CN218844733U - 一种重力势能回收液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种重力势能回收液压控制系统，属于液压控制技术领域，提升重物时，升降液压缸的活塞杆伸出，由蓄能器与伺服电机泵组联合供油，能够减小蓄能器的装机容积；重物下降时，升降液压缸的活塞杆缩回，一部分液压油储存于蓄能器，另一部分通过伺服电机泵组进入液压缸的有杆腔，伺服电机泵组的吸油口压力大于排油口压力，伺服电机泵组处于发电状态，重力势能通过蓄能器和伺服电机泵组转化为液压能和电能；升降液压缸的活塞杆伸缩速度由伺服电机泵组泵控容积调速控制，无节流调速的能量损失，降低了运行能耗；蓄能器内的油液通过阀控回路进行更换，恒压油源仅需设计阀控回路的液压缸所需流量和系统泄漏补充流量，降低了装机功量。

Description

一种重力势能回收液压控制系统

技术领域

本实用新型属于液压控制技术领域，涉及一种重力势能回收液压控制系统。

背景技术

在液压控制领域，常常采用蓄能器进行能量回收。重物下降时，负载压缩液压缸的无杆腔油液从无杆腔排出，进入与无杆腔并联的蓄能器，并压缩蓄能器气侧气体，使得压力油储存于蓄能器中，以便下一次驱动重物或负载时使用。

由于同一系统中，工况的多样性，重力势能并不稳定，蓄能器充气压力需按最大负载力设计，使得有杆腔压力也不得不按最大工作压力设计并一直运行。

常规的蓄能器对重力势能进行回收时，几乎是承压侧的所有油液压入蓄能器中，使得蓄能器的容积需求较大。

在重力势能回收或释放过程中，由于蓄能器内油压力与负载和反腔压力需要实时匹配以控制速度，常采用阀控模式，会导致节流调速的能量损失，增大能量的消耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种重力势能回收液压控制系统，以降低能耗。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种重力势能回收液压控制系统，包括伺服电机泵组，伺服电机泵组的第一油口通过第一油路与升降液压缸的无杆腔相连，伺服电机泵组的第二油口通过第二油路与升降液压缸的有杆腔相连，第一油路和第二油路均连接有溢流阀；第一油路在连接伺服电机泵组和溢流阀之间的管路上还设有蓄能支路，蓄能支路包括蓄能器和第一两位两通换向阀，蓄能器的油侧与第一两位两通换向阀连接，第一两位两通换向阀与第一支路连接；蓄能器的油侧通过三位三通换向阀与恒压油源相连，三位三通换向阀的中位为截止状态；蓄能器连接有第一位移传感器以实时监测其活塞位置，升降液压缸连接有第二位移传感器以实时检测其活塞位置，第一位移传感器、第二位移传感器、伺服电机泵组、第一两位两通换向阀、三位三通换向阀、第二两位两通换向阀均与控制器相连。

可选地，伺服电机泵组的吸油口压力大于排油口压力时，伺服电机泵组处于发电状态。

可选地，蓄能器油侧通过第二两位两通换向阀与阀控回路相连以更换蓄能器的油液。

可选地，阀控回路为由三位四通换向阀控制的水平伸缩的双杆液压缸回路。

可选地，蓄能器的油侧连接有与控制器连接的第一压力传感器以监测油侧压力，控制器通过蓄能器的活塞位置、当前油侧压力、气侧预充压力、气侧容积、环境温度计算蓄能器的当前气侧压力，以判断当前气侧压力是否处在安全范围内，判断气侧是否需要充放气。

可选地，恒压油源与第一油路和第二油路相连，在连接恒压油源与第一油路和第二油路的管路上均设有安全阀和单向阀。

可选地，第一油路和第二油路连接有排气测压元件。

可选地，伺服电机泵组的吸油腔和排油腔均设有与控制器连接的压力传感器以监控两腔压力。

本实用新型的有益效果在于：在重力势能下落时，可通过蓄能器和伺服电机泵组把重力势能转化为液压能和电能。在提升重物时，升降液压缸的无杆腔由蓄能器和伺服电机泵组联合供油，可减小蓄能器的设计容积。升降液压缸的伸缩速度由伺服电机泵组来控制，无额外液压阀的控制和压力损失，降低了运行能耗。蓄能器内的油液通过向阀控回路供油，通过阀控回路的液压缸动作，油液流回油箱，既保证了泵控闭式回路油液的清洁度和温度，又不用直接从蓄能器放油，再次利用了蓄能器的液压能，进一步节约了能量。对于重力势能升降回路，恒压油源只需要提供本回路因泄漏而需补充的流量，降低了恒压油源泵站的装机功量。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型一种重力势能回收液压控制系统的示意图。

