CN114934934A - 一种具有分段调速功能的势能回收系统 - Google Patents

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傅祺
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张虎
陈伯恩
宋涛
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Abstract

本发明公开了一种具有分段调速功能的势能回收系统，涉及能量回收技术领域，具有分段调速功能的势能回收系统包括：升降油缸，其无杆腔设置有第一压力传感器；供油模块，设置有油箱和供油组件；阀控模块，其用于对供油组件提供的压力油进行减压以及控制压力油的换向；能量回收模块，其设置有分流组件和势能回收设备；控制器。本发明提供的具有分段调速功能的势能回收系统，避免了传统液压系统中限速阀的设置，减少了节流损失，降低了因系统发热造成的能量损失，节能效果好。提高了升降油缸的下降速度的控制精度，相应速度快，回收过程智能高效。

Description

一种具有分段调速功能的势能回收系统
技术领域
本发明涉及能量回收技术领域，更具体地说，涉及一种具有分段调速功能的势能回收系统。
背景技术
工业车辆(叉车)、挖掘机、装载机、堆高机、高空作业平台等搬运设备都会利用液压系统驱动其升降部件进行工作，在搬运的过程中需要频繁的升降，通常下降的过程负载的重力势能无法有效利用。为控制下降速度，在下降回路设置限速阀、节流阀、换向阀等组成阀控系统，依靠节流控制下降速度，但阀控使势能大多以热能形式直接或间接消耗在液压系统中，导致油温度升高。温度的升高不仅会加速油液氧化速度，使油液粘度降低，液压系统整体工作效率下降，还会加速相关元器件老化，影响液压系统使用寿命和传动效率。
现有技术中公开了一种根据负载重量自适应的叉车势能回收系统及控制方法，该方案通过电机调速控制泵马达转速，实现系统的速度控制，通过转变电机的旋向来切换举升和下降动作，这种控制方式工况复杂，电机需要频繁启停，甚至是电动和发电模式切换，电机的转动惯量较大，导致动作切换时响应速度较慢，影响用户体验满意度。工作过程电流波动较大，工作温度较高，使得泵马达工作寿命较低，并常伴随振动噪声大的问题。
基于变转速容积调速的势能回收系统，控制效果比阀控系统差，尤其是在低速下降的过程中，发电机将处在低转速区域，电机在低转速时对转速的控制精度较差，必然会影响下降速度的控制，同时发电机处在低转时，也通常会进入低效区，系统回收效率将会较低，此时不再适合采用势能回收；在下降时，为了控制其下降速度，系统也需要提供一定的能量，当下降时的回收功率不足以克服系统最小损耗时，如果仍采用势能回收，系统反而会处在耗能状态。
综上所述，如何提高势能回收时的控制下降精度和势能回收效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种具有分段调速功能的势能回收系统，避免了传统液压系统中限速阀的设置，减少了节流损失，采用变转速容积调速方式进行能量回收，降低了因系统发热造成的能量损失，节能效果好。在慢速下降的过程中采用阀控模块控制下降速度，提高了升降油缸的下降速度的控制精度；并且在使用的过程中，可根据实际工况的不同自动判断升降油缸的下降过程是否具备回收价值，相应速度快，回收过程智能高效。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有分段调速功能的势能回收系统，包括：
升降油缸，其有杆腔连接于油箱，其无杆腔设置有用于检测所述无杆腔压力的第一压力传感器；
供油模块，设置有油箱和供油组件，所述供油组件用于为势能回收系统供油；
阀控模块，其连接于所述供油模块和所述升降油缸的无杆腔之间，并用于对所述供油组件提供的压力油进行减压以及控制压力油的换向；
能量回收模块，其连接于所述升降油缸的无杆腔，且设置有分流组件和势能回收设备，所述分流组件用于对流经所述能量回收模块的压力油进行分流；
控制器，用于接收所述第一压力传感器所测压力值，并根据所述第一压力传感器所测压力值和预设最小压力值，选择开启所述阀控模块或所述能量回收模块；
