CN203531041U

CN203531041U - 一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统

Info

Publication number: CN203531041U
Application number: CN201320676662.1U
Authority: CN
Inventors: 吴文海; 刘桓龙; 王国志; 柯坚; 于兰英
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2023-10-30

Abstract

本实用新型公开了一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，属于机电液一体化控制技术领域。包括变量泵、电磁换向阀、单向阀、液压蓄能器、回转马达、压力传感器和电子控制系统。所述的液压蓄能器分别与第三、四单向阀和第二、五电磁换向阀相连，构成回转制动能量回收系统；所述的液压蓄能器还有一端与第一电磁换向阀、第二单向阀相连，构成释放回转制动时所回收能量的系统；所述的回转马达与第三、四电磁换向阀及第二、五电磁换向阀和油箱相连，构成传统挖掘机回转系统。本实用新型改变了传统挖掘机回转系统，实现了挖掘机回转制动能量的回收与再利用，改善了挖掘机回转系统的能量利用率，延长了挖掘机的使用寿命。主要用于挖掘机液压系统。

Description

一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统

技术领域

本实用新型属于机电液一体化控制技术领域，涉及一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统。

背景技术

液压挖掘机作为国家基础建设的重要工程机械之一，已经广泛应用于建筑、交通、水利、矿山以及军事等领域中。然而，液压挖掘机的工况复杂，负载变化剧烈，能耗大，其节能减排研究一直是该领域的热点和难点。传统挖掘机的回转机构减速制动力矩大，频繁的回转动作产生巨大的回转制动能量，制动能量多以热能形式散失，引起液压回转系统的发热，降低回转机构的工作性能，导致能量的损失较大，更会影响系统的工作寿命。因此，对回转制动能量进行回收和再利用，不仅在挖掘机节能方面具有一定的经济价值，而且能够有效延长其液压系统的寿命，提高系统的工作性能。

目前，能量回收的研究汽车领域居多，工程机械领域尤其是挖掘机，能量回收的研究还处于起步阶段，而且现在的研究以超级电容或蓄电池作为储能元件居多，本实用新型以蓄能器作为储能元件，通过液压泵/马达-蓄能器的方式，将挖掘机回转制动能量回收并存储于蓄能器中，下次启动时释放能量，通过控制策略决策发动机和蓄能器主辅动力源的能量分配，实现挖掘机回转制动能量的回收和再利用。

所要解决的问题就是针对上述所阐述的不足，而提供一种能够利用液压泵/马达-蓄能器的方法回收回转制动能量的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，它能有效地实现挖掘机回转制动能量的回收和再利用，延长其液压系统寿命，提高系统工作性能。

本实用新型的目的是通过以下其技术方案来实现的：一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，包括液压系统和电子控制系统，液压系统由发动机驱动变量泵，发动机输出与变量泵驱动轴相连，油箱经过滤器与变量泵进油口相连，变量泵出油口与第一单向阀进油口相连，第一单向阀出油口与多路阀的第一进油口、第二单向阀出油口、溢流阀进油口相连；多路阀的第一出油口与第二电磁换向阀的第一进油口相连，多路阀的第二出油口与第三电磁换向阀的第一进油口相连；第二电磁换向阀的出油口分两路：一路与回转马达的进油口、第三电磁换向阀的进油口相连，另一路与第五单向阀出油口相连，第五单向阀进油口与油箱相连；第三电磁换向阀的出油口分两路：一路与回转马达的出油口、第四电磁换向阀的进油口相连，另一路与第六单向阀出油口相连，第六单向阀进油口与油箱相连；第二电磁换向阀第二进油口与第三单向阀的进油口相连，第三单向阀的出油口与液压蓄能器进油口相连；第五电磁换向阀第二进油口与第四单向阀的进油口相连，第四单向阀的出油口与液压蓄能器进油口相连；液压蓄能器还有三个出油口，它们分别与压力传感器、第二溢流阀、第一换向阀进油口相连；第一换向阀出油口与第二单向阀进油口相连，第二单向阀出油口与第一单向阀出油口相连；回转马达进油口与第三换向阀进油口相连，第三换向阀出油口与溢流阀进油口相连，溢流阀出油口与油箱相连；回转马达出油口与第四换向阀进油口相连，第四换向阀出油口与溢流阀进油口相连，溢流阀出油口与油箱相连。

