CN214743136U - 一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统，它能够把原来负载重物下降时系统散失掉转化为热能的势能和动能存储为超级电容或蓄电池的电能，并回收利用，降低系统能耗，当起升负载时，超级电容或蓄电池给电动机提供电能，液压泵/马达处于泵工况，驱动液压油缸带动负载起升，下降负载时，液压泵/马达转换为马达工况，将液压油缸在负载重力作用下下降过程中产生的势能进行回收，将重物势能转化为发电机电能，经过DC‑DC转换器储存在超级电容或蓄电池中，重复上述工作，这种工作状态将超级电容或蓄电池储存的能量实时的回收并释放，适合于稳定负载的频繁往复运动的设备上，在石油和起重机械等行业，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及了一种二次调节流量耦联系统，特别涉及了一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统。
背景技术
二次调节静液传动技术一般定义是在恒压网络中对液压泵/马达无节流地进行闭环控制的液压传动技术。该技术由于具有可多负载并联、控制特性好、能实现系统制动动能和势能的回收等优点而引起越来越多的关注,国外已将该技术应用于起重机械、车辆传动、大型试验台等领域。但是，恒压网络的二次调节静液传动系统也有其弊端:系统通常只能接入可变量的旋转执行元件，不能接入不可变量的旋转执行元件定量马达或摆动缸和直线型执行元件直线液压缸。这主要是由其工作原理决定的,因为其压力基本恒定，所以只能通过改变执行元件的排量来实现对速度、扭矩和功率等参数的控制。要解决上述问题，一种方法是在系统中引入一种能量转换元件液压变压器来实现上述功能，目前国外的瑞典、德国和日本以及我国的浙江大学和哈尔滨工业大学等都在对此进行研究；另一种方法是根据负载特性要求，利用流量耦联系统压力随负载改变的特点，将二次调节技术与流量耦联系统结合，建立二次调节流量耦联静液传动系统。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种超级电容型二次调节流量耦联系统。
一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统，包括接触器Ⅰ，超级电容，发电机，电磁离合器Ⅰ，小齿轮Ⅰ，小齿轮Ⅱ，液压泵/马达，变量液压缸，减压阀，安全阀，单向阀，液压缸，上限位传感器，下限位传感器，负载，油箱，电液伺服阀，大齿轮Ⅰ，大齿轮Ⅱ，电磁离合器Ⅱ，电动机，蓄电池，接触器Ⅱ，DC-DC转换器和控制器，超级电容与蓄电池通过恒压充电模块相连，发电机经过DC-DC转换器与超级电容相连，电动机与蓄电池连接，发电机的输出轴通过电磁离合器Ⅰ与小齿轮Ⅰ的轴相连接，电动机的输出轴通过电磁离合器Ⅱ与大齿轮Ⅰ的轴相连接，小齿轮Ⅰ与大齿轮Ⅱ啮合连接，大齿轮Ⅰ与小齿轮Ⅱ啮合连接，大齿轮Ⅱ与小齿轮Ⅱ同轴连接，液压泵/马达的传动轴与小齿轮Ⅱ固定连接，液压泵/马达的斜盘与变量液压缸的活塞杆相连，变量液压缸的两个输油口分别与电液伺服阀的两个输油口c、d连通，电液伺服阀的另两个输油口a、b 分别与油箱和减压阀的出油口连通，减压阀的进油口与液压泵/马达的一个输油口、液压缸的一个输油口连通，液压泵/马达的另一个输油口与液压缸的另一个输油口均与油箱连通，液压缸的活塞杆和外部的负载连接，液压缸侧面上限位传感器和下限位传感器之间的距离等于液压缸的工作行程，超级电容的电压信号输出端和蓄电池的电流信号输出端分别与控制器的控制信号输入端连接，上限位传感器和下限位传感器的电信号输出端分别与控制器的控制信号输入端连接，控制器的控制信号输出端分别与接触器Ⅰ、电磁离合器Ⅰ、电液伺服阀、电磁离合器Ⅱ和接触器Ⅱ的控制信号输入端连接。
本发明的一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统能够把原来负载重物下降时系统散失掉转化为热能的势能和动能存储为超级电容或蓄电池的电能，并回收利用，减小系统装机功率，降低系统能耗。本发明适用于石油和起重机械等行业，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的系统的整体结构示意图；
图2是本发明的电路结构示意图；
符号说明：
1.接触器Ⅰ、2.超级电容、3.发电机、4.电磁离合器Ⅰ、5.小齿轮Ⅰ、6.小齿轮Ⅱ、7.液压泵/马达、8.变量液压缸、9.减压阀、10.安全阀、11.单向阀、12. 液压缸、13.上限位传感器、14.下限位传感器、15.负载、16.油箱、17.电液伺服阀、18.大齿轮Ⅰ、19.大齿轮Ⅱ、20.电磁离合器Ⅱ、21.电动机、22.蓄电池、 23.接触器Ⅱ、24.DC-DC转换器、25.控制器.
