CN202089726U - 一种节能型行走式液压搬运机械 - Google Patents

Abstract

一种节能型行走式液压搬运机械，涉及一种液压搬运机械，解决传统液压搬运机械无法将势能和动能回收再生的问题。包括起重和行走的驱动系统和控制系统，其特征在于：具有至少一个油泵/油马达和至少一个液压蓄能器，在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀，在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油马达的入口或回油箱的换向阀。本实用新型通过增加油泵/油马达并通过两者的组合实现液压搬运机械势能和动能的回收再生。

Description

一种节能型行走式液压搬运机械

技术领域

本实用新型涉及一种液压搬运机械，具体的说是一种节能型行走式液压搬运机械。 

背景技术

用油缸升降重物的液压搬运机械广泛地应用在海港码头、公路铁路货场、工程机械和工厂、仓储的运输装卸作业中，如叉车，集装箱正面吊、空箱堆高机、液压挖掘机、部分轨道起重机和汽车起重机等。它们均是靠动力机械(柴油机、电机等)驱动油泵推动油缸而举升重物和通过机械传动驱动车辆，转变为它们的机械能(势能和动能)。目前，该类机械在重物的放降过程中，使油缸的回油通过控制阀的狭小的开度来操控重物下降的速度，重物的势能转换成液压节流而产生的热能，通过冷却器(水冷或风冷)散发到大气中；利用机械摩擦制动，使车辆动能变成热能散发到周围环境中。大量的能量就这样白白地流失了。如能回收行走式液压搬运机械在重物放降过程中的势能和制动前的动能并用于下次举升和起动，使其成为节能型机械，是对节能减排的贡献。节能型液压搬运机械已成为用户的要求并引领生产厂商的研发方向。近期的一些信息和报道也反映出该种趋势，如专利申请号为200810143874.7的名为“一种液压挖掘机动臂势能回收方法及装置”等，这些技术方案的共同点是将重物的势能在放降过程中通过发电机转换为电能储存在电池或超级电容中，它们的问题是：放降过程时间很短，普通电池来不及充电，回收的势能有限；而超级电容和大容量锂电池在经济、技术和寿命上都存在不少瓶颈难题，目前离广泛实际应用尚有较大距离。专利申请号为200710120715.0的名为发电态能量再利用电液压 节能游梁式抽油机，它将“驴头”下降过程中，电动机处于发电工况时的少部分势能，通过下降的油缸直接储存到液压蓄能器中，在举升时直接放至油缸而助力，它只适用于势能基本不变的机械，无法适应势能大小变化无常的普通液压搬运机械中。 

实用新型内容

本实用新型节能型行走式液压搬运机械，通过在原液压系统中增加至少一个液压泵/马达和至少一个蓄能器，自动实现重物放降前的势能和车辆制动前的动能的部分回收和再生。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种节能型行走式液压搬运机械，包括起重和行走的驱动系统和控制系统，其特征在于：具有至少一个油泵/油马达和至少一个液压蓄能器，在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀，在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油马达的入口或回油箱的换向阀；所述的液压系统中的油泵/油马达可以是：变量油泵/油马达与定量油泵/油马达的组合；定量油泵/油马达的组合；变量油泵/油马达的组合；所述的液压系统中含有防止柴油机失载超速的控制阀；两个或多个定量油泵/油马达的组合和单个油泵/油马达的液压系统中含有可控制重物下降速度的可调节流阀；所述的含有变量油泵与油马达的组合，配备有控制器；所述液压系统中设有在能量再生过程中起缓冲作用的有节流孔的两位两通电磁换向阀；所述的液压系统可选用各类标准的油泵/油马达和液压阀组合而成，也可设计制造集成阀。 

