间的液压油管的通断，第二控制阀用于控制回转马达1与储能装置4之间的液压油管的通断，第三控制阀用于控制动臂油缸2与储能装置4之间的液压油管的通断。
控制阀组3由控制单元控制，启动条件全部满足时，控制单元控制第一控制阀开启，储能装置4中的液压油驱动液压气泵5工作给发动机补充高压空气；启动条件包括：
(1)发动机处于油门手柄档位控制的恒转速工作模式时；
(2)作业需求转速在较低需求时；
(3)发动机的实际转速在需求转速的上下偏差限范围内；
(4)发动机具备一定的负荷率，即非原地空载模式；
(5)发动机实际进气压力低于要求的限值，其中，该限值由发动机转速和扭矩查标定脉普得到。
为了避免每次开启后立即出现关闭条件的瞬态波动，每次开启液压气泵5有一个最小持续时间，该时间由作业需求转速和实际进气压力查标定脉普得到。最小持续时间通过控制单元的计时模块实现控制，控制阀组3开启时计时模块开始计时，计时模块计时达到最小持续时间时，控制单元控制控制阀组3关闭；计时模块计时未达到最小持续时间且启动条件再次满足时，计时模块重新开始计时。
本发明的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置及方法通过将挖掘机回转制动和动臂下降过程中的液压能量回收存储，用于驱动液压气泵，将增压空气定时定量的引入到发动机进气口中，可提高发动机在低转速下的进气压力，改善低转速发动机响应性，有效提高能量利用率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，这些仅仅是举例说明，本发明的保护范围是由所述权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，在没有经过任何创造性的劳动下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，包括用于储存回收液压油的储能装置，所述储能装置的进油口通过液压油管分别与回转马达和动臂油缸的回油口连通，其特征在于，所述储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵的进油口连通用于驱动所述液压气泵，所述液压油管上设置有用于控制所述液压油管通断的控制阀组；发动机进气口连通有用于输入高压空气的增压管，所述液压气泵安装在所述增压管上用于将空气压缩后引入所述发动机进气口。
2.根据权利要求1所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，其特征在于，所述发动机进气口还连通有用于输入新鲜空气的进气管，所述进气管上依次设置有空滤器、增压器和中冷器，所述增压管的进气口连通所述空滤器的出气口，所述增压管的出气口与所述发动机进气口直接连通。
3.根据权利要求1所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，其特征在于，所述控制阀组包括用于控制所述储能装置与所述液压气泵之间的所述液压油管通断的第一控制阀、用于控制所述回转马达与所述储能装置之间的所述液压油管通断的第二控制阀以及用于控制所述动臂油缸与所述储能装置之间的所述液压油管通断的第三控制阀。
4.根据权利要求3所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，其特征在于，所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述第三控制阀均为电磁阀。
5.根据权利要求1所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升装置，其特征在于，所述控制阀组由控制单元进行控制，所述控制单元包括计时模块。
6.一种基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，其特征在于，将回转马达和动臂油缸的出油口分别通过液压油管与储能装置的进油口连通，储能装置的出油口通过液压油管与液压气泵连通，通过所述液压油管上设置的控制阀组控制所述液压油管的通断，所述液压气泵安装在发动机进气口连通的增压管上，通过控制所述控制阀组使所述储能装置中的液压油驱动所述液压油泵，将所述增压管中的空气压缩后引入所述发动机进气口。
7.根据权利要求6所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，其特征在于，所述发动机进气口还连通有用于输入新鲜空气的进气管，所述进气管上依次设置有空滤器、增压器和中冷器，所述增压管的进气口连通所述空滤器的出气口；所述增压管的出气口与所述发动机进气口直接连通，所述增压管中的空气与所述进气管中经所述中冷器中冷后的空气混合进入所述发动机进气口。
8.根据权利要求6所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，其特征在于，所述控制阀组包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述第一控制阀用于控制所述储能装置与所述液压气泵之间的所述液压油管的通断，所述第二控制阀用于控制所述回转马达与所述储能装置之间的所述液压油管的通断，所述第三控制阀用于控制所述动臂油缸与所述储能装置之间的所述液压油管的通断。
9.根据权利要求8所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，其特征在于，所述控制阀组由控制单元控制，启动条件全部满足时，所述控制单元控制所述第一控制阀开启，所述储能装置中的所述液压油驱动所述液压气泵工作，所述启动条件包括：
(1)发动机处于油门手柄档位控制的恒转速工作模式时；
(2)作业需求转速在较低需求时；
(3)发动机的实际转速在需求转速的上下偏差限范围内；
(4)发动机具备一定的负荷率；
(5)发动机实际进气压力低于要求的限值。
10.根据权利要求9所述的基于能量回收的挖掘机高原能力提升方法，其特征在于，所述控制单元包括计时模块，所述控制阀组开启时所述计时模块开始计时，所述计时模块计时达到最小持续时间时，所述控制单元控制所述控制阀组关闭；所述计时模块计时未达到最小持续时间且所述启动条件再次满足时，所述计时模块重新开始计时。
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