附图标记：恒压油源1、三位三通换向阀2、蓄能器3、第一位移传感器4.1、第二位移传感器4.2、第一压力传感器5.1、第二压力传感器5.2、第三压力传感器5.3、第一两位两通换向阀6.1、第二两位两通换向阀6.2、伺服电机泵组7、第一溢流阀8.1、第二溢流阀8.2、升降液压缸9、减压阀10、第一单向阀11.1、第二单向阀11.2、第一排气测压接头12.1、第二排气测压接头12.2、控制器13、三位四通换向阀14、阀控液压缸15。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，一种重力势能回收液压控制系统，包括伺服电机泵组7，伺服电机泵组7的第一油口通过第一油路与升降液压缸9的无杆腔相连，伺服电机泵组7的第二油口通过第二油路与升降液压缸9的有杆腔相连，第一油路和第二油路均连接有溢流阀；第一油路在连接伺服电机泵组7和溢流阀之间的管路上还设有蓄能支路，蓄能支路包括蓄能器3和第一两位两通换向阀6.1，蓄能器3的油侧与第一两位两通换向阀6.1连接，第一两位两通换向阀6.1与第一支路连接；蓄能器3的油侧通过三位三通换向阀2与恒压油源1相连，三位三通换向阀2的中位为截止状态；蓄能器3油侧通过第二两位两通换向阀6.2与阀控回路相连，以更换蓄能器3的油液；伺服电机泵组7的吸油口压力大于排油口压力时，伺服电机泵组7处于发电状态；蓄能器3连接有第一位移传感器4.1以实时监测其活塞位置，升降液压缸9连接有第二位移传感器4.2以实时检测其活塞位置，第一位移传感器4.1、第二位移传感器4.2、伺服电机泵组7、第一两位两通换向阀6.1、三位三通换向阀2、第二两位两通换向阀6.2均与控制器13相连，以使升降液压缸9的活塞位于高位时蓄能器3的活塞下降到低位，升降液压缸9的活塞位于低位时蓄能器3的活塞上升到高位。阀控回路可以是由恒压油源1提供油源的任何阀控回路，例如，通过三位四通换向阀14控制水平伸缩的双杆阀控液压缸15，以满足在蓄能器3内的压力油液更换，保证油液的清洁度和温度。

本实用新型在提升重物时，升降液压缸9的活塞杆伸出，由蓄能器3与伺服电机泵组7联合供油，能够减小蓄能器3的装机容积；重物下降时，升降液压缸9的活塞杆缩回，一部分液压油储存于蓄能器3，另一部分液压油通过伺服电机泵组7进入升降液压缸9的有杆腔；升降液压缸9的伸缩速度由伺服电机泵组7泵控容积调速控制，无节流调速的能量损失，降低了运行能耗；伺服电机泵组7的吸油口压力大于排油口压力时，伺服电机泵组7处于发电状态；伺服电机泵组7根据升降液压缸9有杆腔侧压力需求做功或发电，对负载的变化适应性强；蓄能器3内的油液通过向其他阀控回路供油进行更换，既进行了油液更换，保证了油液的清洁度和温度，又充分使用了更换油液的液压能，而不是从蓄能器中直接放回油箱，能够达到更好的节能效果。本实用新型中重力势能可通过蓄能器3和伺服电机泵组7转化为液压能和电能。对于重力势能升降回路，恒压油源1只需要设计本回路因泄漏而需补充的流量，降低了恒压源泵站的装机功量。

可选地，蓄能器3的油侧连接有与控制器13连接的第一压力传感器5.1以监测油侧压力，控制器13通过蓄能器3的活塞位置、当前油侧压力、气侧预充压力、气侧容积、环境温度计算蓄能器3的当前气侧压力，以判断当前气侧压力是否处在安全范围内，判断气侧是否需要充放气；恒压油源1与第一油路和第二油路相连，在连接恒压油源1与第一油路和第二油路的管路上均设有减压阀10和单向阀以实时补充油液，防止伺服电机泵组吸空；第一油路和第二油路连接有排气测压元件；伺服电机泵组7的吸油腔和排油腔均设有与控制器13连接的压力传感器以监控两腔压力；在升降液压缸9停位后，第一两位两通换向阀6.1的电磁阀a失电以切断升降液压缸9与蓄能器3的油路，第二两位两通换向阀6.2的电磁阀a失电以切断阀控回路与蓄能器3的油路，控制器13通过控制三位三通换向阀2对蓄能器3的活塞位置进行调整，以满足升降液压缸9的下一次动作要求。