所述电子控制系统线路分别与第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀和变量泵的控制端相连。

所述的第一换向阀、第四换向阀、第五换向阀均为二位二通电磁换向阀。

所述的第二电磁换向阀、第五电磁换向阀均为二位三通电磁换向阀。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1.本实用新型是在传统挖掘机回转系统的基础上，不改变挖掘机现有的液压系统情况下，通过增加相应的液压元件改造而成的，结构简单、工作可靠、使用寿命长。

2.在同等条件下，由于蓄能器的功率密度高，可以为挖掘机的回转启动或者其他动作，如动臂、斗杆、铲斗等动作，提供更多的辅助动力；蓄能器的充放能量速度较蓄电池快，回收能量多，而且蓄能器比超级电容、蓄电池便宜。

3.挖掘机能量回收系统通过二位二通电磁换向阀控制，二位二通电磁换向阀的通电由电子控制系统进行控制，实现了能量回收的自动控制。

4.本实用新型可以在挖掘机回转能量回收模式和挖掘机传统回转模式进行切换。

附图说明

图1为本实用新型液压系统和电子控制系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，包括液压系统和电子控制系统，液压系统由发动机25驱动变量泵3，油箱1经过滤器2与变量泵3进油口相连，变量泵3出油口与第一单向阀4进油口相连，第一单向阀4出油口与多路阀6的第一进油口、第二单向阀24出油口、溢流阀23进油口相连；多路阀6的第一出油口与第二电磁换向阀9的第一进油口相连，多路阀6的第二出油口与第三电磁换向阀20的第一进油口相连；第二电磁换向阀9的出油口分两路：一路与回转马达15的进油口、第三电磁换向阀13的进油口相连，另一路与第五单向阀11出油口相连，第五单向阀11进油口与油箱相连；第三电磁换向阀20的出油口分两路：一路与回转马达15的出油口、第四电磁换向阀17的进油口相连，另一路与第六单向阀19出油口相连，第六单向阀19进油口与油箱相连；第二电磁换向阀9第二进油口与第三单向阀7的进油口相连，第三单向阀7的出油口与液压蓄能器10进油口相连；第五电磁换向阀20第二进油口与第四单向阀22的进油口相连，第四单向阀22的出油口与液压蓄能器10进油口相连；液压蓄能器10还有三个出油口，它们分别与压力传感器8、第二溢流阀21、第一换向阀5进油口相连；第一换向阀5出油口与第二单向阀24进油口相连，第二单向阀24出油口与第一单向阀4出油口相连；回转马达15进油口与第三换向阀13进油口相连，第三换向阀13出油口与溢流阀14进油口相连，溢流阀14出油口与油箱相连；回转马达15出油口与第四换向阀17进油口相连，第四换向阀17出油口与溢流阀16进油口相连，溢流阀16出油口与油箱相连。

所述电子控制系统线路分别与第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀9、第三电磁换向阀13、第四电磁换向阀17、第五电磁换向阀20和变量泵3的控制端相连。

所述的第一换向阀5、第四换向阀13、第五换向阀17均为二位二通电磁换向阀。

所述的第二电磁换向阀9、第五电磁换向阀20均为二位三通电磁换向阀。

实施状态一：

挖掘机切换为传统回转模式时正向回转：电子控制系统发出控制指令，第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀9、第三电磁换向阀20不通电，第四电磁换向阀13、第五电磁换向阀17通电，多路阀6工作在左位，此时液压泵3供油，依此流经第一单向阀4、多路阀6、第二电磁换向阀9、回转马达15、第三电磁换向阀20、多路阀6，最后回油箱；制动时，通过第五单向阀11补油，防止回转马达15吸空，通过第五电磁换向阀17、溢流阀16缓冲，溢流阀16产生制动力矩进行液压制动。

实施状态二：

挖掘机切换为传统回转模式时反向回转：电子控制系统发出控制指令，第一电磁换向阀5、第二电磁换向阀9、第三电磁换向阀20不通电，第四电磁换向阀13、第五电磁换向阀17通电，多路阀6工作在右位，此时液压泵3供油，依此流经第一单向阀4、多路阀6、第三电磁换向阀20、回转马达15、第二电磁换向阀9、多路阀6，最后回油箱；制动时，通过第六单向阀19补油，防止回转马达15吸空，通过第四电磁换向阀13、溢流阀14进行缓冲，溢流阀14产生制动力矩进行液压制动。