所述供油模块、所述阀控模块和所述能量回收模块均与所述控制器连接。
可选地，所述分流组件包括回收切换阀、分流阀以及电磁换向阀；
所述回收切换阀的进油口与所述升降油缸的无杆腔连接，所述回收切换阀的出油口与所述分流阀的进油口连接，所述分流阀的一个出油口与所述电磁换向阀的进油口连接，所述分流阀的另一个出油口与所述势能回收设备连接；所述电磁换向阀的出油口与所述油箱连接；
所述回收切换阀、所述电磁换向阀均与所述控制器连接。
可选地，所述分流阀为三通流量调节阀，所述三通流量调节阀的进油口连接所述升降油缸的无杆腔，所述三通流量调节阀的第一出油口与所述电磁换向阀连接，所述三通流量调节阀的第二出油口与所述势能回收设备连接；
且所述三通流量调节阀的进油口与所述第一出油口之间设置有阻尼孔，所述三通流量调节阀的进油口与所述三通流量调节阀中无弹簧侧连通，所述第一出油口与所述三通流量调节阀的弹簧侧连通。
可选地，所述势能回收设备包括液压马达和由所述液压马达带动转动的发电机；
所述分流阀的出油口、所述电磁换向阀的出油口均与所述液压马达的进油口连接，所述液压马达的出油口与所述油箱连接；
所述发电机与所述控制器连接。
可选地，所述势能回收设备包括并联设置于所述液压马达的进油口和出油口的补油单向阀，在所述液压马达吸空时，压力油由所述油箱经所述补油单向阀补油至所述液压马达。
可选地，所述液压马达的进油口设置有第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测所述液压马达的进油口的压力；
所述第二压力传感器与所述控制器连接。
可选地，所述供油组件包括电动机、变量泵以及设置于所述变量泵出油口处的第一单向阀，所述第一单向阀与所述阀控模块连接，所述电动机与所述变量泵连接，并驱动所述变量泵转动；
所述电动机与所述控制器连接。
可选地，所述阀控模块包括压力补偿器、先导减压阀、第一电比例减压阀、第二电比例减压阀以及节流换向阀，所述压力补偿器和所述先导减压阀均与所述供油组件连接，所述第一电比例减压阀、所述第二电比例减压阀和所述能量回收模块均与所述先导减压阀的出油口连接；
所述第一电比例减压阀的工作油口、所述第二电比例减压阀的工作油口分别与所述节流换向阀的上端、下端连接，以驱动所述节流换向阀换向，所述压力补偿器与所述节流换向阀连接；
所述第一电比例加压阀和所述第二电比例加压阀均与所述控制器连接。
可选地，所述先导减压阀的输出端设置有第二单向阀和蓄能器，所述第二单向阀的一端与所述先导减压阀的输出端连接，另一端与所述蓄能器连接，所述第一电比例减压阀和所述第二电比例减压阀均与所述蓄能器连接。
可选地，还包括与所述节流换向阀并联连接的溢流阀，所述溢流阀用于限制所述节流换向阀的工作油口压力。
在使用本发明提供的具有分段调速功能的势能回收系统的过程中，当升降油缸上升时，控制供油模块中的供油组件由油箱抽取油液，并供油至阀控模块，阀控模块对供油组件提供的压力油进行减压，并将减压后的压力油供油至能量回收模块，阀控模块与升降油缸的无杆腔连通，使压力油经阀控模块进入升降油缸的无杆腔，使升降油缸的无杆腔内的压力升高，驱动升降油缸上升，当升降油缸上升至预设高度后，阀控模块停止向升降油缸的无杆腔供油，使升降油缸保持预设高度不动。
当升降油缸需要下降时，可以根据实际需要选择开启阀控模块或开启能量回收模块。
当升降油缸需要缓慢下降，并且升降油缸的无杆腔的压力小于预设最小压力值时，此时不具备势能回收价值，可以开启阀控模块，采用节流下降模式，不进行能量回收；升降油缸的无杆腔内的压力油流至阀控模块，并经阀控模块回流至油箱，升降油缸下降一端距离后，可控制阀控模块中的相关阀芯移动至阻止压力油继续流入油箱的位置，使升降油缸保持在所需高度；在此过程中，可以通过阀控模块控制升降油缸的下降速度，适用于升降油缸下降速度慢，且对下降速度的控制精度要求高的情况，可有效提高对升降油缸的下降精度的控制。
当升降油缸下降，且升降油缸的无杆腔的压力大于或等于预设最小压力值开启能量回收模块。当升降油缸下降速度小于或等于预设速度时，开启能量回收模块，升降油缸的无杆腔的压力油经分流组件回流至油箱，当升降油缸下降，且升降油缸的无杆腔的压力大于预设最小压力值同时升降油缸下降速度大于预设速度时，部分压力油依次流经分流组件、势能回收设备，以回收压力油的势能。