本实用新型的有益效果是：1、节能型行走式液压搬运机械的液压系统，它利用和发展了原液压系统的功能来实现重物势能和车辆动能的回收和再生，并降低了液压系统的温升。 

2、节能型行走式液压搬运机械，势能和动能的回收和再生是简单的物理过程，而非电化学过程，能实现高速、高效的势能和动能的回收和再生。 

3、节能型行走式液压搬运机械，动力机械(柴油机或电动机)在原地怠速(或非举升工况)时，可向蓄能器充能，以备下次举升出全力。这样，在设计新的机型时，可减小动力机械的功率，从而进一步提高节能减排效果 

4、节能型行走式液压搬运机械，所用的技术是成熟的液压技术，对原机械传动系统和操作方法未作改变，无论是新造还是旧设备改造，都简便易行、可靠性好、寿命长，且投入少、经济性好。 

5、节能型行走式液压搬运机械，它的液压系统中的几个电磁换向阀都断电时，不需任何改动就能恢复原机械液压系统原先的非节能工作模式。 

6、节能型行走式液压搬运机械的液压系统，与原机械制动可同时作用，可提高制动效果，也可延长机械制动部件的使用寿命。 

7、节能型行走式液压搬运机械的液压系统，可同时回收动能和势能，并允许叉车的多种联合动作。 

8、节能型行走式液压搬运机械的双泵或多泵的液压系统，可组合起制动或起动作用，从而加大车辆的制动力或起动力，提高车辆的工作效率。 

附图说明

图1、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用变量泵与定量马达组合)， 

图2、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用定量泵与定量马达组合)， 

图3、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用变量泵与变量马达组合)， 

图4、节能型行走式液压搬运机械的液压原理图(采用单个定量泵/马达)， 

图5、节能通用型叉车的液压原理图， 

图6、节能型正面吊的液压原理图， 

图7、节能通用型叉车的势、动能组合方案的液压原理图。 

图中：1油箱，2回油过滤器，3第一单向阀，4第一换向阀，5减速箱，6变量油马达，7定量油泵，8动力机械，9变量油泵，10第二换向阀，11第三换向阀，12安全阀，13测压点，14截止阀，15蓄能器，16原叉车转向随动系统，17切断阀，19升降油缸，20控制阀组，21第四换向阀，22第二单向阀，23第五换向阀，25第六换向阀，26第三单向阀，27定量油马达，28转速传感器，29第一控制器，30第四单向阀，31第二控制器，32第七换向阀，33第八换向阀，34节流阀，37定量泵，38第九换向阀，39第十换向阀，41第一离合器，42第二离合器 

具体实施方式

一种节能型行走式液压搬运机械，包括起重和行走的驱动系统和控制系统，其特征在于：具有至少一个油泵/油马达和至少一个液压蓄能器15，在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀，在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油马达的入口或回油箱的换向阀；所述的液压系统中的油泵/油马达可以是：变量油泵/油马达与定量油泵/油马达的组合；定量油泵/油马达的组合；变量油泵/油马达的组合；所述的液压系统中含有防止柴油机失载超速的控制阀；两个或多个定量油泵/油马达的组合和单个油泵/油马达的液压系统中含有可控制重物下降速度的可调节流阀；所述的含有变量油泵与油马达的组合，配备有控制器；所述液压系统中设有在能量再生过程中起缓冲作用的有节流孔的两位两通电磁换向阀；所述的液压系统可选用标准的油泵/油马达和液压阀组合而成，也可设计制造集成阀。 

现结合附图说明本实用新型的具体实施方案： 

实施例一：变量泵与定量马达的组合系统，如图1所示，是较佳的自适应性方案，它能自动适应不同工况下的势能回收，当司机利用动力机械(柴油机 或电动机)8带动变量油泵9驱动升降油缸19举升重物后，若操控机械进行放降作业，在重物放降过程中，升降油缸19的下腔(无杆腔)的油液，被重物的重力压至控制阀组20的畅通(流阻调至最小)的回油通道T，与此同时，1DT和5DT通电，第三换向阀11和第七换向阀32换向，带压力的回油经第七换向阀32的B口到G至定量油马达27的进口，定量油马达27的出油经第四单向阀30回经第七换向阀32的O口至回油过滤器2到油箱1，此时，由重物的势能造成的回油压力，形成的定量油马达27的转矩带动同轴或机械连动的变量油泵9工作，将油液自油箱1经第一单向阀3抽出，再经第二单向阀22至第三换向阀11的H口到Z口经开启的截止阀14(维修时可关断)通至蓄能器15。这样，重物在放降过程中，其势能部分转换为流体的压力能储存在蓄能器15中，安全阀12起限压保护作用。 

