CN217870707U - 能量回收液压系统及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工程机械的液压系统技术领域，公开一种能量回收液压系统及挖掘机。能量回收液压系统包括主泵组、辅助马达、主阀组、蓄能器、第一控制阀以及第二控制阀，蓄能器通过能量回收管路与回转马达的进出油管路相连通，蓄能器还通过能量释放管路与辅助马达的低压油口相连通；第一控制阀用于控制能量回收管路的通断；第二控制阀用于控制能量释放管路的通断。通过控制第一控制阀导通，能够使得蓄能器对回转马达的回转制动能量进行回收，以避免制动能量损失；另外通过控制第二控制阀导通，能够使得蓄能器内储存的能量进行释放来驱动辅助马达，使辅助马达辅助驱动主泵组，从而降低动力源对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源的负载率，降低油耗。

Description

能量回收液压系统及挖掘机

技术领域

本实用新型涉及工程机械的液压系统技术领域，尤其涉及能量回收液压系统及挖掘机。

背景技术

液压挖掘机特别是大型及矿用型挖掘机的工作装置(动臂、斗杆及铲斗)质量较大，转动惯量大，在挖掘装载等工况时，挖掘机进行回转制动时会产生大量的制动能量，制动能量会转换为热量形式损失，损失的热能一方面造成液压系统中液压油的发热问题，导致需要增强液压油的散热能力，另一方面无用功率损耗大，燃油效率差。因此，亟需一种能够对回转制动过程中的制动能量进行回收的能量回收液压系统，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能量回收液压系统及挖掘机，能够对回转制动能量进行回收，并能够将回收储存的能量进行释放来驱动辅助马达。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

能量回收液压系统，包括：

主泵组，其包括并联连接的第一主泵和第二主泵；

辅助马达，其与所述主泵组驱动连接；

主阀组，其包括第一主阀和第二主阀，所述第一主阀的进油口与所述第一主泵的出油口相连通，所述第一主阀的两个工作油口分别与回转马达的两个油口相连通，所述第二主阀的进油口与所述第二主泵的出油口相连通，所述第二主阀的两个工作油口分别与动臂油缸的有杆腔和无杆腔相连通；

蓄能器，其通过能量回收管路与所述回转马达的进出油管路相连通，其还通过能量释放管路与所述辅助马达的低压油口相连通；

第一控制阀，其用于控制所述能量回收管路的通断；

第二控制阀，其用于控制所述能量释放管路的通断。

作为优选，所述第一控制阀为提升阀，所述能量回收管路包括第一回收管路、第二回收管路、第三回收管路和第四回收管路，所述回转马达的进出油管路分别与所述第一回收管路的一端和所述第二回收管路的一端相连通，所述第一回收管路的另一端和所述第二回收管路的另一端均与所述第三回收管路的一端相连通，所述第三回收管路的另一端与所述提升阀的小腔进口相连通，所述提升阀的小腔出口与所述第四回收管路的一端相连通，所述提升阀的大腔出口通过开关阀与所述第四回收管路相连通，所述第四回收管路的另一端与所述蓄能器相连通。

作为优选，所述开关阀为液控开关阀，所述液控开关阀的控制端与第一先导阀的出油口连通，所述第一先导阀的进油口与先导油源相连通，所述第一先导阀的控制端与控制器电连接。

作为优选，还包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述蓄能器的储存压力，所述压力传感器与控制器电连接。

作为优选，所述蓄能器还通过溢流阀与油箱连通。

作为优选，所述第一回收管路上设置有第一单向阀，所述第二回收管路上设置有第二单向阀，所述第一单向阀和所述第二单向阀均被配置为由所述回转马达至所述蓄能器方向单向导通。

