CN220953632U - 一种挖掘机回转液压系统及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种挖掘机回转液压系统及挖掘机，其包括主泵(1)、主阀(2)、回转马达(4)、背压阀(7)及油箱(8)，所述主泵的吸油口与所述油箱连接，出油口与所述主阀的进油口连接，所述主阀的第一工作油口连接所述回转马达的进油口，所述回转马达的回油口连接所述主阀的第二工作油口，所述主阀的回油口经所述背压阀连接所述油箱，所述回转马达的回油口同时连接能量回收模块的入口，所述能量回收模块的出口连接储能装置(6)。本实用新型能在回转启动时防止溢流，并在回转制动时将能量回收。

Description

一种挖掘机回转液压系统及挖掘机

技术领域

本实用新型涉及挖掘机，特别是一种挖掘机回转液压系统及挖掘机。

背景技术

挖掘机被广泛用于建筑、桥梁、高铁、隧道、码头、军工等行业，在国家基建、房建和国防建设中发挥着中流砥柱的作用。随着行业的发展和市场保有量的增长，液压挖掘机行业累积燃油消耗量迅速增加，成为继汽车之后的又一石化能源消耗主体。当前石化能源储量日益减少且短时间内不可再生，单位价格不断攀升，使能量消耗情况成为评价挖掘机市场竞争力的重要指标。高效、节能、减排已成为液压挖掘机不可逆的发展趋势。

挖掘机大部分作业涉及回转动作。回转启动时，回转马达转速低、需要流量少，导致液压泵部分输出流量会通过回转马达溢流阀溢流，最终以热的形式损失。回转制动时，由于回转平台及工作装置质量、转动惯量和惯性力矩都很大，导致回转平台制动时动能很大，通常全部以热能的形式损失。

回转启动溢流、回转制动的大部分能量不仅会通过发热浪费掉，还会使液压油温度快速升高、需要专门的冷却装置进行降温，进一步增加了系统功耗。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有挖掘机回转液压系统回转启动时溢流、回转制动时能量通过发热浪费的不足，本实用新型提供一种回转启动防溢流、回转制动能量回收的挖掘机回转液压系统及挖掘机。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种挖掘机回转液压系统，包括主泵、主阀、回转马达、背压阀及油箱，所述主泵的吸油口与所述油箱连接，出油口与所述主阀的进油口连接，所述主阀的第一工作油口连接所述回转马达的进油口，所述回转马达的回油口连接所述主阀的第二工作油口，所述主阀的回油口经所述背压阀连接所述油箱，所述回转马达的回油口同时连接能量回收模块的入口，所述能量回收模块的出口连接储能装置，所述能量回收模块包括安装在能量回收模块入口的节流口、安装在节流口后面的开关阀、用于能量回收的比例阀，所述节流口一侧与能量回收模块入口连接，另一侧与所述开关阀的入口和所述比例阀的一侧液控口连接，所述比例阀的另一侧液控口直接与能量回收模块的入口连接，所述比例阀的入口与能量回收模块的入口连接，比例阀的出口与能量回收模块的出口连接。

本实用新型通过在回转马达的回油口并接能量回收模块，且在回转马达回油口的系统压力大于能量回收模块的开关阀的开启压力时，开关阀开启，同时比例阀的开启度随比例阀的进油口压力与所述开关阀的开启压力差增大而增大，并随比例阀的进油口压力与开关阀的开启压力差减小而减小，这样当系统回转启动和制动时，节流口两侧出现明显压差，同时比例阀的两侧液控端出现明显压力差，使得比例阀的开启度增大，进而可通过比例阀回收液压能，不仅能防止回转启动时的溢流，还能将回转制动时产生的动能回收，降低系统功耗；当回转加速、近似匀速回转时，节流口两侧压差较小，比例阀开启度小，系统液压能基本用于供给回转马达，不影响回转马达的正常工作。

优选地，所述能量回收模块还包括安装在能量回收模块入口的防逆流单向阀。

优选地，所述能量回收模块还包括安装在能量回收模块出口的能量回收安全阀。

优选地，所述节流口替换为节流阀。

优选地，所述主阀的第一工作油口、第二工作油口分别经回路锁止装置连接所述回转马达，所述回路锁止装置包括双向开关电磁阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀，当所述双向开关电磁阀失电时，所述第一液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第一液控单向阀的液控端，所述第二液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第二液控单向阀的液控端，所述挖掘机回转液压系统处于常规模式；当所述双向开关电磁阀得电时，所述第一液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第二液控单向阀的液控端，所述第二液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第一液控单向阀的液控端，所述挖掘机回转液压系统处于节能模式。