需要再次举升作业时，在操纵控制阀组20的同时，4DT先通电，蓄能器15内的压力油经节流的第二换向阀10到第三换向阀11的I口，再至变量油泵9的进油口，提高了该处压力，第三换向阀11断电复位大流量放能时，以减少或消除液压冲击，延时后1DT和5DT都断电，第三换向阀11和第七换向阀32复位，蓄能器15内的压力油通到变量油泵9的进口，实施压力供油，动力机械8带动变量油泵9和定量油马达27(此时为泵工况)，它们出口的压力油分别经第二单向阀22和第四单向阀30，再分别经第三换向阀11和第七换向阀32共同到控制阀组20的压力油进口P_A，并经控制阀组20至升降油缸19。 

此时分两种状况：(1)蓄能器15内的压力小于泵组的出口压力P_A，第六换向阀25通电开通，蓄能器15内的压力油经第三换向阀11的Z口和I口至变量油泵9的进口，并经第六换向阀25至泵工况的定量油马达27的进口，对两个泵实施压力供油，大大减小了油泵组的进出口压差，当流量不变时，油泵的功 率与其进出口压差成正比(N∝ΔP)，从而大大降低了动力机械的能耗，直至蓄能器15内的压力油放完，动力机械才开始全力带动油泵组工作；(2)蓄能器15内的压力大于泵组的出口压力P_A，第六换向阀25关闭，蓄能器15内的压力油只到达变量油泵9的进口，只对变量油泵9实施压力供油，泵工况的定量油马达27由动力机械全力驱动，这使动力机械避免失载而超速，随着蓄能器15内的压力降至小于泵组的出口压力P_A时，第六换向阀25开通，则同时向两个泵实施压力供油，减少动力机械的能耗。 

第二控制器31(K₁)将采集的蓄能器的压力P、流量Q和泵的转速ω等数据处理后，对变量油泵的排量作适时的调节，以便在举升完成后使动力机械卸荷或在放降过程中控制重物放降的速度和平稳性。重物放降的即时速度取决于定量油马达27的流量Q(Q∝ω×q₁)，式中ω为定量油马达27的角速度，q₁是定量油马达27的排量，是常数，只需控制定量油马达27的转速，就能控制重物放降的速度。定量油马达27和变量油泵9的转速是相同的，角速度ω的增减取决于定量油马达27的输出转矩M₁和变量油泵9输入转矩M₂之间的平衡。M₁∝P₁×q₁，P₁为定量油马达27进口压力(它取决于重物的重量，在该一次放降过程中基本不变)，q₁为常量，因此M₁也是常量；M₂∝P₂×q₂，P₂为蓄能器15的压力(在蓄能过程中由小变大)，q₂为变量油泵9的排量。 

当M₁＞M₂时，ω增大，放降速度加快；当M₁＜M₂，ω减小，放降速度减慢。检测角速度ω数值并输入至第二控制器31(K₁)与设定的ω比对，调整变量油泵9的排量q₂，就可改变M₂，若不考虑机械传动和液压系统的效率，在理论上就可在不发生节流发热损耗的情况下，迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的势能。重物落地前的缓速或中间悬停，仍由司机操作完成。 