作为优选，所述第四回收管路上于所述开关阀与所述蓄能器之间还设置有第三单向阀，所述第三单向阀被配置为由所述开关阀至所述蓄能器方向单向导通。

作为优选，所述第一主阀的两个控制端分别与第二先导阀和第三先导阀的出油口连通，所述第二主阀的两个控制端分别与第四先导阀和第五先导阀的出油口连通，所述第二先导阀、所述第三先导阀、所述第四先导阀以及所述第五先导阀的进油口均与先导油源相连通，所述第二先导阀、所述第三先导阀、所述第四先导阀以及所述第五先导阀的控制端均与控制器电连接。

作为优选，所述第二控制阀为电控开关阀或电控比例阀，所述第二控制阀的控制端与控制器电连接。

挖掘机，包括如上任一方案所述的能量回收液压系统。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的能量回收液压系统，通过控制第一控制阀导通，能够使得蓄能器对回转马达的回转制动能量进行回收，以避免制动能量损失；另外通过控制第二控制阀导通，能够使得蓄能器内储存的能量进行释放来驱动辅助马达，使辅助马达辅助驱动主泵组，从而降低动力源对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源的负载率，降低油耗。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的能量回收液压系统的原理示意图。

图中：

1、第一主泵；2、第二主泵；3、动力源；4、辅助马达；5、补油单向阀；6、第一主阀；7、第二主阀；8、回转马达；9、动臂油缸；10、蓄能器；11、提升阀；12、开关阀；13、第二控制阀；14、溢流阀；15、压力传感器；16、第一先导阀；17、第二先导阀；18、第三先导阀；19、第四先导阀；20、第五先导阀；21、控制器；22、先导油源；23、第一单向阀；24、第二单向阀；25、第三单向阀；26、第一回收管路；27、第二回收管路；28、第三回收管路；29、第四回收管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实用新型提供一种能量回收液压系统，包括主泵组、辅助马达4、主阀组、蓄能器10、第一控制阀以及第二控制阀13，其中，主泵组包括并联连接的第一主泵1和第二主泵2，辅助马达4与主泵组驱动连接；主阀组包括第一主阀6和第二主阀7，第一主阀6的进油口与第一主泵1的出油口相连通，第一主阀6的两个工作油口分别与回转马达8的两个油口相连通，第二主阀7的进油口与第二主泵2的出油口相连通，第二主阀7的两个工作油口分别与动臂油缸9的有杆腔和无杆腔相连通；蓄能器10通过能量回收管路与回转马达8的进出油管路相连通，蓄能器10还通过能量释放管路与辅助马达4的低压油口相连通；第一控制阀用于控制能量回收管路的通断；第二控制阀13用于控制能量释放管路的通断。

通过控制第一控制阀导通，能够使得蓄能器10对回转马达8的回转制动能量进行回收，以避免制动能量损失；另外通过控制第二控制阀13导通，能够使得蓄能器10内储存的能量进行释放来驱动辅助马达4，使辅助马达4辅助驱动主泵组，从而降低动力源3对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源3的负载率，降低油耗。

第一控制阀为提升阀11，能量回收管路包括第一回收管路26、第二回收管路27、第三回收管路28和第四回收管路29，回转马达8的进出油管路分别与第一回收管路26的一端和第二回收管路27的一端相连通，第一回收管路26的另一端和第二回收管路27的另一端均与第三回收管路28的一端相连通，第三回收管路28的另一端与提升阀11的小腔进口相连通，提升阀11的小腔出口与第四回收管路29的一端相连通，提升阀11的大腔出口通过开关阀12与第四回收管路29相连通，第四回收管路29的另一端与蓄能器10相连通。于本实施例中，开关阀12为液控开关阀，液控开关阀的控制端与第一先导阀16的出油口连通，第一先导阀16的进油口与先导油源22相连通，第一先导阀16的控制端与控制器21电连接。于其他实施例中，开关阀12还可以为电控开关阀，电控开关阀的控制端能够直接与控制器21电连接。

