CN111396378A - 用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统及其作用方法 - Google Patents

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Abstract

用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统及其作用方法，属于工程机械领域。包括电驱动装置和液压装置。蓄电池给控制器供电，控制器调节电动机的转动方向和转速，电动机驱动液压马达，当液压马达反拖电动机时，电驱动装置能实现反拖发电能量回收。在变幅上升时，电动机正转驱动马达，输出压力油供给液压缸无杆腔，活塞杆伸出，此过程中电能转换为重力势能。在变幅下降时，电动机反转，液压缸无杆腔的压力油通过液压马达驱动电动机，电动机处于反拖发电工况，产生的电能储存到蓄电池中，在变幅上升时能量可以重新被利用。本发明将变幅下降时起重臂和吊重的重力势能加以回收利用，能够显著降低能耗、提高系统效率、减少发热。

Description

用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统及其作用方法
技术领域
本发明涉及工程机械领域，主要应用于汽车起重机、集装箱正面吊和高空作业车等起重机械的臂杆液压缸变幅机构，也适用于集装箱堆高机等起重机械的液压缸驱动起升机构，以电驱动装置为液压系统动力源，实现变幅升降动作及下降过程中的能量回收和再利用。
背景技术
汽车起重机、集装箱正面吊等起重机械作业过程中，需要改变工作幅度，通常通过液压缸的活塞杆伸缩改变起重臂的仰角实现。
液压缸为单出杆双作用活塞缸，液压回路调速方式通常为开式泵控容积调速、开式阀控节流调速或开式阀控容积节流调速回路，在液压缸的无杆腔接有平衡阀或节流阀。
在变幅机构工作时，对于泵和主阀，开式泵控容积调速无溢流损失、无节流损失，开式阀控节流调速有溢流损失、有节流损失，开式阀控容积节流调速回路无溢流损失、有节流损失。
当变幅下降时，无杆腔的压力油液通过平衡阀或节流阀回油箱，臂杆和起吊物的重力势能转换为节流阀口处的油液发热，最终通过油箱散热释放。当采用平衡阀时，为了打开平衡阀和使下降速度稳定可控，泵还需提供决定下降速度的流量且约3Mpa压力的油液进入有杆腔，这部分液压功率也通过散热释放。
为了最大限度地降低变幅机构的能耗，减少发热，提高系统效率，应采用容积调速避免泵溢流损失和主阀节流损失，并且将变幅下降过程中的重力势能加以回收利用。已公开的能量回收技术通常采用液压蓄能器，液压回路复杂，体积大，回收效率低，能量储存量受限，能量再利用难度大。
另一方面，常规的移动起重机通常采用柴油发动机驱动液压泵。柴油发动机体积大、效率低、噪音大、排放污染大，不符合节能减排的环保大趋势。
发明内容
为实现起重机作业的节能减排，本发明提供了一种电动机驱动的液压系统，实现变幅升降动作及下降过程中的能量回收和再利用。
本发明采用的技术方案是：
用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统，所述的电动机驱动液压系统包括电驱动装置和液压装置。
电驱动装置包括依次相连的蓄电池1、控制器2和电动机3。蓄电池1储存高压直流电能，给控制器2供电，控制器2连接电动机3，并且控制电动机3的启动、停止、转动方向及调速。当电动机3驱动外负载时，电动机3对外做功，电能转换为液压能及机械能；当外负载反拖驱动电动机3时，机械能及液压能转换为电能，电动机3处于发电状态，所发电能通过控制器2回馈到蓄电池1进行充电和能量回收。进一步的，电动机3的轴与液压马达4的轴相连接，电动机3驱动液压马达4时输出能量，当液压马达4反拖驱动电动机3时，电动机3发电储存至蓄电池1实现能量回收。
液压装置包括液压马达4、液压缸5、蓄能器6、第一单向阀7、第二单向阀8、液控单向阀9、电磁换向阀10、溢流阀11和油箱12。液压缸5的有杆腔通大气，无杆腔接第二单向阀8的A口和液控单向阀9的B口。液控单向阀9的A口与第一单向阀7的B口相连，第二单向阀8的B口蓄能器6的A口相连，蓄能器6的A口还通过电磁换向阀10与液控单向阀9的控制口C相连；液控单向阀9在控制口C无压力时，反向截止，封住液压缸5的无杆腔油液，使液压缸5处于停止状态不下滑。液压缸5的无杆腔压力油通过第二单向阀8的A口对蓄能器6充油。电磁换向阀10通电时，蓄能器6中的压力油作用到液控单向阀9的控制口C，液控单向阀9反向导通。第一单向阀7和溢流阀11并联在液压马达4的A和B口之间；当液压马达4反向转动时，如果液压马达4的A口供油流量不足，通过第一单向阀7对液压马达4的A口进行补油防止吸空，当液压马达4正转时，如果液压马达4的A口压力过高，通过溢流阀11对液压马达4的A口压力进行安全限制。油箱12储存液压油，置于高位置，改善液压马达4的吸油条件。
进一步的，液压马达4为变量马达，排量可以在0至100％之间设置，由电动机3驱动液压马达4的轴可正反方向旋转，转速可以在0至100％之间设置。液压马达4采用变量马达的原因是，电动机3需要达到高转速，反拖发电及制动的效果才理想，同样机构速度下，液压马达4小排量时，电动机3可以处于更高的转速。
液压原理图如图1所示。
本发明的效果和益处是：
采用蓄电池和电动机作为液压装置的动力源，体积小、噪音低、效率高、无排放、操作方便、可靠性高。
液压装置为开式容积调速回路，回路简洁，元件少，工作时系统无溢流损失和节流损失，系统效率高，工作速度与负载无关，调速刚性大，微动性能好。
变幅下降时，臂杆和起吊物的重力势能转换为电能储存到蓄电池中实现能量回收，当变幅上升时，回收的能量可方便地再利用，能够显著降低能耗、提高系统效率、减少发热。
附图说明
图1是本发明的液压装置原理图。
图中：1.蓄电池，2.控制器，3.电动机，4.液压马达，5.液压缸，6.蓄能器，7.第一单向阀，8.第二单向阀，9.液控单向阀，10.电磁换向阀，11.溢流阀，12.油箱。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
变幅停止动作工况：电动机3停止，电磁换向阀10断电，液控单向阀9反向截止，封住液压缸5的无杆腔油液，活塞杆保持在固定位置，变幅机构不动作。臂杆和起吊物重量通过活塞杆作用到无杆腔油液，产生压力，该压力油通过第二单向阀8进入蓄能器6，充油至蓄能器6内压力与无杆腔压力相同，当无杆腔压力低于蓄能器6内压力时，第二单向阀8反向截止，蓄能器6内油液压力能保持，作为开启液控单向阀9的控制油源。
变幅上升动作工况：电磁换向阀10断电，液压马达4处于最大排量，电动机3正转由0开始增速到最高工作转速，液压马达4的B口由油箱12吸入油液，A口输出油液，压力超过溢流阀11的调定压力则溢流，起安全保护作用，第一单向阀7反向截止对回路无影响，油液由液控单向阀9的A口进入B口流出进入液压缸5的无杆腔，克服重力负载，推动活塞杆伸出，实现变幅上升动作。活塞杆伸出速度，由电动机3的转速调节，转速越高、速度越大，而液压马达4处于最大排量时马达可以实现最大工作效率。变幅上升过程中，电动机3工作于电动工况，系统输出能量，蓄电池1中的电能转换为臂杆和起吊物的重力势能。
变幅下降动作工况：电磁换向阀10通电，蓄能器6中的压力油通过电磁换向阀10作用到液控单向阀9的C口，液控单向阀9反向导通，液压缸5的无杆腔中压力油通过液控单向阀9的B口到A口，进入液压马达4的A口，同时电动机3反转达到工作转速，液压马达4排量由0开始增加，最大到100％排量，油液由液压马达的B口流回油箱12，活塞杆在臂杆和起吊物重量作用下回缩，实现变幅下降动作。活塞杆缩回速度，由液压马达4的排量决定，排量越大、速度越大，而电动机3处于反拖发电最佳效率的工作转速。变幅下降过程中，液压马达3驱动电动机3转动，电动机3工作于反拖发电工况，系统回收能量，臂杆和起吊物的重力势能转换为蓄电池1中的电能。