实施例二：定量泵与定量油马达组合的系统，如图2所示，势能回收和再 生过程和图1完全一样。在重物放降的蓄能过程中，随着蓄能器15内压力的升高，放降速度也减慢，当重物较轻时当蓄能器15内压力与升降油缸19下腔压力相等时，重物将不再下降，因此当重物放降速度低于要求值时，处于怠速工况的动力机械8可继续驱动定量油泵7和定量油马达27转动，在向蓄能器15继续充能的同时，转动的定量油马达27可使重物继续放降至需要高度，当蓄能器已满，第五换向阀23换向，回油经可调节流阀34再经回油过滤器2回到油箱1，放降速度由节流阀34控制，同时第八换向阀33通电换向，定量油泵7和定量油马达27均在卸荷状态。 

实施例三：变量泵与变量油马达组合的系统，如图3所示，势能回收和再生过程和图1完全一样。可在泵轴上设置转速传感器28，第二控制器31(K₁)和第一控制器29(K₂)分别将采集的蓄能器压力P、流量Q和泵的转速ω等数据处理后，对变量油泵9和变量油马达6的排量作适时的调节，以便在举升完成后使动力机械卸荷或在放降过程中控制重物放降的速度和平稳性。重物放降的即时速度取决于变量油马达6的流量Q(Q∝ω×q₁)，式中ω为变量油马达6的角速度，q₁是变量油马达6的即时排量，只需及时有效地调整变量油马达6的转速和变排量机构，就能控制重物放降的速度。变量油马达6和变量油泵9的转速是相同的，角速度ω的增减取决于变量油马达6的输出转矩M₁和变量油泵9输入转矩M₂之间的平衡。M₁∝P_A×q₁，P_A为变量油马达6进口压力(它取决于重物的重量，在该一次放降过程中基本不变)，q₁为变量油马达6的排量；M₂∝P×q₂，为蓄能器15的压力(在蓄能过程中由小变大)，q₂为变量油泵9的排量。 

当M₁＞M₂时，ω增大，放降速度加快；当M₁＜M₂，ω减小，放降速度减慢。检测角速度ω数值并输入至第二控制器31(K₁)和第一控制器29(K₂)与设定的ω比对，分别调整变量油马达6的排量q₁和变量油泵9的排量q₂，就可同时改变 M₁和M₂，若不考虑机械传动和液压系统的效率，在理论上就可在不发生节流发热损耗的情况下，迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的势能。重物落地前的缓速或中间悬停，仍由司机操作完成。 

车辆动能回收和再生是在上述能完成势能回收与再生的液压系统中，再加一个第八换向阀33，其中一个进油路经第三单向阀26与变量油泵9的出口相连，另一进油路则与第三换向阀11的D口相连，第八换向阀33的出口，一路与第七换向阈32的O口连接，另一路与变量油泵9的出口相连，此外还需在原机械控制阀组KF的压力油进口P_A之前加装一个第一换向阀4。车辆制动时，第一换向阀4通电断开，车辆惯性动能反过来通过带离合器的减速箱5带动变量油泵9和变量油马达6转动，将油液自油箱1充入蓄能器15内，变量油泵9和变量油马达6共同作为负载形成的阻力矩配合机械刹车使车辆减速以至停下，提高车辆的制动力；车辆起动时，第三换向阀11失电、第七换向阈32得电，蓄能器15内的压力油驱动变量油泵9和变量油马达6(此时均为油马达工况)，通过带离合器的减速箱5，共同邦助动力机械起动车辆，加大车辆的起动力。车辆前进或后退，动力机械和油泵的转向不变，都能正常进行动能的回收与再生。这样，该系统就能在保持该移动式液压升降机械原有全部功能的基础上，实现重物势能和车辆动能的回收与再生。 

图4是单个定量泵/定量油马达的节能型移动式液压升降机械的液压系统原理图，定量油马达27的进口经第一单向阀3与油箱1相连，定量油马达27的出口一路经第四换向阀21与回油过滤器2直接相连，另一路经第二单向阀22通到第三换向阀11的H口，第三换向阀11的I、Z和D口分别经第一单向阀4通向定量油马达27的进油口、经截止阀14到蓄能器15和通向控制阀组20的压力油进口P_A，第三换向阀11的Z与I口之间并联了一个有节流孔的第二换向 阀10，蓄能器15的旁路上设有安全阀12和测压点13，控制阀组20通向升降油缸19，升降油缸19下降时的回油经控制阀组20的出口T到第五换向阀23的进口，第五换向阀23的出口，一路到定量油马达27的进口，另一路经可调节流阀34到回油过滤器2。 