实施例

一种重力势能回收液压控制系统，请参阅图1，包括恒压油源1、三位三通换向阀2、蓄能器3、第一位移传感器4.1、第二位移传感器4.2、第一压力传感器5.1、第二压力传感器5.2、第三压力传感器5.3、第一两位两通换向阀6.1、第二两位两通换向阀6.2、伺服电机泵组7、第一溢流阀8.1、第二溢流阀8.2、升降液压缸9、减压阀10、第一单向阀11.1、第二单向阀11.2、第一排气测压接头12.1、第二排气测压接头12.2、控制器13、三位四通换向阀14、阀控液压缸15。具体连接关系为：升降液压缸9设有位移传感器4.2，其两腔与伺服电机泵组7的两腔连接；升降液压缸9的两腔油路上分别连接有第一溢流阀8.1、第一排气测压接头12.1和第二溢流阀8.2和第二排气测压接头12.2；伺服电机泵组7的两腔油路上分别设有第二压力传感器5.2、第一单向阀11.1和第三压力传感器5.3、第二单向阀11.2，第一单向阀11.1和第二单向阀11.2前串联有减压阀10，并于恒压油源1相连；第二位移传感器4.2、第二压力传感器5.2、第三压力传感器5.3的信号接入控制器13，并根据升降液压缸9的要求，对伺服电机泵组7进行控制；升降液压缸9的无杆腔连接蓄能器3，并通过第一两位两通换向阀6.1与升降液压缸9的无杆腔通断；蓄能器3连接有第一位移传感器4.1，蓄能器3的油侧连接有第一压力传感器5.1；蓄能器3的油侧与恒压油源1通过三位三通换向阀2连接；第一位移传感器4.1和第一压力传感器5.1的信号接入控制器13，并根据要求对三位三通换向阀2进行换向，进而控制蓄能器3活塞的准确位置；蓄能器3连接有第二两位两通换向阀6.2，向常规阀控液压缸15的控制回路提供压力油源。

升降液压缸9始终承受向下的重物负载F，升降液压缸9在蓄能器3和伺服电机泵组7的共同作用下，控制重物提升或下落。

蓄能器3在油侧无压力情况下，气侧预充一定压力P0的氮气，充气容积为蓄能器的容积V0。恒压油源1通过减压阀10、第一单向阀11.1、第二单向阀11.2向系统充油，通过第一排气测压接头12.1和第二排气测压接头12.2排出管路中的气体。此时，三位三通换向阀2的ab电磁铁和第二两位两通换向阀6.2的a电磁铁均失电，两个阀处于截断状态；第一两位两通换向阀6.1的a电磁铁得电，处于导通状态。

假设升降液压缸9的初始位置处于完全缩回状态，待系统充满油液后，控制器13控制第一两位两通换向阀6.1的a电磁铁失电，切断蓄能器3和升降液压缸9无杆腔之间的油路。控制器13控制三位三通换向阀2的a电磁铁得电，b电磁铁失电，使得恒压油源1向蓄能器3充油，进而控制蓄能器3的活塞位置和油侧压力，以满足升降液压缸9下一次伸出时蓄能器提供的油容积和油压力的需求。

当升降液压缸9驱动重物提升时，蓄能器3的压力油向无杆腔供油，推动升降液压缸9伸出，有杆腔排出的油液经伺服电机泵组7进入液压缸的无杆腔，与蓄能器3一起联合供油。升降液压缸9上升的速度由伺服电机泵组7来控制，控制伺服电机泵组7的转速，进而控制升降液压缸9有杆腔排出的流量来实现。当升降液压缸9伸出到最高位后，蓄能器3的活塞下降到低位，以便升降液压缸9下一次缩回时储存从无杆腔排出的油液。

当升降液压缸9驱动重物下落时，升降液压缸9的无杆腔排出的油液分为两路。一部分通过伺服电机泵组7再进入升降液压缸9的有杆腔，剩余部分油液进入蓄能器3，作为液压能储存。升降液压缸9缩回的速度由伺服电机泵组7来控制，控制伺服电机泵组7的转速，进而控制升降液压缸9有杆腔的进油流量来实现。当升降液压缸9缩回到最低位后，蓄能器3的活塞上升到高位，储存液压能，以便升降液压缸9下一次伸出时使用。

在升降液压缸9伸出或缩回过程中，如果伺服电机泵组7的吸油口的压力大于排油口，则伺服电机泵组7处于发电状态。因此，重力势能得以全部转化为液压能和电能，从而节约能源。