当开关阀12处于关闭位时，回转马达8进出油管路的高压油通过第一回收管路26、第二回收管路27和第三回收管路28流向提升阀11的小腔端，并通过提升阀11的阀芯的节流孔节流后流向提升阀11的大腔端，因大腔端的作用面积大于小腔端的作用面积，且大腔端设有弹簧，又因开关阀12处于关闭位，故在大腔压力油和弹簧的共同作用下，提升阀11的阀芯关闭，从而阻断了回转马达8进出油管路与蓄能器10的连通，此时蓄能器10不吸收回转马达8制动过程中的制动能量。当开关阀12处于导通位时，回转马达8进出油管路中的高压油通过第一回收管路26、第二回收管路27和第三回收管路28流向提升阀11的小腔端，一方面压力油通过提升阀11中的阀芯的节流孔的节流作用后流向提升阀11的大腔端，并进而通过开关阀12的导通位和第四回收管路29流向蓄能器10，另一方面压力油在提升阀11的阀芯的节流孔的节流作用下，使得小腔端的液压油压力P1>大腔端的液压油压力P2，提升阀11的小腔端的液压油压力P1*小腔端的有效面积>提升阀11的大腔端的液压油压力P2*大腔端的有效面积+弹簧力，进而推动提升阀11的阀芯移动，从而打开提升阀11的主油道，压力油通过提升阀11的小腔端和第二回收管路29进一步流向蓄能器10，此时蓄能器10能够对回转制动过程中的制动能量进行回收。

蓄能器10通过溢流阀14与油箱连通。溢流阀14用于限制蓄能器10最大工作压力，避免蓄能器10压力过高导致损坏；另外在蓄能器10故障维修更换等操作时可以通过调整溢流阀14的压力来缓慢释放蓄能器10中的压力，实现安全有效操作。

第一回收管路26上设置有第一单向阀23，第一单向阀23被配置为由回转马达8至蓄能器10方向单向导通；第二回收管路27上设置有第二单向阀24，第二单向阀24被配置为由回转马达8至蓄能器10方向单向导通。通过设置第一单向阀23和第二单向阀24，能够避免蓄能器10中储存的能量反流至回转马达8中。进一步地，第四回收管路29上于开关阀12与蓄能器10之间还设置有第三单向阀25，第三单向阀25被配置为由开关阀12至蓄能器10方向单向导通。通过设置第三单向阀25，能够进一步避免蓄能器10中储存的能量反流至回转马达8中。

本实施例提供的能量回收液压系统还包括压力传感器15，压力传感器15用于检测蓄能器10的储存压力，压力传感器15与控制器21电连接。

第一主阀6的两个控制端分别与第二先导阀17和第三先导阀18的出油口连通，第二先导阀17和第三先导阀18的进油口均与先导油源22相连通，第二先导阀17和第三先导阀18的控制端均与控制器21电连接。第二先导阀17和第三先导阀18均为比例减压阀。控制器21通过检测第二先导阀17和第三先导阀18的信号大小能够判断回转马达8是否进行回转制动，具体地，当控制器21检测到第二先导阀17或第三先导阀18的控制压力降到阈值(0至公差范围内)时，则判定回转马达8将进行回转制动。

第二主阀7的两个控制端分别与第四先导阀19和第五先导阀20的出油口连通，第四先导阀19和第五先导阀20的进油口均与先导油源22相连通，第四先导阀19和第五先导阀20的控制端均与控制器21电连接，于本实施例中，第四先导阀19用于控制动臂油缸9的举升，第五先导阀20用于控制动臂油缸9的下降。第四先导阀19和第五先导阀20均为比例减压阀。控制器21通过控制第四先导阀19和第五先导阀20的输出油压大小，能够控制第二主阀7的阀芯的开启幅度，从而控制动臂油缸9举升或下降的速度。