相比于现有技术，本发明提供的具有分段调速功能的势能回收系统，避免了传统液压系统中限速阀的设置，减少了节流损失，采用变转速容积调速方式进行能量回收，降低了因系统发热造成的能量损失，节能效果好。在慢速下降的过程中采用阀控模块控制下降速度，提高了升降油缸的下降速度的控制精度；并且在使用的过程中，可根据实际工况的不同自动判断升降油缸的下降过程是否具备回收价值，相应速度快，回收过程智能高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的具有分段调速功能的势能回收系统的具体实施例的结构示意图。
图1中：
油箱1、变量泵2、电动机3、第一单向阀4、节流换向阀5、压力补偿器6、溢流阀7、第一电比例减压阀8、第二电比例减压阀9、蓄能器10、第二单向阀11、先导减压阀12、升降油缸13、第一压力传感器14、回收切换阀15、分流阀16、电磁换向阀17、第二压力传感器18、发电机19、液压马达20、补油单向阀21。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种具有分段调速功能的势能回收系统，避免了传统液压系统中限速阀的设置，减少了节流损失，采用变转速容积调速方式进行能量回收，降低了因系统发热造成的能量损失，节能效果好。在慢速下降的过程中采用阀控模块控制下降速度，提高了升降油缸的下降速度的控制精度；并且在使用的过程中，可根据实际工况的不同自动判断升降油缸的下降过程是否具备回收价值，相应速度快，回收过程智能高效。
需要进行说明的是，在势能回收的过程中，对负载进行精细化操作时，往往需要系统具有良好的微动性能，升降油缸进行微动下降时，下降速度较慢，对速度的控制精度要求较高，由于发电机在低转速时控制精度差并且发电效率也较低，因此并不适合进行势能回收。液压马达、发电机、储能装置组成的能量回收系统本身存在一定的能量损耗，此处的储能装置可以为储存发电机电能的装置，当外负载及自重所能回收的能量小于能量回收系统本身所产生的损耗时，势能回收将产生额外的能量损耗，因此势能回收应对负载的最小值有一定要求。
请参考图1。
本具体实施例公开了一种具有分段调速功能的势能回收系统，包括：
升降油缸13，其有杆腔连接于油箱1，其无杆腔设置有用于检测无杆腔压力的第一压力传感器14；
供油模块，设置有油箱1和供油组件，供油组件用于为势能回收系统供油；
阀控模块，其连接于供油模块和升降油缸13的无杆腔之间，并用于对供油组件提供的压力油进行减压以及控制压力油的换向；
能量回收模块，其连接于升降油缸13的无杆腔，且设置有分流组件和势能回收设备，分流组件用于对流经能量回收模块的压力油进行分流；
控制器，用于接收第一压力传感器14所测压力值，并根据第一压力传感器14所测压力值和预设最小压力值，选择开启阀控模块或能量回收模块；
供油模块、阀控模块和能量回收模块均与控制器连接。
在本具体实施例中，在需要对负载进行精细化操作时，往往需要系统有良好的微动性能。升降油缸13进行微动下降时，对速度的控制精度要求很高，由于发电机19在低转速时控制精度差同时发电效率也较低，并不适合进行能量回收；可根据具体工况将下降速度V以V1为分界点，将V≥V1设为快速下放，将V＜V1设为慢速下放。速度V1对应的下降所产生的下降流量Q1为：Q1＝V1*K1*A1
其中，A1为升降油缸13无杆腔作用面积；K1为比例系数，由实际液压系统和相关机械结构确定。
在使用本具体实施例提供的具有分段调速功能的势能回收系统的过程中，当升降油缸13上升时，控制供油模块中的供油组件由油箱1抽取油液，并供油至阀控模块，阀控模块对供油组件提供的压力油进行减压，并将压力油供油至能量回收模块，阀控模块与升降油缸13的无杆腔连通，使减压后的压力油经阀控模块进入升降油缸13的无杆腔，使升降油缸13的无杆腔内的压力升高，驱动升降油缸13上升，当升降油缸13上升至预设高度后，阀控模块停止向升降油缸13的无杆腔供油，使升降油缸13保持预设高度不动。
当升降油缸13需要下降时，可以根据实际需要选择开启阀控模块或开启能量回收模块。