基于同一发明构思，本实用新型还提供了一种挖掘机，其包括所述挖掘机回转液压系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型解决了挖掘机回转启动时液压泵(主泵)部分输出流量通过回转马达溢流阀溢流最终液压能转化为热能逸散浪费的问题。

(2)本实用新型通过将回转制动时产生的动能转化为液压能储存，最终回馈给系统，解决了挖掘机回转制动时产生的巨大动能几乎全部以热能的形式损失的问题。

(3)本实用新型是在常规挖掘机回转液压系统上增加的新功能，适用于挖掘机正流量系统、负流量系统、LS系统、节流系统，同时，本实用新型的节能模式可通过双向开关电磁阀选择性关闭，与挖掘机原有回转液压系统不冲突。

(4)本实用新型是在常规挖掘机回转液压系统上增加的新功能，满足常规挖掘机回转作业一切要求，包括静启动、带载启动需求，启动初期加速回转要求，匀速回转高速要求，回转制动防摆动要求，系统安全要求等等。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型挖掘机回转液压系统原理图。

图2为本实用新型回路锁止装置原理图。

图3为回转马达原理图。

图4为能量回收模块原理图。

图中：1-主泵；2-主阀；3-回路锁止装置；4-回转马达；5-能量回收模块；6-储能装置；7-背压阀；8-油箱；

3.1-双向开关电磁阀；3.2-第一液控单向阀；3.3-第二液控单向阀；

4.1-回转马达安全阀；4.2-补油单向阀；4.3-防摆阀；4.4-延时阀；4.5-机械锁止机构；

5.1-防逆流单向阀；5.2-比例阀；5.3-开关阀；5.4-能量回收安全阀；5.5-节流口。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“垂直”“水平”“内”“外”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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；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。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。

请参阅图1，本实用新型挖掘机回转液压系统一实施例包括主泵(电机或柴油机驱动)1、主阀2、回路锁止装置3、回转马达4、能量回收模块5、储能装置6、背压阀7、油箱8。

需要说明的是，本实用新型是在常规挖掘机回转液压系统上增加的新功能，其中主泵(电机或柴油机驱动)1、主阀2、回转马达4、储能装置6、背压阀7、油箱8都为现有设备。储能装置6包括但不限于蓄能器、飞轮、发电机、同步马达。

所述回路锁止装置3的原理图如图2所示。所述回路锁止装置3的内部设置一个双向开关电磁阀3.1、第一液控单向阀3.2、第二液控单向阀3.3，第一液控单向阀3.2、第二液控单向阀3.3的液控端无油液时只能单向打开即A1→B1、A2→B2，当且仅当液控端有油液时双向打开即A1→B1、A2→B2、B1→A1、B2→A2。本实用新型中采用回路锁止装置3的作业是实现系统两种工作模式(常规模式和节能模式)的切换。

所述回转马达4为常规回转马达，其原理图如图3所示。所述回转马达4内设置回转马达安全阀4.1、补油单向阀4.2、防摆阀4.3、延时阀4.4、机械锁止机构4.5。因回转马达4为现有结构，故在此对其原理及结构进行省略。

所述能量回收模块5的原理图如图4所示。所述能量回收模块5内：入口处设置防逆流单向阀5.1；设置比例阀5.2，比例阀5.2具有两个液控口，开启度受两个液控口的先导压力信号(系统压力)差和结构自身弹簧力控制；设置开关阀5.3，开关阀5.3的溢流口连接油箱8，当系统压力超过开关阀5.3的设定压力时，开关阀5.3打开；比例阀5.2的出口处设置能量回收安全阀5.4，能量回收安全阀5.4的出口连接油箱8，当比例阀5.2的出口处压力超过能量回收安全阀5.4设定压力时液压油溢流回油箱8。所述节流口5.5的一侧与能量回收模块5的入口连接，另一侧与所述开关阀5.3和所述比例阀5.2的带弹簧侧液控口连接。所述比例阀5.2的另一侧液控口直接与能量回收模块5的入口连接。所述比例阀5.2的入口与能量回收模块5的入口连接，出口与能量回收模块5的出口连接。

