CN111720389B - 一种组合式液压势能再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种组合式液压势能再生系统，包括油箱、工作单元、增压单元、储能单元、控制单元以及动力单元；其中，所述工作单元包括主液压缸、负载、第一辅助液压缸、第二辅助液压缸；所述压力单元包括单作用增压缸缸体、活塞、活塞杆等；所述储能单元有蓄能器；所述控制单元包括单向阀、三位四通电磁换向阀、两位两通电磁换向阀；所述动力单元包括液压泵和电动机。本发明能够在负载下降时，将负载产生的重力势能转化为液压油的压力能，经过管道的运输，流经一个单作用增压缸，根据增压缸的工作原理，可将输入压力进行变换，以较高压力输出并储存到蓄能器中，在负载上升时，推动第一辅助液压缸和第二辅助液压缸的活塞杆由无杆腔向有杆腔移动，共同辅助主液压缸推动负载上升，从而提高回路能量回收利用率，更好的实现液压能量再生，达到节约能源的效果。

Description

一种组合式液压势能再生系统
技术领域
本发明涉及一种组合式液压势能再生系统。
背景技术
液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大的重视。目前，由于液压技术能够实现无级调速，功率重量比大，体积小，可以实现快速启动、制动和频繁的换向，正广泛的应用于各大工程领域，并在未来有望可以应用到更广泛的领域当中。但因为液压技术存在传动效率低的缺点，因此，液压缸的节能已经引起了人们的广泛关注与重视。
而本发明是将负载下降时产生的重力势能转化为液压油的压力能，经过管道的运输，流经一个单作用增压缸，根据增压缸的工作原理，可将输入压力进行变换，以较高压力输出储存到蓄能器中，从而提高回路能量回收利用率，更好的实现液压能量再生，达到节约能源的效果
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明公开了一种组合式液压势能再生系统，包括油箱、工作单元、增压单元、储能单元、控制单元、动力单元；
所述工作单元包括第一辅助液压缸、主液压缸、负载、第二辅助液压缸；
所述增压单元包括单作用增压缸缸体、第一活塞、活塞杆、第二活塞，其中第一活塞和第二活塞都紧固在活塞杆的两端，并且可以在单作用增压缸缸体内自由滑动；
所述储能单元包括蓄能器；
所述动力单元包括液压泵、电动机；
其特征在于：
所述控制单元包括单向阀、第一两位两通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、第二两位两通电磁换向阀、第三两位两通电磁换向阀、第四两位两通电磁换向阀、第五两位两通电磁换向阀；
所述增压单元还包括由辅助液压泵、液控单向阀、单向阀组成的增压缸复位回路，用于液压势能回收完成后的增压缸复位；所述辅助液压泵分别与液控单向阀的控制口P和单向阀的入口相连接，液控单向阀的出口、单向阀的出口分别与增压缸缸体的C口、D口相连接，液控单向阀的入口与油箱相连接；
所述负载分别与第一辅助液压缸、主液压缸和第二辅助液压缸等的活塞杆相连接，第一辅助液压缸和第二辅助液压缸的有杆腔油口均与油箱相连接；第一辅助液压缸和第二辅助液压缸的无杆腔油口相连接后合并为一条油路，该油路分别与第四两位两通电磁换向阀的B口、第五两位两通电磁换向阀的A口相连接，第四两位两通电磁换向阀的A口与蓄能器相连接，第五两位两通电磁换向阀的B口与油箱相连；
所述主液压缸的有杆腔油口连接三位四通电磁换向阀的B口；主液压缸的无杆腔油口分别连接两条油路，第一条连接三位四通电磁换向阀的A口，第二条连接第二两位两通电磁换向阀的B口；第二两位两通电磁换向阀的A口连接单作用增压缸缸体的A口，单作用增压缸缸体的B口连接第三两位两通电磁换向阀的B口，第三两位两通电磁换向阀的A口与蓄能器相连接；
所述三位四通电磁换向阀的C口连接液压泵的出油口，液压泵的进油口连接单向阀的出油口，单向阀的进油口连接到油箱；所述三位四通电磁换向阀的D口连接第一两位两通电磁换向阀的A口，第一两位两通电磁换向阀的B口连接油箱。
优选的，所述工作单元中主液压缸、第一辅助液压缸、第二辅助液压缸的工作行程相等。