升降液压缸9在伸出或缩回过程中，三位三通换向阀2的ab电磁铁均不得电，阀口A与P和T均处于断开状态。第一两位两通换向阀6.1的电磁铁a得电，处于导通状态。

当蓄能器3、升降液压缸9和伺服电机泵组7组成的封闭油腔需要更换油液时，控制两位第二两位两通换向阀6.2的a电磁铁得电，向其他阀控液压回路提供油源，并通过三位四通换向阀14驱动液压缸之后，液压油排回油箱，得以保证蓄能器和泵控封闭油腔内油液的清洁度和温度。

升降液压缸9连接有第二位移传感器4.2，由控制器13实时检测升降液压缸9的位置，在升降液压缸9停位后，切断液压缸与蓄能器3的油路，控制器13通过控制三位三通换向阀2对蓄能器13的活塞位置进行调整，以满足升降液压缸9的下一次动作要求。因此，当升降液压缸9停位于某个位置时，可切断蓄能器3与升降液压缸9和阀控液压缸15之间的连接，重新对蓄能器活塞位置进行调整，以保证下一次的动作时，蓄能器3有足够的压力油或储存容积。

由于泄漏或环境温度的变化，蓄能器3气侧的初始压力P0会发生变化。当发生泄漏或环境温度降低时，初始压力会下降，相同的油侧压力，会使得蓄能器3的活塞被压缩到更高的位置。反之，当环境温度升高时，初始压力会上升，相同的油侧压力，会使得蓄能器3的活塞处于更低的位置。已知蓄能器3的气侧预充压力P0、容积V0、当前油侧压力、活塞位置及环境温度情况下，控制13可计算出蓄能器3气侧压力是否仍在安全范围内，以提醒维护人员进行补气或放气的操作，避免蓄能器3运行过程中撞顶或触底。

伺服电机泵组7的两腔设有第二压力传感器5.2和第三压力传感器5.3，用以检测压力，控制器13判断两腔压力是否正常，并控制伺服电机泵组7，避免泵组吸空或超压而损坏设备。伺服电机泵组7的两腔设有溢流阀8.1和8.2，避免两腔超压。

伺服电机泵组7的两腔设有补油回路，恒压油源1的压力油经减压阀10，第一单向阀11.1和第二单向阀11.2向伺服电机泵组7的两腔加压。伺服电机泵组7的任何一腔压力小于减压阀10设定的压力时，油液进入该腔，避免伺服电机泵组7吸空。

伺服电机泵组7的两腔设有溢流阀，避免超压，用以保护泵组、液压缸和管路。

由于恒压油源1不再需要向升降液压缸9直接供油，因此降低了恒压油源泵站的装机功率、油箱容积等设备的要求，减小了能耗和油耗。

本实用新型的负载的重力势能可转化为液压能和电能，在满足重力势能回收的同时，适应变负载重力势能，减小蓄能器设计容积，采用容积调速控制，无节流调速的能量损失，降低运行能耗，节约了能源。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种重力势能回收液压控制系统，其特征在于：包括伺服电机泵组，伺服电机泵组的第一油口通过第一油路与升降液压缸的无杆腔相连，伺服电机泵组的第二油口通过第二油路与升降液压缸的有杆腔相连，第一油路和第二油路均连接有溢流阀；第一油路在连接伺服电机泵组和溢流阀之间的管路上还设有蓄能支路，蓄能支路包括蓄能器和第一两位两通换向阀，蓄能器的油侧与第一两位两通换向阀连接，第一两位两通换向阀与第一支路连接；蓄能器的油侧通过三位三通换向阀与恒压油源相连，三位三通换向阀的中位为截止状态；蓄能器连接有第一位移传感器以实时监测其活塞位置，升降液压缸连接有第二位移传感器以实时检测其活塞位置，第一位移传感器、第二位移传感器、伺服电机泵组、第一两位两通换向阀、三位三通换向阀、第二两位两通换向阀均与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：伺服电机泵组的吸油口压力大于排油口压力时，伺服电机泵组处于发电状态。

3.根据权利要求1所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：蓄能器油侧通过第二两位两通换向阀与阀控回路相连以更换蓄能器的油液。

4.根据权利要求3所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：阀控回路为由三位四通换向阀控制的水平伸缩的双杆液压缸回路。

5.根据权利要求1所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：蓄能器的油侧连接有与控制器连接的第一压力传感器以监测油侧压力。

6.根据权利要求1所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：恒压油源与第一油路和第二油路相连，在连接恒压油源与第一油路和第二油路的管路上均设有安全阀和单向阀。

7.根据权利要求1所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：第一油路和第二油路连接有排气测压元件。

8.根据权利要求1所述的重力势能回收液压控制系统，其特征在于：伺服电机泵组的吸油腔和排油腔均设有与控制器连接的压力传感器以监控两腔压力。

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