当升降油缸13需要缓慢下降，并且升降油缸13的无杆腔的压力小于预设最小压力值时，此时不具备势能回收价值，可以开启阀控模块，采用节流下降模式，不进行能量回收；升降油缸13的无杆腔内的压力油流至阀控模块，并经阀控模块回流至油箱1，升降油缸13下降一端距离后，可控制阀控模块中的相关阀体移动至阻止压力油继续流入油箱1的位置，使升降油缸13保持在所需高度；在此过程中，可以通过阀控模块控制升降油缸13的下降速度，适用于升降油缸13下降速度慢，且对下降速度的控制精度要求高的情况，可有效提高对升降油缸13的下降精度的控制。
当升降油缸13下降，且升降油缸13的无杆腔的压力大于或等于预设最小压力值，且升降油缸13的下降速度小于或等于预设速度时，开启能量回收模块，升降油缸13的无杆腔的压力油经分流组件回流至油箱1，当升降油缸13下降，且升降油缸13的无杆腔的压力大于预设最小压力值，且升降油缸13的下降速度大于预设速度时，压力油经分流组件依次流经分流组件、势能回收设备，以回收压力油的势能。
需要进行说明的是，本具体实施例中升降油缸13的数量可以为一个、两个或多个，具体根据实际情况确定。当升降油缸13为多个时，一般将多个升降油缸13并联设置。
相比于现有技术，本具体实施例提供的具有分段调速功能的势能回收系统，避免了传统液压系统中限速阀的设置，减少了节流损失，采用变转速容积调速方式进行能量回收，降低了因系统发热造成的能量损失，节能效果好。在慢速下降的过程中采用阀控模块控制下降速度，提高了升降油缸13的下降速度的控制精度；并且在使用的过程中，可根据实际工况的不同自动判断升降油缸13的下降过程是否具备回收价值，相应速度快，回收过程智能高效。
在一具体实施例中，分流组件包括回收切换阀15、分流阀16以及电磁换向阀17；回收切换阀15的进油口与升降油缸13的无杆腔连接，回收切换阀15的出油口与分流阀16的进油口连接，分流阀16的一个出油口与电磁换向阀17的进油口连接，分流阀16的另一个出油口与势能回收设备连接；电磁换向阀17的出油口与油箱1连接；回收切换阀15、电磁换向阀17均与控制器连接。
势能回收设备包括液压马达20和由液压马达20带动转动的发电机19；
分流阀16的出油口、电磁换向阀17的出油口均与液压马达20的进油口连接，液压马达20的出油口与油箱1连接；
发电机19与控制器连接。
液压马达20的进油口设置有第二压力传感器18，第二压力传感器18用于检测液压马达20的进油口的压力；
第二压力传感器18与控制器连接。
优选的，分流阀16为三通流量调节阀，三通流量调节阀的进油口连接升降油缸13的无杆腔，三通流量调节阀的第一出油口与电磁换向阀17连接，三通流量调节阀的第二出油口与势能回收设备连接；且三通流量调节阀的进油口与第一出油口之间设置有阻尼孔，三通流量调节阀的进油口通过管路与三通流量调节阀中无弹簧侧连通，第一出油口通过管路与三通流量调节阀的弹簧侧连通，压力油由三通流量调节阀的进油口流入后，首先流向第一出油口，当单位时间内的流量达到预设流量时，三通流量调节阀的进油口与第一出油口之间的固定阻尼孔两端的压差ΔP基本保持恒定。根据负载敏感的工作原理，从第一出油口流出的流量的最大值Q2为：
Figure BDA0003616665030000091
其中，K2为比例系数，A2为阻尼孔的有效作用面积。
当从三通流量调节阀的进油口(PP口)流入的流量小于第一出油口(CF口)流出的流量的最大值Q2时，流量全部从第一出油口流出，压力油依次流经第一出油口、电磁换向阀17回流至油箱1；当从三通流量调节阀的进油口(PP口)流入的流量大于第一出油口(CF口)流出的流量的最大值Q2时，从第一出油口流出流量的最大值Q2大小的流量，多余流量从第二出油口(EF口)流出。将受控流量的最大值设计为Q2＝Q1，若第二压力传感器18检测压力为零，说明下降流量全部从分流阀16第一出油口(CF口)流出，压力油经电磁换向阀17进入油箱1。若第二压力传感器18检测压力大于零，说明有多余的流量从分流阀16的第二出油口(EF口)流出，此时电磁换向阀17得电置于右位，分流阀16第一出油口(CF口)流出压力油经电磁换向阀17与分流阀16的第二出油口(EF口)流出的流量合流进入液压马达20入口，使液压马达20旋转，带动发电机19发电，进而达到势能回收的目的。在势能回收过程中下降的流量全部流入马达，因此马达实际转速与下降速正相关。