优选的，所述工作单元中主液压缸为A1、第一辅助液压缸为A2、第二辅助液压缸为A3，所述增压单元中第一活塞的面积为B1、第二活塞的面积为B2，其中A2=A3，A1=A2*B1/B2/2 。
优选的，所述第一两位两通电磁换向阀、第二两位两通电磁换向阀、第三两位两通电磁换向阀、第四两位两通电磁换向阀、第五两位两通电磁换向阀中“常态位”为远离电磁阀的位置，“控制位”为靠近电磁阀的位置，三位四通换向阀的中位为“常态位”，左位和右位为“控制位”，其中“常态位”是指失电状态下换向阀所处的位置，“控制位”是指得电状态下换向阀所处的位置。
本发明公开了一种组合式液压势能再生系统，包括油箱、工作单元、增压单元、储能单元、控制单元、动力单元；
所述工作单元包括第一倒立辅助液压缸、主液压缸、负载、第二倒立辅助液压缸、连接杆；
所述增压单元包括单作用增压缸缸体、第一活塞、活塞杆、第二活塞，其中第一活塞和第二活塞都紧固在活塞杆的两端，并且可以在单作用增压缸缸体内自由滑动；
所述储能单元包括蓄能器；
所述动力单元包括液压泵、电动机；
其特征在于：
所述控制单元包括单向阀、第一两位两通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀、第二两位两通电磁换向阀、第三两位两通电磁换向阀、第四两位两通电磁换向阀、第五两位两通电磁换向阀；
所述增压单元还包括由辅助液压泵、液控单向阀、单向阀组成的增压缸复位回路，用于液压势能回收完成后的增压缸复位；所述辅助液压泵分别与液控单向阀的控制口P和单向阀的入口相连接，液控单向阀的出口、单向阀的出口分别与增压缸缸体的C口、D口相连接，液控单向阀的入口与油箱相连接；
所述负载分别与主液压缸的活塞杆以及第一倒立辅助液压缸和第二倒立辅助液压缸的底部相连接；所述连接杆分别与第一倒立辅助液压缸和第二倒立辅助液压缸的活塞杆以及主液压缸的底部相连接；第一倒立辅助液压缸和第二倒立辅助液压缸的有杆腔油口均与油箱相连接；第一辅助液压缸和第二辅助液压缸的无杆腔油口相连接后合并为一条油路，该油路分别与第四两位两通电磁换向阀的B口、第五两位两通电磁换向阀的A口相连接，其中，第四两位两通电磁换向阀的A口与蓄能器相连接，第五两位两通电磁换向阀的B口与油箱相连接；
所述主液压缸的有杆腔油口连接三位四通电磁换向阀的B口；主液压缸的无杆腔油口分别连接两条油路，第一条连接三位四通电磁换向阀的A口，第二条连接第二两位两通电磁换向阀的B口；第二两位两通电磁换向阀的A口连接单作用增压缸缸体的A口，单作用增压缸缸体的B口连接第三两位两通电磁换向阀的B口，第三两位两通电磁换向阀的A口与蓄能器相连接；
所述三位四通电磁换向阀的C口连接液压泵的出油口，液压泵的进油口连接单向阀的出油口，单向阀的进油口连接到油箱；所述三位四通电磁换向阀的D口连接第一两位两通电磁换向阀的A口，第一两位两通电磁换向阀的B口连接油箱。
本发明其他方面、目的和优点结合附图对其进行描述将变得更加明显。
附图说明
结合说明书里的并形成说明书一部分的附图显示了本发明的若干方面，并且附图与下面的描述一起来阐述本发明的工作原理。
图1是本发明处于常态位置时的原理图；
图2是本发明负载下降过程的工作原理图；
图3是本发明负载提升过程的工作原理图；
图4是本发明（倒立缸）液压势能再生系统常态位原理图。
附图标记如下：
10-工作单元；11-第一辅助液压缸；12-主液压缸；13-负载；14-第二辅助液压缸；20-增压单元；21-单作用增压缸缸体；22-第一活塞；23-活塞杆；24-第二活塞；25-辅助液压泵；26-液控单向阀；27-单向阀；30-储能单元；31-蓄能器；40-控制单元；41-单向阀；42-第一两位两通电磁换向阀；43-三位四通电磁换向阀；44-第二两位两通电磁换向阀；45-第三两位两通电磁换向阀；46-第四两位两通电磁换向阀；47-第五两位两通电磁换向阀；50-动力单元；51-液压泵；52-电动机。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。
如图1所示， 一种组合式液压势能再生系统，包括油箱、工作单元10、增压单元20、储能单元30、控制单元40、动力单元50；
所述工作单元10包括第一辅助液压缸11、主液压缸12、负载13、第二辅助液压缸14；
