CN205296269U - 挖掘机动臂势能再生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种挖掘机动臂势能再生系统，属于挖掘机技术领域，包括发动机、主泵、油箱、多路阀、动臂油缸、液控单向阀和压力补偿阀，所述多路阀包括单向阀和阻尼孔，所述液控单向阀的远程控制口连接所述挖掘机的动臂下降先导管路，所述液控单向阀的出口连接所述无杆腔油口；所述压力补偿阀的主油路的一端连接所述液控单向阀的入口，所述压力补偿阀的主油路的另一端连接所述主泵的入口，所述压力补偿阀的导通侧的控制油口连接所述有杆腔油口，所述压力补偿阀的关闭侧的控制油口连接所述无杆腔油口。采用高阻尼孔，在对原机操作影响小的前提下，超低成本的实现了动臂势能的回收，达到了节能减排的目的，并且能量回收充分。

Description

挖掘机动臂势能再生系统

技术领域

本实用新型属于挖掘机技术领域，尤其涉及一种挖掘机动臂势能再生系统。

背景技术

挖掘机的动臂下降动作使用频繁。在此过程中，由于挖掘机整个工作装置及负载的质量巨大，动臂往往是在自重的作用下下降。在此过程中，存在有将动臂下降势能进行回收再利用的机会。

目前已经有大量产品或发明能够实现动臂势能的回收。例如：

中国发明专利申请CN104613055A公开了一种挖掘机动臂势能液压式能量回收系统，其包括一变量马达、两变量泵、蓄能器、控制阀、ECU控制单元、压力传感器、转速传感器、液压缸、油箱和发动机。在工作时，动臂大腔的高压液压油推动变量马达旋转，变量马达带动与其同轴安装的变量泵旋转产生高压。该高压存储在蓄能器内，或者进入主液压回路；

中国发明专利申请CN102071718A公开了一种挖掘机能量回收系统，发动机与电机相连共同驱动液压泵；动臂回油口与回收液压马达相连，回收液压马达联接具有发电功能的电机，将挖掘机动臂的下降势能进行回收，并转变为电能储存到电储能元件中；电机、具有发电功能的电机和电储能元件均与电机控制器连接。在工作时，动臂油缸产生的高压推动回收液压马达旋转，进一步带动发电机产生电力。该电传送给电动机，电动机产生扭矩带动液压泵旋转，减少发动机的动力输出。

上述挖掘机动臂势能回收系统中需要增加泵或者马达、发电机或者电动机、蓄能器或者电池等，成本很高，系统复杂、改动大；同时，蓄能器或者电池的不同状态、挖掘机工作负载的不同，均导致动臂动作速度时快时慢，影响驾驶感受。

为了节省成本，简化能量回收系统，现有技术中公开了一种挖掘机动臂势能再生系统，如图1所示，包括油箱100、发动机101、主泵102、多路阀103和动臂油缸104，其中，多路阀103包括主阀1030、单向阀1031和阻尼孔1032。发动机101与主泵102传动连接，主泵102的进油口连接油箱100，主泵102的出油口连接主阀1030，主阀1030连接动臂油缸104的有杆腔油口a，动臂油缸104的无杆腔油口b分别连接单向阀1031的入口和阻尼孔1032的一端，单向阀1031的出口连接动臂油缸104的有杆腔油口a，阻尼孔1032的另一端连接主泵102的入口。

通过阻尼孔1032提升动臂油缸104的无杆腔的压力。当复合动作时，流经主阀1030的流量可能不足。在动臂重力的作用下，动臂油缸104的无杆腔的压力升高，一部分液压油从无杆腔油口b流经单向阀1031进入动臂油缸104的有杆腔油口a，从而减少主阀1030的流量，实现节能。

但是，选择上述阻尼孔1032阻尼的大小与挖掘机的复杂工况之间存在矛盾，具体的，阻尼孔1032若选择的阻尼小，则无杆腔大部分油液直接流回油箱100，再生效果不明显，并且动臂下降速度快，导致有杆腔吸空(吸空是指有杆腔进油跟不上，导致出现负压，油内的空气吸出，造成破坏作用)；阻尼孔1032若选择的阻尼大，则当有杆腔的压力上升后，液压油从阻尼孔1032流回油箱100，大的阻尼会产生大的能量损失，导致系统油耗高，散热量大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种挖掘机动臂势能再生系统，以解决现有的挖掘机动臂势能再生系统选择阻尼孔阻尼的大小与挖掘机的复杂工况之间存在矛盾的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：挖掘机动臂势能再生系统，包括发动机、主泵、油箱、多路阀和动臂油缸，所述多路阀包括第一单向阀和阻尼孔，所述动臂油缸的无杆腔油口分别连接所述第一单向阀的入口和所述阻尼孔的一端，所述第一单向阀的出口连接所述动臂油缸的有杆腔油口，所述阻尼孔的另一端连接所述油箱，所述动臂势能再生系统还包括：