所述主泵1的吸油口与油箱8连接，出油口与主阀2的进油口连接，主阀2的第一工作油口经回路锁止装置3连接回转马达4的回油口，主阀2的第二工作油口经回路锁止装置3连接回转马达4的进油口。

所述能量回收模块5的入口与回转马达4的进油口和回油口连接，出口接储能装置6和/或其他执行器回路。

本实用新型液压挖掘机回转液压系统处于常规模式时，主泵1提供的液压油经主阀2、回路锁止装置3到回转马达4，并驱动回转马达4运转，回转马达4的回油经回路锁止装置3、主阀2的回油口及背压阀7回流至油箱8。

本实用新型液压挖掘机回转液压系统处于节能模式时，具有较高压力的部分液压油通过能量回收模块5储存至储能装置6和/或作为油源去往其他执行器回路。

本实用新型液压挖掘机回转液压系统设置安全油路，当比例阀5.2的出口压力超过能量回收安全阀5.4设定压力时液压油溢流回油箱8，使能量回收压力不大于安全压力。

本实用新型液压挖掘机回转液压系统设置回转马达补油油路，回转马达补油油路设置补油单向阀4.2。补油单向阀4.2的入口与回转马达安全阀4.1的出口和油箱8相连，补油单向阀4.2的出口与回转马达相连。若回转马达腔室压力低于回油背压(背压阀7的背压)，则可通过补油单向阀4.2补油，防止吸空。

本实用新型液压挖掘机回转液压系统的控制逻辑为：

本系统的可控电器元件有回路锁紧装置3的双向开关电磁阀3.1、能量回收模块5的开关阀5.3、能量回收模块5的能量回收安全阀5.4；

本系统压力可控元件为主阀2、能量回收模块5的液控比例阀5.2。

a)回路锁止装置3的双向开关电磁阀3.1的控制逻辑为：

常规模式下，控制器(挖掘机控制系统的原有控制器)控制回路锁止装置3的双向开关电磁阀3.1失电，有油液通过回路锁止装置3时A1→B1、A2→B2、B1→A1、B2→A2双向通道打开。

节能模式下，控制器控制回路锁止装置3的双向开关电磁阀3.1得电，B2处有油液通过时A1→B1、B1→A1双向打开，否则只有A1→B1，B1处有油液通过时A2→B2、B2→A2双向打开，否则只有A2→B2。

如此，本实用新型通过回路锁止装置3的双向开关电磁阀3.1实现了两种工作模式的切换：回路锁止装置3的双向开关电磁阀3.1失电时，系统工作于常规模式，回路锁止装置3的双向开关电磁阀3.1得电时，系统工作于节能模式。

b)能量回收模块5的开关阀5.3的控制逻辑为：设定开启压力应高于系统带载启动、斜坡回转等高负载工况要求的最低压力，低于回转马达安全阀4.1的设定压力。

c)能量回收安全阀5.4的开启控制逻辑为：由回转马达4的额定压力、管路额定压力的最小值决定，由控制器设置并控制。

d)主阀2的控制逻辑为：与常规挖掘机相同，由控制器根据回转先导信号控制主阀2的工作位与开度。

e)能量回收模块5的液控比例阀5.2的控制逻辑为：比例阀5.2的开启度受其两侧先导压力信号及弹簧力(比例阀5.2的固有结构)共同控制：①系统压力小于能量回收模块5的开关阀5.3的开启压力时，开关阀5.3关闭，使比例阀5.2的两侧液控口的先导压力都为系统压力，即先导压力相同，在弹簧力作用下比例阀5.2的阀芯处于关闭位，使系统液压能全部用于供给回转马达作业，不影响回转马达的正常工作。②系统压力大于能量回收模块5的开关阀5.3的开启压力时，开关阀5.3打开，且比例阀5.2的开启度随比例阀5.2的进油口压力与开关阀5.3的开启压力差增大而增大，并随比例阀5.2的进油口压力与所述开关阀5.3的开启压力差减小而减小。系统回转启动和制动时，节流口5.5两侧出现明显压差，同时比例阀5.2的第一、二液控端出现明显压力差，使得比例阀5.2的开启度增大，进而可通过比例阀5.2回收液压能，不仅能防止回转启动时的溢流，还能将回转制动时产生的动能回收，降低系统功耗；当回转加速、近似匀速回转时，节流口5.5两侧压差较小，比例阀5.2开启度小，系统液压能基本用于供给回转马达作业。比例阀5.2的能量损耗主要为液控口克服弹簧力损耗，通常为2Mpa以下，远低于常规回转马达系统溢流阀能量损耗，能量损耗极小。