所述增压单元20包括单作用增压缸缸体21、第一活塞22、活塞杆23、第二活塞24，其中第一活塞22和第二活塞24都紧固在活塞杆23的两端，并且可以在单作用增压缸缸体21内自由滑动；
所述储能单元30包括蓄能器31；
所述动力单元50包括液压泵51、电动机52；
其特征在于：
所述控制单元40包括单向阀41、第一两位两通电磁换向阀42、三位四通电磁换向阀43、第二两位两通电磁换向阀44、第三两位两通电磁换向阀45、第四两位两通电磁换向阀46、第五两位两通电磁换向阀47；
所述增压单元20还包括由辅助液压泵25、液控单向阀26、单向阀27组成的增压缸复位回路，用于液压势能回收完成后的增压缸复位；所述辅助液压泵25分别与液控单向阀26的控制口P和单向阀27的入口相连接，液控单向阀26的出口、单向阀27的出口分别与增压缸缸体21的C口、D口相连接，液控单向阀26的入口与油箱相连接；
所述负载13分别与第一辅助液压缸11、主液压缸12和第二辅助液压缸14等的活塞杆相连接，第一辅助液压缸11和第二辅助液压缸14的有杆腔油口均与油箱相连接；第一辅助液压缸11和第二辅助液压缸14的无杆腔油口相连接后合并为一条油路，该油路分别与第四两位两通电磁换向阀46的B口、第五两位两通电磁换向阀47的A口相连接，第四两位两通电磁换向阀46的A口与蓄能器31相连接，第五两位两通电磁换向阀47的B口与油箱相连；
所述主液压缸12的有杆腔油口连接三位四通电磁换向阀43的B口；主液压缸12的无杆腔油口分别连接两条油路，第一条连接三位四通电磁换向阀43的A口，第二条连接第二两位两通电磁换向阀44的B口；第二两位两通电磁换向阀44的A口连接单作用增压缸缸体21的A口，单作用增压缸缸体21的B口连接第三两位两通电磁换向阀45的B口，第三两位两通电磁换向阀45的A口与蓄能器31相连接；
所述三位四通电磁换向阀43的C口连接液压泵51的出油口，液压泵51的进油口连接单向阀41的出油口，单向阀41的进油口连接到油箱；所述三位四通电磁换向阀43的D口连接第一两位两通电磁换向阀42的A口，第一两位两通电磁换向阀42的B口连接油箱。
所述工作单元10中主液压缸12、第一辅助液压缸11、第二辅助液压缸14的工作行程相等。
所述工作单元10中主液压缸12为A1、第一辅助液压缸11为A2、第二辅助液压缸14为A3，所述增压单元20中第一活塞22的面积为B1、第二活塞24的面积为B2，其中A2=A3，A1=A2*B1/B2/2 。
所述第一两位两通电磁换向阀42、第二两位两通电磁换向阀44、第三两位两通电磁换向阀45、第四两位两通电磁换向阀46、第五两位两通电磁换向阀47中“常态位”为远离电磁阀的位置，“控制位”为靠近电磁阀的位置，三位四通换向阀43的中位为“常态位”，左位和右位为“控制位”，其中“常态位”是指失电状态下换向阀所处的位置，“控制位”是指得电状态下换向阀所处的位置。
如图2所示，本发明负载13下降过程工作原理描述如下：
能量回收：电动机52启动，第一两位两通电磁换向阀42、三位四通电磁换向阀43、第二两位两通电磁换向阀44、第三两位两通电磁换向阀45、第五两位两通电磁换向阀47得电，均处于“控制位”，第四两位两通电磁换向阀46失电，处于“常态位”；单向阀41被打开。油箱中的液压油经过单向阀41流经三位四通电磁换向阀43的“控制位”即左位C-B，然后沿管路流进主液压缸12的有杆腔油口，油液压力推动主液压缸12的活塞杆往主液压缸12的无杆腔移动，从而推动无杆腔中的液压油从无杆腔油口流出，负载13开始下降。从主液压缸12的无杆腔油口流出的液压油经过管道流通到第二两位两通电磁换向阀44的右位B-A，再然后流进单作用增压缸缸体21的A口，油液进入单作用增压缸缸体21大腔后，推动第二活塞24往单作用增压缸缸体21的小腔移动，小腔中的油液从单作用增压缸缸体21的B口压出变为高压油，流经第三两位两通电磁换向阀45的右位B-A，进入蓄能器31，负载13下降的重力势能储存进蓄能器31中。
如图3所示，本发明负载13上升过程工作原理描述如下：