液控单向阀，所述液控单向阀的远程控制口连接所述挖掘机的动臂下降先导管路，所述液控单向阀的出口连接所述无杆腔油口；

压力补偿阀，所述压力补偿阀的主油路的一端连接所述液控单向阀的入口，所述压力补偿阀的主油路的另一端连接所述主泵的入口，所述压力补偿阀的导通侧的控制油口连接所述有杆腔油口，所述压力补偿阀的关闭侧的控制油口连接所述无杆腔油口。

作为一种改进，所述压力补偿阀为二位二通比例阀。

作为一种改进，所述多路阀还分别连接左行走马达、右行走马达、回转马达、铲斗油缸和斗杆油缸。

作为一种改进，所述油箱为耐压油箱。

作为一种改进，所述压力补偿阀的主油路的另一端与所述主泵的入口之间设有第二单向阀，所述压力补偿阀的主油路的另一端还连接有一回收液压马达，所述回收液压马达与所述主泵传动连接。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：由于挖掘机动臂势能再生系统设计了液控单向阀和压力补偿阀，因而阻尼孔可以设置成高阻尼，以产生背压，通过压力补偿阀来实现背压的控制，具体的，当驾驶员有动臂下降指令时，动臂下降先导管路内先导压力升高，从而导通液控单向阀，又由于所述压力补偿阀的导通侧的控制油口连接所述有杆腔油口，所述压力补偿阀的关闭侧的控制油口连接所述无杆腔油口，因而压力补偿阀的关闭和开启由动臂油缸的无杆腔和有杆腔之间的压差控制，当压力补偿阀处于关闭侧，此时动臂油缸的液压油从无杆腔油口流经第一单向阀进入有杆腔，实现节能；当压力补偿阀处于导通侧，无杆腔内的液压油直接通过液控单向阀和压力补偿阀流回油箱，而不是通过高阻尼的阻尼孔流回油箱，从而降低了油液通过高阻尼的阻尼孔的能量损失。

本实用新型提供的挖掘机动臂势能再生系统不需要控制器，系统改动少，在对原机操作影响小的前提下，超低成本的实现了动臂势能的回收，达到了节能减排的目的，并且能量回收充分。

由于所述油箱为耐压油箱，较一般的油箱的耐压提高，从而可以提高主泵的入口压力，减少发动机的能量消耗，从而产生额外的能量再生，进一步实现节能。

由于所述压力补偿阀的主油路的另一端与所述主泵的入口之间设有第二单向阀，所述压力补偿阀的主油路的另一端还连接有一回收液压马达，所述回收液压马达与所述主泵传动连接，这样可以通过回收液压马达带动主泵旋转，减少发动机的能量消耗，从而产生额外的能量再生，进一步实现节能。

附图说明

图1是现有技术提供的液压原理图；

图2是本实用新型实施例一的液压原理图；

图3是动臂油缸无杆腔和有杆腔之间的压差与压力补偿阀阀开度关系的示意图；

图4是本实用新型实施例二的液压原理图；

图中：100、油箱，101、发动机，102、主泵，103、多路阀，1030、主阀，1031、单向阀，1032、阻尼孔，104、动臂油缸，a、有杆腔油口，b、无杆腔油口；

1、发动机，2、主泵，3、油箱，4、多路阀，41、第一单向阀，42、阻尼孔，5、动臂油缸，c、有杆腔油口，d、无杆腔油口，6、液控单向阀，7、压力补偿阀，71、弹簧，e、导通侧，f、关闭侧，8、动臂下降先导管路，9、左行走马达，10、右行走马达，11、回转马达，12、铲斗油缸，13、斗杆油缸，14、第二单向阀，15、回收液压马达。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图2所示，一种挖掘机动臂势能再生系统，包括发动机1、主泵2、油箱3、多路阀4和动臂油缸5，多路阀4包括第一单向阀41和阻尼孔42，发动机1与主泵2传动连接，主泵2的进油口连接油箱3，主泵2的出油口连接动臂油缸5的有杆腔油口c。

动臂油缸5的无杆腔油口d分别连接第一单向阀41的入口和阻尼孔42的一端，第一单向阀41的出口连接动臂油缸5的有杆腔油口c，阻尼孔42的另一端连接油箱3，动臂势能再生系统还包括：

液控单向阀6，液控单向阀6的远程控制口连接挖掘机的动臂下降先导管路8，液控单向阀6的出口连接无杆腔油口d；

压力补偿阀7，压力补偿阀7的主油路的一端连接液控单向阀6的入口，压力补偿阀7的主油路的另一端连接主泵2的入口，压力补偿阀7的导通侧e的控制油口连接有杆腔油口c，压力补偿阀7的关闭侧f的控制油口连接无杆腔油口d。