在此过程中，
Figure BDA0003616665030000092
其中Vm为液压马达20排量，ηv为液压马达20容积效率，Q1为速度V1对应的下降所产生的下降流量，n1为发电机19转速。
当发电机19转速小于n1时，或者当第二压力传感器18检测压力再次减小至零时，说明升降油缸13的下降速度小于V1，电磁换向阀17失电复位至左端。
优选的，发电机19与液压马达20同轴连接，且发电机19和液压马达20的转速一致，可以将液压马达20设置为定量马达，发电机19具有转速传感器，可实时读取发电机19的实时转速。
如图1所示，势能回收设备包括并联设置于液压马达20的进油口和出油口的补油单向阀21，在液压马达20吸空时，压力油由油箱1经补油单向阀21补油至液压马达20。
在升降油缸13下降的过程中，可能碰到其他阻力，在阻力的作用下，升降油缸13的下降速度会减小，若液压马达20的转速仍为先前转速，会导致液压马达20的进油口压力急剧下降，进而导致液压马达20出现吸空现象，为防止液压马达20吸空，在液压马达20进油口和出油口处并联有补油单向阀21，出现吸空现象时，可从油箱1补油进入液压马达20的进油口处，避免液压马达20的进油口处压力的急剧下降，有效避免吸空现象的出现。
如图1所示，回收切换阀15为两位两通的电液比例节流阀，回收切换阀15的进油口与升降油缸13的无杆腔连接，回收切换阀15的出油口与液压马达20的进油口连接，阀控模块为回收切换阀15提供减压后的先导油；
在使用的过程中，回收切换阀15通电状态下可根据电信号的大小，调节阀芯开口，在回收切换阀15断电时，回收切换阀15位于右位，两端截止，可有效避免压力油流入液压马达20。
当然，回收切换阀15还可以是其它满足要求的阀体结构，在此不做赘述。
如图1所示，供油组件包括电动机3、变量泵2以及设置于变量泵2出油口处的第一单向阀4，第一单向阀4与阀控模块连接，电动机3与变量泵2连接，并驱动变量泵2转动。
优选的，电动机3与变量泵2同轴相连，电动机3驱动变量泵2工作进行供油，两者转速一致。变泵量具备负载敏感功能，可依据工作所需流量自动调节排量，达到节能效果；在变量泵2出油口设置第一单向阀4，可有效防止压力油倒灌至变量泵2中。
在一具体实施例中，阀控模块包括压力补偿器6、先导减压阀12、第一电比例减压阀8、第二电比例减压阀9以及节流换向阀5，压力补偿器6和先导减压阀12均与供油组件连接，第一电比例减压阀8、第二电比例减压阀9和能量回收模块均与先导减压阀12的出油口连接；
第一电比例减压阀8的工作油口、第二电比例减压阀9的工作油口分别与节流换向阀5的上端、下端连接，以驱动节流换向阀5换向，压力补偿器6与节流换向阀5连接；
第一电比例加压阀和第二电比例加压阀均与控制器连接。
先导减压阀12的输出端设置有第二单向阀11和蓄能器10，第二单向阀11的一端与先导减压阀12的输出端连接，另一端与蓄能器10连接，第一电比例减压阀8和第二电比例减压阀9均与蓄能器10连接。
还包括与节流换向阀5并联连接的溢流阀7，溢流阀7用于限制节流换向阀5的工作油口压力。
在电动机3不转动的情况下，蓄能器10可以为第一电比例减压阀8、第二电比例减压阀9提供先导油源，实现升降油缸13的下放功能；第二单向阀11的设置，可以有效防止蓄能器10中的压力油倒灌至先导减压阀12中。
溢流阀7的设置，可有效限制节流换向阀5的工作油口的压力，当油压大于溢流阀7的预设值时，压力油经溢流阀7回流至油箱1。
在使用的过程中，变量泵2为先导减压阀12、压力补偿器6提供压力油，变量泵2所提供的压力油经压力补偿器6进入节流换向阀5，节流换向阀5工作油口与负载保持阀相连。进一步地，将节流换向阀5工作油口压力通过管路引入压力补偿器6的弹簧腔一侧，将压力补偿器6出油口的压力油通过管路引入压力补偿器6的无弹簧腔一侧，组成负载敏感系统，使得节流换向阀5所提供的流量与阀芯位移成正比，保证对流量的控制精度。