能量释放：三位四通电磁换向阀43、第四两位两通电磁换向阀46得电，均处于“控制位”，第一两位两通电磁换向阀42、第二两位两通电磁换向阀44、第三两位两通电磁换向阀45、第五两位两通电磁换向阀47失电，均处于“常态位”。油箱中的液压油经过单向阀41流经三位四通电磁换向阀43“控制位”即右位C-A，然后沿管路流进主液压缸12的无杆腔油口，油液压力推动主液压缸12的活塞杆往主液压缸12的有杆腔移动，从而推动有杆腔中的液压缸油从有杆腔的油口流出，负载13开始上升。从主液压缸12有杆腔的油口流出的压力油经过管道流通到三位四通电磁换向阀43“控制位”即右位B-D，然后流进第一两位两通电磁换向阀42的左位A-B，最后流回油箱。在主液压缸12的活塞杆由无杆腔向有杆腔移动的同时，能量回收过程中储存在蓄能器31中的高压油压力能可辅助驱动回转泵的转动，减少回转马达的功率的输入，储存在蓄能器31中的高压油压力能流经第四两位两通电磁换向阀46的右位A-B，然后分成两条油路，一条流进第一辅助液压缸11的无杆腔，另一条流进第二辅助液压缸14的无杆腔，共同辅助主液压缸12推动负载13上升，从而提高回路能量回收利用率，更好的实现液压能量再生，达到节约能源的效果。
单作用增压缸复位回路：油箱中的液压油流经辅助液压泵25后，分别沿两条油路进行工作。第一条流经单向阀27，然后流进单作用增压缸缸体21小腔的油口D，油液压力推动第一活塞22往单作用增压缸缸体21大腔移动，大腔中的油液受压从大腔的C口流出；从辅助液压泵25流出的压力油经第二条油路即液控单向阀26的控制口P，此时控制口P有控制压力输入，液控单向阀26反向流通，所以从单作用增压缸缸体22大腔C口流出的压力油可以流经液控单向阀26，最后流回油箱。

Claims (5)

1.本发明公开了一种组合式液压势能再生系统，包括油箱、工作单元（10）、增压单元（20）、储能单元（30）、控制单元（40）、动力单元（50）；
所述工作单元（10）包括第一辅助液压缸（11）、主液压缸（12）、负载（13）、第二辅助液压缸（14）；
所述增压单元（20）包括单作用增压缸缸体（21）、第一活塞（22）、活塞杆（23）、第二活塞（24），其中第一活塞（22）和第二活塞（24）都紧固在活塞杆（23）的两端，并且可以在单作用增压缸缸体（21）内自由滑动；
所述储能单元（30）包括蓄能器（31）；
所述动力单元（50）包括液压泵（51）、电动机（52）；
其特征在于：
所述控制单元（40）包括单向阀（41）、第一两位两通电磁换向阀（42）、三位四通电磁换向阀（43）、第二两位两通电磁换向阀（44）、第三两位两通电磁换向阀（45）、第四两位两通电磁换向阀（46）、第五两位两通电磁换向阀（47）；
所述增压单元（20）还包括由辅助液压泵（25）、液控单向阀（26）、单向阀（27）组成的增压缸复位回路，用于液压势能回收完成后的增压缸复位；所述辅助液压泵（25）分别与液控单向阀（26）的控制口P和单向阀（27）的入口相连接，液控单向阀（26）的出口、单向阀（27）的出口分别与增压缸缸体（21）的C口、D口相连接，液控单向阀（26）的入口与油箱相连接；
所述负载（13）分别与第一辅助液压缸（11）、主液压缸（12）和第二辅助液压缸（14）的活塞杆相连接，第一辅助液压缸（11）和第二辅助液压缸（14）的有杆腔油口均与油箱相连接；第一辅助液压缸（11）和第二辅助液压缸（14）的无杆腔油口相连接后合并为一条油路，该油路分别与第四两位两通电磁换向阀（46）的B口、第五两位两通电磁换向阀（47）的A口相连接，第四两位两通电磁换向阀（46）的A口与蓄能器（31）相连接，第五两位两通电磁换向阀（47）的B口与油箱相连；
所述主液压缸（12）的有杆腔油口连接三位四通电磁换向阀（43）的B口；主液压缸（12）的无杆腔油口分别连接两条油路，第一条连接三位四通电磁换向阀（43）的A口，第二条连接第二两位两通电磁换向阀（44）的B口；第二两位两通电磁换向阀（44）的A口连接单作用增压缸缸体（21）的A口，单作用增压缸缸体（21）的B口连接第三两位两通电磁换向阀（45）的B口，第三两位两通电磁换向阀（45）的A口与蓄能器（31）相连接；
所述三位四通电磁换向阀（43）的C口连接液压泵（51）的出油口，液压泵（51）的进油口连接单向阀（41）的出油口，单向阀（41）的进油口连接到油箱；所述三位四通电磁换向阀（43）的D口连接第一两位两通电磁换向阀（42）的A口，第一两位两通电磁换向阀（42）的B口连接油箱。