需要说明的是，当重物放降时，如果蓄能器容量已满，则令1DT和2DT得电，此时，柴油机将进入怠速工况，定量油马达27卸荷，其出油经第四换向阀21回油箱；而升降油缸的回油则经过第五换向阀23、节流阀34，并经回油过滤器2回到油箱1，从而可以继续控制重物的放降速度。 

图5是节能型叉车改造后的液压原理图。16是原叉车的转向随动系统，20是原叉车的控制阀组，定量油泵7的出油先经控制阀组20分流后，再到第三换向阀11的H口，并经第三换向阀11回到控制阀组20通向操纵阀，17为油路的切断阀，防止重物急落。其工作原理与图3相同。 

图5叉车的电磁铁动作与工况表： 

图6是节能型正面吊的液压原理图，在势能回收时，分别将压力不同的伸缩缸和变幅缸下腔的油液通向两个变量油马达的进口，形成的合力矩带动油泵向蓄能器充能，其工作原理和图3相同。 

图7是节能通用型叉车的势、动能组合方案，它的特点是一个双联定量泵9通过单向超越离合器41与动力机械8的输出轴相连；在变速箱5的输出轴上加装一个定量泵37，使势能和动能的收放可由不同的油泵/油马达完成，制动回收动能时柴油机的离合器42可脱开，超越离合器41使下降蓄势能时的下降速度与柴油机怠速的转速无关。为了适应叉车经常的倒车作业，在定量泵37的进出油口上加装了一个较大通径的液动第九换向阀38，它可在正或倒车作业时，保持定量泵37的输出的流向不变。其中的第十换向阀39导通时实施动能再生操作，该阀关断时，可实施势能再生操作。该系统当离合器42结合时，两组泵组合起耒都可参与动能回收或动能再生，这样可加大车辆的制动力矩或起动力矩，提高搬运机械的工作效率。其它部分工作原理同图5。 

本实用新型不仅可用于行走式液压搬运机械，其势能回收和再生的原理也可用于固定式液压升降机械，上述的实施例只是几种选例，并不限定本专利的保护范围。 

Claims (7)

1.一种节能型行走式液压搬运机械，包括起重和行走的驱动系统和控制系统，其特征在于：具有至少一个油泵/油马达和至少一个液压蓄能器，在至少一个油泵/油马达的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的换向阀，在至少一个油泵/油马达的进油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油马达的入口或回油箱的换向阀。

2.如权利要求1所述的节能型行走式液压搬运机械，其特征在于：所述的液压系统中的油泵/油马达可以是：变量油泵/油马达与定量油泵/油马达的组合；定量油泵/油马达的组合；变量油泵/油马达的组合。

3.如权利要求1所述的的节能型行走式液压搬运机械，其特征在于：所述的液压系统中含有防止柴油机失载超速的控制阀。

4.如权利要求1所述的节能型行走式液压搬运机械，其特征在于：两个或多个定量油泵/油马达的组合和单个油泵/油马达的液压系统中含有可控制重物下降速度的可调节流阀。

5.如权利要求3所述的节能型行走式液压搬运机械，其特征在于：所述的含有变量油泵与油马达的组合，配备有控制器。

6.如权利要求1所述的节能型行走式液压搬运机械，其特征在于：所述液压系统中设有在能量再生过程中起缓冲作用的有节流孔的两位两通电磁换向阀。

7.如权利要求1所述的节能型行走式液压搬运机械，其特征在于：所述的液压系统可选用各类标准的油泵/油马达和液压阀组合而成，也可设计制造集成阀。 

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