变量泵2所提供的压力油经先导减压阀12减压后为回收切换阀15、第一电比例减压阀8和第二电比例减压阀9提供先导油；第一电比例减压阀8和第二电比例减压阀9为节流换向阀5的先导阀，当第一电比例减压阀8得电时可驱动节流换向阀5阀芯下移，当第二电比例减压阀9得电时可驱动节流换向阀5阀芯上移，位移大小由所得电信号(电流或电压)决定。
如图1所示，本具体实施例提供的具有分段调速功能的势能回收系统包括：油箱1、变量泵2、电动机3、第一单向阀4、节流换向阀5、压力补偿器6、溢流阀7、第一电比例减压阀8、第二电比例减压阀9、蓄能器10、第二单向阀11、先导减压阀12、升降油缸13、第一压力传感器14、回收切换阀15、分流阀16、电磁换向阀17、第二压力传感器18、发电机19、液压马达20、补油单向阀21。
具体连接关系如下：
电动机3与变量泵2同轴相连且转速相同，在变量泵2的出油口安装第一单向阀4，防止系统中的压力油反向流入变量泵2。变量泵2所提供的压力油经第一单向阀4后，通过管路分别与先导减压阀12的进油口、压力补偿器6的进油口相连，压力油液经先导减压阀12减压后，通过管路分别与第一电比例减压阀8的进油口、第二电比例减压阀9的进油口和回收切换阀15的进油口连通，为它们提供动作所需先导压油。第一电比例减压阀8的工作油口、第二电比例减压阀9的工作油口分别与节流换向阀5的上端和下端相连，用于驱动节流换向阀5上下移动。同时在先导减压阀12提供的先导油管路中设有蓄能器10、第二单向阀11。其中蓄能器10的作用在于，在电动机3不工作时，如果升降油缸13需要下降，蓄能器10中储存的油液，可以保证升降油缸13仍然能够下降；第二单向阀11的作用在于，防止蓄能器10中的油液进入先导减压阀12。压力补偿器6通过管路与节流换向阀5的进油口相连，节流换向阀5的工作油口通过管路与升降油缸13的无杆腔相连，同时将压力补偿器6出口压力通过管道引入压力补偿器6的无弹簧腔一侧，将节流换向阀5的出口压力引入压力补偿器6的弹簧腔一侧，这样组成负载敏感系统，使得节流换向阀5所供流量与阀芯位移成正比，保证对流量的控制精度。在节流换向阀5和升降油缸13并联有溢流阀7，用于限制节流换向阀5的最大工作压力。在升降油缸13的无杆腔底部并联有第一压力传感器14，用于监测升降油缸13的无杆腔压力。升降油缸13水温有杆腔通过管路与油箱1相连。升降油缸13的无杆腔通过管路与回收切换阀15的进油口相连。回收切换阀15的出油口通过管路与分流阀16的进油口(PP口)相连。分流阀16包含两个出口，第二出油口(EF口)通过管路与液压马达20的入口相连，第一出油口(CF口)通过管路与电磁换向阀17的进油口相连。电磁换向阀17包含两个出油口，一个出油口通过管路与液压马达20的进油口相连，另一个出油口通过管路与油箱1相连。发电机19与液压马达20同轴相连且转速相同。液压马达20的出油口通过管路与油箱1相连，同时液压马达20的进油口和出油口两侧并联有补油单向阀21，防止吸空。
具体工作方式如下：
当升降油缸13需要上升时，电动机3带动变量泵2转动，变量泵2从油箱1中吸油，压力油经先导减压阀12减压后为第一电比例减压阀8提供先导油，在控制电信号的作用下，第一电比例减压阀8的阀芯会产生相应位移，先导油经过进一步减压后作用在节流换向阀5的上端，驱使节流换向阀5下移，使得节流换向阀5工作在上位。此时压力油依次经第一单向阀4、压力补偿器6、节流换向阀5、进入升降油缸13的无杆腔，驱使当升降油缸13上升。
在升降油缸13起升过程中，电动机3的转速可设为定值，依靠变量泵2的变量机构调节排量实现流量的供需匹配，此种方式下需保证电动机3的转速与变量泵2的最大排量的乘积大于起升所需流量大小，其起升速度由节流换向阀5的阀芯开口确定。也可通过调节电动机3的转速来实现流量的供需匹配，即电动机3的转速与变量泵2的最大排量的乘积等于起升所需流量大小，此种方式下节流换向阀5可以全开，依靠电动机3变转速来控制起升速度。
当升降油缸13上升一段距离后，需要保持在特定位置时，控制器控制第一电比例减压阀8断电复位到下位，同时节流换向阀5的上端失去压力，在其自身弹簧的作用下，复位到中位。节流换向阀5不再供油，升降油缸13保持不动。