2.根据权利要求1所述的一种组合式液压势能再生系统，其特征在于：所述工作单元（10）中主液压缸（12）、第一辅助液压缸（11）、第二辅助液压缸（14）的工作行程相等。
3.根据权利要求1所述的一种组合式液压势能再生系统，其特征在于：所述工作单元（10）中主液压缸（12）为A1、第一辅助液压缸（11）为A2、第二辅助液压缸（14）为A3，所述增压单元（20）中第一活塞（22）的面积为B1、第二活塞（24）的面积为B2，其中A2=A3，A1=A2*B1/B2/2 。
4.根据权利要求1所述的一种组合式液压势能再生系统，其特征在于：所述第一两位两通电磁换向阀（42）、第二两位两通电磁换向阀（44）、第三两位两通电磁换向阀（45）、第四两位两通电磁换向阀（46）、第五两位两通电磁换向阀（47）中“常态位”为远离电磁阀的位置，“控制位”为靠近电磁阀的位置，三位四通换向阀（43）的中位为“常态位”，左位和右位为“控制位”，其中“常态位”是指失电状态下换向阀所处的位置，“控制位”是指得电状态下换向阀所处的位置。
5.本发明公开了一种组合式液压势能再生系统，包括油箱、工作单元（110）、增压单元（120）、储能单元（130）、控制单元（140）、动力单元（150）；
所述工作单元（110）包括第一倒立辅助液压缸（111）、主液压缸（112）、负载（113）、第二倒立辅助液压缸（114）、连接杆（115）；
所述增压单元（120）包括单作用增压缸缸体（121）、第一活塞（122）、活塞杆（123）、第二活塞（124），其中第一活塞（122）和第二活塞（124）都紧固在活塞杆（123）的两端，并且可以在单作用增压缸缸体（121）内自由滑动；
所述储能单元（130）包括蓄能器（131）；
所述动力单元（150）包括液压泵（151）、电动机（152）；
其特征在于：
所述控制单元（140）包括单向阀（141）、第一两位两通电磁换向阀（142）、三位四通电磁换向阀（143）、第二两位两通电磁换向阀（44）、第三两位两通电磁换向阀（145）、第四两位两通电磁换向阀（146）、第五两位两通电磁换向阀（47）；
所述增压单元（120）还包括由辅助液压泵（125）、液控单向阀（126）、单向阀（127）组成的增压缸复位回路，用于液压势能回收完成后的增压缸复位；所述辅助液压泵（125）分别与液控单向阀（126）的控制口P和单向阀（127）的入口相连接，液控单向阀（126）的出口、单向阀（127）的出口分别与增压缸缸体（121）的C口、D口相连接，液控单向阀（126）的入口与油箱相连接；
所述负载（113）分别与主液压缸（112）的活塞杆以及第一倒立辅助液压缸（111）和第二倒立辅助液压缸（114）的底部相连接；所述连接杆（115）分别与第一倒立辅助液压缸（111）和第二倒立辅助液压缸（114）的活塞杆以及主液压缸（112）的底部相连接；第一倒立辅助液压缸（111）和第二倒立辅助液压缸（114）的有杆腔油口均与油箱相连接；第一倒立辅助液压缸（111）和第二倒立辅助液压缸（114）的无杆腔油口相连接后合并为一条油路，该油路分别与第四两位两通电磁换向阀（146）的B口、第五两位两通电磁换向阀（47）的A口相连接，其中，第四两位两通电磁换向阀（146）的A口与蓄能器（131）相连接，第五两位两通电磁换向阀（47）的B口与油箱相连接；
所述主液压缸（112）的有杆腔油口连接三位四通电磁换向阀（143）的B口；主液压缸（112）的无杆腔油口分别连接两条油路，第一条连接三位四通电磁换向阀（143）的A口，第二条连接第二两位两通电磁换向阀（44）的B口；第二两位两通电磁换向阀（44）的A口连接单作用增压缸缸体（121）的A口，单作用增压缸缸体（121）的B口连接第三两位两通电磁换向阀（145）的B口，第三两位两通电磁换向阀（145）的A口与蓄能器（131）相连接；
所述三位四通电磁换向阀（143）的C口连接液压泵（151）的出油口，液压泵（151）的进油口连接单向阀（141）的出油口，单向阀（141）的进油口连接到油箱；所述三位四通电磁换向阀（143）的D口连接第一两位两通电磁换向阀（142）的A口，第一两位两通电磁换向阀（142）的B口连接油箱。
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