在本实施例中，多路阀4还分别连接左行走马达9、右行走马达10、回转马达11、铲斗油缸12和斗杆油缸13。

上述阻尼孔42可以设置成高阻尼，以产生背压，通过压力补偿阀7来实现背压的控制，压力补偿阀7为二位二通比例阀，压力补偿阀7内设有弹簧71。

在本实施例中，k表示弹簧71的刚度，x₀表示弹簧71的初始位移，x₁表示弹簧71的相对最大位移，Pd表示动臂油缸5的无杆腔的压力，Pc表示动臂油缸5的有杆腔的压力，Pd-Pc＝△P，动臂油缸5无杆腔和有杆腔之间的压差与压力补偿阀阀开度关系的示意图，如图3所示：

当△P≥k(x₁+x₀)时，压力补偿阀7完全关闭；

当△P≤kx₀时，压力补偿阀7完全打开；

当kx₀＜△P＜k(x₁+x₀)时，压力补偿阀处于中间的某一位置。

其工作原理如下：

当驾驶员有动臂下降指令时，动臂下降先导管路8内先导压力升高，从而导通液控单向阀6，当△P≥k(x₁+x₀)时，压力补偿阀7处于关闭侧f，此时动臂油缸的液压油从无杆腔油口d流经第一单向阀41进入有杆腔，实现节能；当△P≤kx₀，压力补偿阀7处于导通侧e，无杆腔内的液压油直接通过液控单向阀6和压力补偿阀7流回油箱3，而不是通过高阻尼的阻尼孔42流回油箱，从而降低了油液通过高阻尼的阻尼孔42的能量损失。由此保证了总是有足够的流量通过第一单向阀41再生，降低通过阻尼孔42的损失。

在本实施例中，油箱3为耐压油箱，较一般的油箱的耐压提高，如达到2MPa，目前普通的油箱压力安全阀压力设置都较低。采用耐压油箱可以提高主泵2的入口压力，减少发动机的能量消耗，从而产生额外的能量再生，进一步实现节能。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于，如图4所示，油箱3采用普通油箱，压力补偿阀7的主油路的另一端与主泵2的入口之间设有第二单向阀14，压力补偿阀7的主油路的另一端还连接有一回收液压马达15，回收液压马达15与主泵2传动连接，这样可以通过回收液压马达15带动主泵2旋转，减少发动机的能量消耗，从而产生额外的能量再生，进一步实现节能。

在实际应用中，回收液压马达15还可以直接采用现有的补油泵(齿轮泵)，将补油泵按照马达的方式工作，补油泵为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

本实用新型提供的挖掘机动臂势能再生系统完全液压控制，不需要电子控制器，可靠性高，成本低；系统改动很小，不需要高成本的蓄能器、电池等，改造成本忽略不计；系统通用性强，与流量控制系统无关(正流量、负流量、负载敏感系统等)，适用于现在所有挖掘机直接更改；同时不增加原挖掘机的管路阻力。

本实用新型提供的挖掘机动臂势能再生系统不需要控制器，系统改动少，在对原机操作影响小的前提下，超低成本的实现了动臂势能的回收，达到了节能减排的目的，并且能量回收充分。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.挖掘机动臂势能再生系统，包括发动机(1)、主泵(2)、油箱(3)、多路阀(4)和动臂油缸(5)，所述多路阀(4)包括第一单向阀(41)和阻尼孔(42)，所述动臂油缸(5)的无杆腔油口(d)分别连接所述第一单向阀(41)的入口和所述阻尼孔(42)的一端，所述第一单向阀(41)的出口连接所述动臂油缸(5)的有杆腔油口(c)，所述阻尼孔(42)的另一端连接所述油箱(3)，其特征在于，所述动臂势能再生系统还包括：

液控单向阀(6)，所述液控单向阀(6)的远程控制口连接所述挖掘机的动臂下降先导管路(8)，所述液控单向阀(6)的出口连接所述无杆腔油口(d)；

压力补偿阀(7)，所述压力补偿阀(7)的主油路的一端连接所述液控单向阀(6)的入口，所述压力补偿阀(7)的主油路的另一端连接所述主泵(2)的入口，所述压力补偿阀(7)的导通侧(e)的控制油口连接所述有杆腔油口(c)，所述压力补偿阀(7)的关闭侧(f)的控制油口连接所述无杆腔油口(d)。

2.根据权利要求1所述的挖掘机动臂势能再生系统，其特征在于，所述压力补偿阀(7)为二位二通比例阀。

3.根据权利要求1或2所述的挖掘机动臂势能再生系统，其特征在于，所述多路阀(4)还分别连接左行走马达(9)、右行走马达(10)、回转马达(11)、铲斗油缸(12)和斗杆油缸(13)。

4.根据权利要求1或2所述的挖掘机动臂势能再生系统，其特征在于，所述油箱(3)为耐压油箱。

5.根据权利要求1或2所述的挖掘机动臂势能再生系统，其特征在于，所述压力补偿阀(7)的主油路的另一端与所述主泵(2)的入口之间设有第二单向阀(14)，所述压力补偿阀(7)的主油路的另一端还连接有一回收液压马达(15)，所述回收液压马达(15)与所述主泵(2)传动连接。