第二控制阀13为电控开关阀或电控比例阀，本实施例优选为电控比例阀，第二控制阀13的控制端与控制器21电连接。当第二控制阀13处于关闭位时，蓄能器10与辅助马达4之间不连通，此时辅助马达4通过主泵组中的齿轮机构驱动旋转，并且辅助马达4通过与其并联的补油单向阀5向低压侧补油，避免辅助马达4吸空损坏；当第二控制阀13处于导通位时，蓄能器10中的能量通过第二控制阀13流向辅助马达4，驱动辅助马达4旋转，辅助马达4辅助驱动主泵组，从而降低动力源3对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源3的负载率，降低油耗。

本实施例提供的能量回收液压系统具有正常模式和能量回收模式这两种工作模式，具体地：

当系统为正常模式时，控制器21控制第一先导阀16失电，使开关阀12处于关闭位，从而使得提升阀11的阀芯关闭，进而使得回转马达8与蓄能器10之间不连通，导致回转马达8在启动、运行以及制动过程中都不与蓄能器10连通，蓄能器10不吸收储存回转马达8制动过程中产生的制动能量。

当系统为能量回收模式时，控制器21实时检测第二先导阀17和第三先导阀18的信号大小，当检测到第二先导阀17或第三先导阀18的控制压力降到阈值(0至公差范围内)时，则判定回转马达8将进行回转制动，此时控制器21控制第一先导阀16得电，使开关阀12切换至导通位，从而回转马达8与蓄能器10连通，进而蓄能器10能够对回转马达8回转制动过程中的制动能量进行回收。

蓄能器10中回收的能量进行释放是在两种情况下自动进行，具体地：

一种情况是当控制器21检测到压力传感器15的压力信号高于最高设定值(一般为蓄能器10的最大工作压力)时，控制器21控制第二控制阀13的阀口开启一定开度，蓄能器10中的高压油通过第二控制阀13流向辅助马达4，从而驱动辅助马达4旋转，进而辅助马达4通过齿轮机构辅助驱动主泵组，从而降低动力源3对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源3的负载率，降低油耗。在辅助马达4辅助驱动主泵组的过程中，控制器21实时检测主泵组的转速，并通过齿轮机构计算辅助马达4所需的转速，从而通过PID算法进一步控制第二控制阀13的阀芯开度，实现蓄能器10输出的压力油的流量可控，进而实现辅助马达4所需的流量大小可控，避免能量释放不足，导致辅助马达4不能有效辅助驱动的问题。

另一种情况是当控制器21检测到第四先导阀19的控制压力从阈值逐渐变大时，则动臂进行举升动作，因动臂举升动作功率消耗较大，故此时控制器21控制第二控制阀13的阀口开启一定开度，蓄能器10中的高压油通过第二控制阀13流向辅助马达4，从而驱动辅助马达4旋转，进而辅助马达4通过齿轮机构辅助驱动主泵组，从而降低动力源3对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源3的负载率，降低油耗。同样在辅助马达4辅助驱动主泵组的过程中，控制器21实时检测主泵组的转速，并通过齿轮机构计算辅助马达4所需的转速，从而通过PID算法进一步控制第二控制阀13的阀芯开度，实现蓄能器10输出的压力油的流量可控，进而实现辅助马达4所需的流量大小可控，避免能量释放不足，导致辅助马达4不能有效辅助驱动的问题。

蓄能器10中回收能量释放在两种情况下自动停止，具体地：

一种情况是当控制器21检测到压力传感器15的压力低于最低设定值时，控制器21控制第二控制阀13关闭，防止蓄能器10中压力过低后继续释放能量，导致蓄能器10中的活塞或气囊冲击蓄能器10，造成冲击响声或蓄能器10的早期损伤的问题；另一种情况是当控制器21检测到第二主阀7无任何动作时，控制第二控制阀13关闭。