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统，包括接触器Ⅰ1、超级电容2、发电机3、电磁离合器Ⅰ4、小齿轮Ⅰ5、小齿轮Ⅱ6、液压泵/马达7、变量液压缸8、减压阀9、溢流阀10、单向阀11、液压缸12、上限位传感器13、下限位传感器14、负载15、油箱16、电液伺服阀17、大齿轮Ⅰ18、大齿轮Ⅱ19、电磁离合器Ⅱ20、电动机21、蓄电池22、接触器Ⅱ23、DC-DC转换器24和控制器 25，超级电容2与蓄电池22通过恒压充电模块相连，发电机3经过DC-DC转换器24与超级电容2相连，电动机21与蓄电池22连接，发电机3的输出轴通过电磁离合器Ⅰ4与小齿轮Ⅰ5的轴相连接，电动机21的输出轴通过电磁离合器Ⅱ20与大齿轮Ⅰ18的轴相连接，小齿轮Ⅰ5与大齿轮Ⅱ19啮合连接，大齿轮Ⅰ 18与小齿轮Ⅱ6啮合连接，大齿轮Ⅰ19与小齿轮Ⅱ6同轴连接，液压泵/马达7 的传动轴与小齿轮Ⅱ6固定连接，液压泵/马达7的斜盘4-1与变量液压缸8的活塞杆相连，变量液压缸8的两个输油口分别与电液伺服阀17的两个输油口c、 d连通，电液伺服阀17的另两个输油口a、b分别与油箱16和减压阀9的出油口连通，减压阀9的进油口与液压泵/马达7的一个输油口、液压缸12的一个输油口连通，液压泵/马达7的另一个输油口与液压缸12的另一个输油口均与油箱16连通，液压缸12的活塞杆和外部的负载15连接，液压缸侧面上限位传感器13和下限位传感器14之间的距离等于液压缸的工作行程，超级电容2的电压信号输出端和蓄电池22的电流信号输出端分别与控制器25的控制信号输入端连接，上限位传感器13和下限位传感器14的电信号输出端分别与控制器 25的控制信号输入端连接，控制器25的控制信号输出端分别与接触器Ⅰ1、电磁离合器Ⅰ4、电液伺服阀17、电磁离合器Ⅱ20和接触器Ⅱ23的控制信号输入端连接。
本实施方式中的液压泵/马达7的排量由电液伺服阀17通过控制变量液压缸8来调节，而电液伺服阀17的控制压力由液压泵/马达7高压油经减压阀9 提供。
本实施方式的一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统在工作的时候，系统的初始状态为：液压泵/马达7处于泵工况，电磁离合器Ⅰ4处于分离状态，电磁离合器Ⅱ20处于闭合状态，工作过程如下。
电机驱动，电动机21带动液压泵/马达7驱动，液压缸12带动负载15上升，控制器25实时检测超级电容两端电压。即将起升负载时，超级电容的电压若大于设定的最低幅值，控制器控制接触器Ⅰ闭合、接触器Ⅱ断开，使超级电容为负载起升瞬间供电一段时间，平滑蓄电池的大功率输出，超级电容的电压若低于其正常工作电压，此时控制器控制接触器Ⅰ断开，接触器Ⅱ闭合，蓄电池为负载起升全程供电。
驱动/储能转换，当液压缸12带动负载15上升到触发上限位传感器13的位置的时刻，控制器25控制电液伺服阀17驱动变量液压缸8的驱动杆带动液压泵/马达7的斜盘倾角过零点，使液压泵/马达7转换为马达工况，同时断开电磁离合器Ⅱ，闭合电磁离合器Ⅰ。
储能，负载15在重力的作用下，带动液压缸12的活塞杆下降，进而提供液压驱动液压泵/马达7通过齿轮传动带动发电机3工作，即，将重物势能转化为发电机电能，经过DC-DC转换器存储到超级电容或蓄电池中。因直流发电机的发电电压与起升系统的负载有关，发电电压不稳定，而超级电容、蓄电池的充电电压不能过低和过高，所以为了保证发电机输出电能可以有效转化为二者存储的电能，添加了DC-DC转换器，调节储能装置充电电压，从而保证为超级电容和蓄电池的安全充电。当超级电容两端电压未达设定电压时，控制器控制接触器Ⅰ闭合，此时所回收势能优先存储到超级电容中，当超级电容端电压达到设定的最大阈值时，表明超级电容两端电压即将达到额定电压，控制器控制接触器Ⅰ断开，接触器Ⅱ闭合，此时所回收能量储存到蓄电池中。
储能/驱动转换，当负载15下降到触发下限位传感器14的位置的时刻，控制器25控制电液伺服阀17动作，驱动变量液压缸8的驱动杆带动液压泵/马达 7的斜盘转动，使液压泵/马达7转换到泵工况，同时断开电磁离合器Ⅰ，闭合电磁离合器Ⅱ。