当升降油缸13需要下降时，若P≤Pmin，升降油缸13的无杆腔的压力小于预设最小压力值，表明此时不具备回收价值。在控制电信号的作用下，第二电比例减压阀9的阀芯会产生相应位移，先导油经在节流换向阀5的下端，驱使节流换向阀5上移，使得节流换向阀5工作在下位。此时升降油缸13的无杆腔的压力油经节流换向阀5进入油箱1，升降油缸13得以下降。若P≥Pmin，升降油缸13的无杆腔的压力大于或等于预设最小压力值，当需要缓慢下降时，在控制电信号的作用下，启动能量回收模块，升降油缸13的无杆腔的压力油依次经回收切换阀15、分流阀16的第一出油口(CF口)、电磁换向阀17流回油箱1。当下降速度逐步提升至V1时，分流阀16的第二出油口(EF口)的压力油进入液压马达20的进油口，第二压力传感器18检测到压力，此时电磁换向阀17得电工作于右位。升降油缸13的无杆腔的压力油依次经回收切换阀15、分流阀16、电磁换向阀17流入液压马达20，带动液压马达20转动进行发电，并经液压马达20的出油口流回油箱1。当下降速度再次小于V1时，发电机19转速会小于n1，此时电磁换向阀17失电工作于左位。当升降油缸13下降一端距离后，需要保持在特定位置时，回收切换阀15失电工作在右位、电磁换向阀17失电工作于左位，升降油缸13的无杆腔压力油无法流出，位置保持固定。
液压马达20、发电机19、储能装置组成的能量回收模块也存在一定的损耗，当负载所能回收的能量小于自身系统所产生的损耗时，势能回收将会产生额外的能量损耗。因此，势能回收对负载存在一个最小负载的要求，在本发明中对应的是无杆腔压力P，即P>Pmin，其中无杆腔压力P由第一压力传感器14测得。当需要慢速下降时，对速度地控制精度要求较高，同发电机19处在低转时，也通常会进入低效区，系统回收效率将会较低，此时不再适合采用势能回收。
慢速下降过程中，回收切换阀15根据电信号的大小部分开启，下降流量经回收切换阀15和分流阀16第一出油口(CF口)流回油箱1，下降速度由回收切换阀15的开口决定，采用阀控控制精度高。当需要快速下降时，对速度地控制精度要求不高，回收切换阀15阀芯全开减少节流损失，下降流量全部进入液压马达20进行势能回收，下降速度由发电机19转速决定，回收效率高，节能效果好。因此依靠第一压力传感器14、第二压力传感器18与分流阀16特性的相互配合，可根据实际工况自动判断，下降过程是否具备回收价值，回收过程智能高效。
当升降油缸13需要上升时，电动机3带动变量泵2转动，第一电比例减压阀8得电开启，先导油经过减压后作用在节流换向阀5上端，驱使节流换向阀5下移，使得节流换向阀5工作在上位。此时油液依次经变量泵2、第一单向阀4、压力补偿器6、节流换向阀5、进入升降油缸13无杆腔，驱使升降油缸13上升。上升过程若对速度的控制精度要求较高可采用电动机3定转速的方式，若对速度的控制精度要求不高，可采用电动机3变转速的方式减少节流损失。
本申请文件中提到的第一电比例减压阀8和第二电比例减压阀9，第一单向阀4和第二单向阀11中的“第一”、“第二”仅仅是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。
以上对本发明所提供的具有分段调速功能的势能回收系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，包括：
升降油缸(13)，其有杆腔连接于油箱(1)，其无杆腔设置有用于检测所述无杆腔压力的第一压力传感器(14)；
供油模块，设置有油箱(1)和供油组件，所述供油组件用于为势能回收系统供油；
阀控模块，其连接于所述供油模块和所述升降油缸(13)的无杆腔之间，并用于对所述供油组件提供的压力油进行减压以及控制压力油的换向；
能量回收模块，其连接于所述升降油缸(13)的无杆腔，且设置有分流组件和势能回收设备，所述分流组件用于对流经所述能量回收模块的压力油进行分流；
控制器，用于接收所述第一压力传感器(14)所测压力值，并根据所述第一压力传感器(14)所测压力值和预设最小压力值，选择开启所述阀控模块或所述能量回收模块；
所述供油模块、所述阀控模块和所述能量回收模块均与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述分流组件包括回收切换阀(15)、分流阀(16)以及电磁换向阀(17)；