实施状态三：

挖掘机切换为能量回收模式时正向制动能量回收：多路阀6工作在中位，电子控制系统发出控制指令，第一电磁换向阀5、第四电磁换向阀13、第五电磁换向阀17不通电，压力传感器18检测压力大于压力传感器12检测压力，压力信号传递到电子控制系统，电子控制系统发出指令，使第二电磁换向阀9不通电，第三电磁换向阀20通电，液压马达15工作于液压泵工况，油液依次通过第三电磁换向阀20、第四单向阀22，流入蓄能器10，将挖掘机回转制动能量回收于蓄能器10中，降低了挖掘机液压回转系统的能量损失，达到了节能的目的。与普通的挖掘机回转系统相比，本实用新型用蓄能器替代溢流缓冲阀，同时产生制动力矩使回转平台制动。

实施状态四：

挖掘机切换为能量回收模式时正向启动时能量释放：多路阀6工作在左位，电子控制系统发出控制指令，第二电磁换向阀9、第三电磁换向阀20、第四电磁换向阀13、第五电磁换向阀17均不通电，第一电磁换向阀5通电，油液依次通过蓄能器10、第一电磁换向阀5、第二单向阀24、多路阀6左路、第二电磁换向阀9、回转马达15进油口，驱动回转马达15正转。通过压力传感器8检测蓄能器10内气体压力，当低于系统设定值时，信号传递到电子控制系统，电子控制系统发出指令，第一电磁换向阀5不通电，蓄能器停止释放能量，此时变量泵3开始供油，继续驱动回转马达15回转至指定位置。通过释放蓄能器回收的制动能量，实现了制动能量的回收再利用，达到了节能减排的目的。

Claims

1.一种基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，包括液压系统和电子控制系统，其特征在于：液压系统的发动机（25）与变量泵（3）驱动轴相连，油箱（1）经过滤器（2）与变量泵（3）进油口相连，变量泵（3）出油口与第一单向阀（4）进油口相连，第一单向阀（4）出油口与多路阀（6）的第一进油口、第二单向阀（24）出油口、溢流阀（23）进油口相连；多路阀（6）的第一出油口与第二电磁换向阀（9）的第一进油口相连，多路阀（6）的第二出油口与第三电磁换向阀（20）的第一进油口相连；第二电磁换向阀（9）的出油口分两路：一路与回转马达（15）的进油口、第三电磁换向阀（13）的进油口相连，另一路与第五单向阀（11）出油口相连，第五单向阀（11）进油口与油箱相连；第三电磁换向阀（20）的出油口分两路：一路与回转马达（15）的出油口、第四电磁换向阀（17）的进油口相连，另一路与第六单向阀（19）出油口相连，第六单向阀（19）进油口与油箱相连；第二电磁换向阀（9）第二进油口与第三单向阀（7）的进油口相连，第三单向阀（7）的出油口与液压蓄能器（10）进油口相连；第五电磁换向阀（20）第二进油口与第四单向阀（22）的进油口相连，第四单向阀（22）的出油口与液压蓄能器（10）进油口相连；液压蓄能器（10）还有三个出油口，它们分别与压力传感器（8）、第二溢流阀（21）、第一换向阀（5）进油口相连；第一换向阀（5）出油口与第二单向阀（24）进油口相连，第二单向阀（24）出油口与第一单向阀（4）出油口相连；回转马达（15）进油口与第三换向阀（13）进油口相连，第三换向阀（13）出油口与溢流阀（14）进油口相连，溢流阀（14）出油口与油箱相连；回转马达（15）出油口与第四换向阀（17）进油口相连，第四换向阀（17）出油口与溢流阀（16）进油口相连，溢流阀（16）出油口与油箱相连。

2.按照权利要求1所述的基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，其特征在于：所述电子控制系统线路分别与第一电磁换向阀（5）、第二电磁换向阀（9）、第三电磁换向阀（13）、第四电磁换向阀（17）、第五电磁换向阀（20）和变量泵（3）的控制端相连。

3.按照权利要求1所述的基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，其特征在于：所述的第一换向阀（5）、第四换向阀（13）、第五换向阀（17）均为二位二通电磁换向阀。

4.按照权利要求1所述的基于蓄能器能量回收的挖掘机回转系统，其特征在于：所述的第二电磁换向阀（9）、第五电磁换向阀（20）均为二位三通电磁换向阀。