重复上述电机驱动、驱动/储能转换、储能和储能/驱动转换的步骤，在上述工作状态中首先电机驱动液压泵/马达带动负载工作，然后采用超级电容或蓄电池储存负载的势能，并使用超级电容或蓄电池的能量驱动负载工作，这种工作状态将超级电容或蓄电池储存的能量实时的回收并释放，适合于稳定负载的频繁往复运动的设备上。
在势能回收过程中，由于系统结构等原因，超级电容为起升系统供电所消耗的能量通常大于其势能回收的能量，故为了保证超级电容在负载起升时的正常供电，在超级电容和蓄电池之间设置了恒压充电模块，在超级电容电量低于设定最低阈值时，蓄电池可通过恒压充电模块为超级电容充电。在实际实施过程中，通常还包括安全阀10、单向阀11，安全阀10和单向阀11并联在液压泵 /马达7的输油口上，并且安全阀10的出油口和单向阀11的出油口与油箱16 连通。安全阀10和单向阀11在系统中起到安全保障的作用，能够使系统工作更安全、可靠，还能够增加系统的使用寿命。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种超级电容储能型二次调节流量耦联系统，包括接触器Ⅰ(1)，超级电容(2)，发电机(3)，电磁离合器Ⅰ(4)，小齿轮Ⅰ(5)，小齿轮Ⅱ(6)，液压泵/马达(7)，变量液压缸(8)，减压阀(9)，溢流阀(10)，单向阀(11)，液压缸(12)，上限位传感器(13)，下限位传感器(14)，负载(15)，油箱(16)，电液伺服阀(17)，大齿轮Ⅰ(18)，大齿轮Ⅱ(19)，电磁离合器Ⅱ(20)，电动机(21)，蓄电池(22)，接触器Ⅱ(23)，DC-DC转换器(24)和控制器(25)，超级电容(2)与蓄电池(22)通过恒压充电模块相连，发电机(3)经过DC-DC转换器(24)与超级电容(2)相连，电动机(21)与蓄电池(22)连接，发电机(3)的输出轴通过电磁离合器Ⅰ(4)与小齿轮Ⅰ(5)的轴相连接，电动机(21)的输出轴通过电磁离合器Ⅱ(20)与大齿轮Ⅰ(18)的轴相连接，小齿轮Ⅰ(5)与大齿轮Ⅱ(19)啮合连接，大齿轮Ⅰ(18)与小齿轮Ⅱ(6)啮合连接，大齿轮Ⅱ(19)与小齿轮Ⅱ(6)同轴连接，液压泵/马达(7)的传动轴与小齿轮Ⅱ(6)固定连接，液压泵/马达(7)的斜盘(4-1)与变量液压缸(8)的活塞杆相连，变量液压缸(8)的两个输油口分别与电液伺服阀(17)的两个输油口c和d连通，电液伺服阀(17)的另两个输油口a和b分别与油箱(16)和减压阀(9)的出油口连通，减压阀(9)的进油口与液压泵/马达(7)的一个输油口、液压缸(12)的一个输油口连通，液压泵/马达(7)的另一个输油口与液压缸(12)的另一个输油口均与油箱(16)连通，液压缸(12)的活塞杆和外部的负载(15)连接，液压缸侧面上限位传感器(13)和下限位传感器(14)之间的距离等于液压缸的工作行程，超级电容(2)的电压信号输出端和蓄电池(22)的电流信号输出端分别与控制器(25)的控制信号输入端连接，上限位传感器(13)和下限位传感器(14)的电信号输出端分别与控制器(25)的控制信号输入端连接，控制器(25)的控制信号输出端分别与接触器Ⅰ(1)，电磁离合器Ⅰ(4)，电液伺服阀(17)，电磁离合器Ⅱ(20)和接触器Ⅱ(23)的控制信号输入端连接。
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| US20220258554A1 (en) * | 2021-02-17 | 2022-08-18 | Francis Walls | Kinetic Energy Shock Absorber |
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- 2021-03-08 CN CN202120488157.9U patent/CN214743136U/zh not_active Expired - Fee Related
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