本实用新型还提供一种挖掘机，包括如上方案所述的能量回收液压系统，通过采用该能量回收液压系统，能够对回转马达8的回转制动能量进行回收，以避免制动能量损失，还能够利用回收的能量驱动辅助马达4，使辅助马达4辅助驱动主泵组，从而降低动力源3对主泵组的驱动扭矩，进而降低动力源3的负载率，降低油耗。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.能量回收液压系统，其特征在于，包括：

主泵组，其包括并联连接的第一主泵(1)和第二主泵(2)；

辅助马达(4)，其与所述主泵组驱动连接；

主阀组，其包括第一主阀(6)和第二主阀(7)，所述第一主阀(6)的进油口与所述第一主泵(1)的出油口相连通，所述第一主阀(6)的两个工作油口分别与回转马达(8)的两个油口相连通，所述第二主阀(7)的进油口与所述第二主泵(2)的出油口相连通，所述第二主阀(7)的两个工作油口分别与动臂油缸(9)的有杆腔和无杆腔相连通；

蓄能器(10)，其通过能量回收管路与所述回转马达(8)的进出油管路相连通，其还通过能量释放管路与所述辅助马达(4)的低压油口相连通；

第一控制阀，其用于控制所述能量回收管路的通断；

第二控制阀(13)，其用于控制所述能量释放管路的通断。

2.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述第一控制阀为提升阀(11)，所述能量回收管路包括第一回收管路(26)、第二回收管路(27)、第三回收管路(28)和第四回收管路(29)，所述回转马达(8)的进出油管路分别与所述第一回收管路(26)的一端和所述第二回收管路(27)的一端相连通，所述第一回收管路(26)的另一端和所述第二回收管路(27)的另一端均与所述第三回收管路(28)的一端相连通，所述第三回收管路(28)的另一端与所述提升阀(11)的小腔进口相连通，所述提升阀(11)的小腔出口与所述第四回收管路(29)的一端相连通，所述提升阀(11)的大腔出口通过开关阀(12)与所述第四回收管路(29)相连通，所述第四回收管路(29)的另一端与所述蓄能器(10)相连通。

3.根据权利要求2所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述开关阀(12)为液控开关阀，所述液控开关阀的控制端与第一先导阀(16)的出油口连通，所述第一先导阀(16)的进油口与先导油源(22)相连通，所述第一先导阀(16)的控制端与控制器(21)电连接。

4.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，还包括压力传感器(15)，所述压力传感器(15)用于检测所述蓄能器(10)的储存压力，所述压力传感器(15)与控制器(21)电连接。

5.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述蓄能器(10)还通过溢流阀(14)与油箱连通。

6.根据权利要求2所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述第一回收管路(26)上设置有第一单向阀(23)，所述第二回收管路(27)上设置有第二单向阀(24)，所述第一单向阀(23)和所述第二单向阀(24)均被配置为由所述回转马达(8)至所述蓄能器(10)方向单向导通。

7.根据权利要求6所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述第四回收管路(29)上于所述开关阀(12)与所述蓄能器(10)之间还设置有第三单向阀(25)，所述第三单向阀(25)被配置为由所述开关阀(12)至所述蓄能器(10)方向单向导通。

8.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述第一主阀(6)的两个控制端分别与第二先导阀(17)和第三先导阀(18)的出油口连通，所述第二主阀(7)的两个控制端分别与第四先导阀(19)和第五先导阀(20)的出油口连通，所述第二先导阀(17)、所述第三先导阀(18)、所述第四先导阀(19)以及所述第五先导阀(20)的进油口均与先导油源(22)相连通，所述第二先导阀(17)、所述第三先导阀(18)、所述第四先导阀(19)以及所述第五先导阀(20)的控制端均与控制器(21)电连接。

9.根据权利要求1所述的能量回收液压系统，其特征在于，所述第二控制阀(13)为电控开关阀或电控比例阀，所述第二控制阀(13)的控制端与控制器(21)电连接。

10.挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的能量回收液压系统。

Images