所述回收切换阀(15)的进油口与所述升降油缸(13)的无杆腔连接，所述回收切换阀(15)的出油口与所述分流阀(16)的进油口连接，所述分流阀(16)的一个出油口与所述电磁换向阀(17)的进油口连接，所述分流阀(16)的另一个出油口与所述势能回收设备连接；所述电磁换向阀(17)的出油口与所述油箱(1)连接；
所述回收切换阀(15)、所述电磁换向阀(17)均与所述控制器连接。
3.根据权利要求2所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述分流阀(16)为三通流量调节阀，所述三通流量调节阀的进油口连接所述升降油缸(13)的无杆腔，所述三通流量调节阀的第一出油口与所述电磁换向阀(17)连接，所述三通流量调节阀的第二出油口与所述势能回收设备连接；
且所述三通流量调节阀的进油口与所述第一出油口之间设置有阻尼孔，所述三通流量调节阀的进油口与所述三通流量调节阀中无弹簧侧连通，所述第一出油口与所述三通流量调节阀的弹簧侧连通。
4.根据权利要求2所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述势能回收设备包括液压马达(20)和由所述液压马达(20)带动转动的发电机(19)；
所述分流阀(16)的出油口、所述电磁换向阀(17)的出油口均与所述液压马达(20)的进油口连接，所述液压马达(20)的出油口与所述油箱(1)连接；
所述发电机(19)与所述控制器连接。
5.根据权利要求4所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述势能回收设备包括并联设置于所述液压马达(20)的进油口和出油口的补油单向阀(21)，在所述液压马达(20)吸空时，压力油由所述油箱(1)经所述补油单向阀(21)补油至所述液压马达(20)。
6.根据权利要求4所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述液压马达(20)的进油口设置有第二压力传感器(18)，所述第二压力传感器(18)用于检测所述液压马达(20)的进油口的压力；
所述第二压力传感器(18)与所述控制器连接。
7.根据权利要求1所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述供油组件包括电动机(3)、变量泵(2)以及设置于所述变量泵(2)出油口处的第一单向阀(4)，所述第一单向阀(4)与所述阀控模块连接，所述电动机(3)与所述变量泵(2)连接，并驱动所述变量泵(2)转动；
所述电动机(3)与所述控制器连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述阀控模块包括压力补偿器(6)、先导减压阀(12)、第一电比例减压阀(8)、第二电比例减压阀(9)以及节流换向阀(5)，所述压力补偿器(6)和所述先导减压阀(12)均与所述供油组件连接，所述第一电比例减压阀(8)、所述第二电比例减压阀(9)和所述能量回收模块均与所述先导减压阀(12)的出油口连接；
所述第一电比例减压阀(8)的工作油口、所述第二电比例减压阀(9)的工作油口分别与所述节流换向阀(5)的上端、下端连接，以驱动所述节流换向阀(5)换向，所述压力补偿器(6)与所述节流换向阀(5)连接；
所述第一电比例加压阀和所述第二电比例加压阀均与所述控制器连接。
9.根据权利要求8所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，所述先导减压阀(12)的输出端设置有第二单向阀(11)和蓄能器(10)，所述第二单向阀(11)的一端与所述先导减压阀(12)的输出端连接，另一端与所述蓄能器(10)连接，所述第一电比例减压阀(8)和所述第二电比例减压阀(9)均与所述蓄能器(10)连接。
10.根据权利要求9所述的具有分段调速功能的势能回收系统，其特征在于，还包括与所述节流换向阀(5)并联连接的溢流阀(7)，所述溢流阀(7)用于限制所述节流换向阀(5)的工作油口压力。
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