Claims (4)

1.用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统，其特征在于，所述的电动机驱动液压系统包括电驱动装置和液压装置；电驱动装置包括依次相连的蓄电池(1)、控制器(2)和电动机(3)；液压装置包括液压马达(4)、液压缸(5)、蓄能器(6)、第一单向阀(7)、第二单向阀(8)、液控单向阀(9)、电磁换向阀(10)、溢流阀(11)和油箱(12)；
蓄电池(1)储存高压直流电能，给控制器(2)供电，控制器(2)控制电动机(3)的启动、停止、转动方向及调速；电动机(3)的轴与液压马达(4)的轴相连接，电动机(3)驱动液压马达(4)时输出能量，当液压马达(4)反拖驱动电动机(3)时，电动机(3)发电储存至蓄电池(1)实现能量回收；液压缸(5)的有杆腔通大气，无杆腔接第二单向阀(8)的A口和液控单向阀(9)的B口；液控单向阀(9)的A口与第一单向阀(7)的B口相连，第二单向阀(8)的B口蓄能器(6)的A口相连，蓄能器(6)的A口还通过电磁换向阀(10)与液控单向阀(9)的控制口C相连；第一单向阀(7)和溢流阀(11)并联在液压马达(4)的A和B口之间。
2.根据权利要求1所述的用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统，其特征在于，液压马达(4)为变量马达，排量能在0至100％之间设置。
3.权利要求1或2任一所述的用于起重机变幅机构的电动机驱动液压系统的作用方法，其特征在于，变幅机构不动作时，通过液控单向阀(9)截止液压缸(5)无杆腔油液，使液压缸(5)的活塞杆保持固定位置；变幅机构上升动作时，电动机(3)正转驱动液压马达(4)，油箱(12)内油液进入液压马达(4)B口、由A口出油，通过液控单向阀(9)，进入液压缸(5)无杆腔，活塞杆伸出，同时对蓄能器(6)进行充油，此过程中蓄电池(1)的电能对外做功；变幅机构下降动作时，电动机(3)反转，电磁换向阀(10)动作，蓄能器(6)中储存的压力油使液控单向阀(9)反向开启，液压缸(5)无杆腔的油液进入液压马达(4)的A口，由B口进入油箱(12)，此过程中变幅机构下降势能通过液压马达(4)驱动电动机发电存储到蓄电池(1)中，实现能量回收，在变幅上升时能量能重新被利用。
4.根据权利要求3所述的作用方法，其特征在于，变幅机构上升动作时，电动机(3)正转，液压马达(4)处于100％排量，调整电动机(3)的转速来控制液压缸(3)的活塞杆的伸出速度；变幅机构下降动作时，电动机(3)反转，电动机(3)处于固定的工作转速，调整液压马达(4)的排量来控制液压缸(3)的活塞杆的缩回速度。
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