本实用新型液压挖掘机回转液压系统的功能实现方式：回转动作通常分为四个阶段：回转启动、回转加速、近似匀速回转、回转制动。

a)常规模式-回转启动。

进油路：回转启动瞬间，回转马达4无转速，不需要流量，系统随液压主泵1的输出液压油增加会瞬时建立非常高的压力，达到回转马达安全阀4.1设定压力，流量通过安全阀4.1溢流至油箱8。

回油路：回路锁止装置3的双向打开，回转马达4的回油通过主阀2回流至油箱8。

b)常规模式-回转加速。

进油路：回转加速过程前期回转马达4的转速低，需要流量少，系统随液压主泵1的输出流量增加会建立较高的压力，有时会达到回转马达安全阀4.1设定压力，流量通过回转马达安全阀4.1溢流至油箱8。回转加速过程后期回转马达4的转速较高，液压主泵1的输出流量全部供给回转。

回油路：回路锁止装置3双向打开，回转马达4的回油通过主阀2回流至油箱8。

c)常规模式-近似匀速回转。

进油路：近似匀速回转状态回转马达4的转速较高，液压主泵1的输出流量全部供给回转马达4。

回油路：回路锁止装置3双向打开，回转马达4的回油通过主阀2回流至油箱8。

d)常规模式-回转制动。

进油路：回转平台及工作装置质量、转动惯量和惯性力矩都很大，回转制动时由于惯性作用回转不会立即停止而是以原来的运动状态继续回转某个角度。由于主阀2移动至中位，主泵1提供的油液无法通过进油路供至回转马达4，回转马达4的进油腔压力突然降低甚至有形成负压的趋势，需要通过补油单向阀4.2进行补油。

回油路：由于惯性作用回转不会立即停止而是以原来的运动状态继续回转某个角度，回转马达4的回油腔油液被压缩，压力突然升高到一个较高值，系统压力超过回转马达安全阀4.1设定压力，液压油从回转马达安全阀4.1溢流。

e)节能模式-回转启动。

进油路：回转启动瞬间，回转马达4无转速，不需要流量，系统随液压主泵1输出流量增加会瞬时建立非常高的压力，能量回收模块5的开关阀5.3打开，当流量超过一定程度，使节流口5.5两侧压差大到一定程度，比例阀5.2的阀芯克服弹簧力、在液控力的作用下往开度大的方向移动，且流量越大开度越大，流量经比例阀5.2储存至储能装置6和/或作为油源去往其他执行器回路，流量越大比例阀5.2的通流量越大，实现自适应的内部闭环调整过程。

回油路：参图2，B2处有油液(此时双向开关电磁阀3.1得电)，即回油路的第一液控单向阀3.2的液控端有油液，第一液控单向阀3.2可反向打开，回转马达4的回油通过主阀2回流至油箱8。

f)节能模式-回转加速。

进油路：回转加速过程前期回转马达4的转速低，需要流量少，系统随液压主泵1的输出流量增加会建立较高的压力，能量回收模块5的开关阀5.3打开。相比回转启动阶段，部分流量供给至回转马达4，能量回收模块5的入口处流量比回转启动阶段少，比例阀5.2的开口小于回转启动阶段，流量经比例阀5.2储存至储能装置6和/或作为油源去往其他执行器回路的同时，系统仍能保持较高的压力，使回转马达4保持回转加速度。回转加速过程后期回转马达4的转速高，需要流量多，系统压力进一步降低，能量回收模块5的开关阀5.3关闭，比例阀5.2关闭，即能量回收模块5关闭，系统流量全部供给回转马达4。

回油路：参图2，B2处有油液(此时双向开关电磁阀3.1得电)，即回油路的第一液控单向阀3.2的液控端有油液，第一液控单向阀3.2可反向打开，回转马达4的回油通过主阀2回流至油箱8。

g)节能模式-近似匀速回转。

进油路：近似匀速回转过程，回转马达4的转速高，需要流量多，系统压力低，能量回收模块5的开关阀5.3关闭，比例阀5.2关闭，能量回收模块5关闭，系统流量全部供给回转马达4。

回油路：参图2，B2处有油液(此时双向开关电磁阀3.1得电)，即回油路的第一液控单向阀3.2的液控端有油液，第一液控单向阀3.2可反向打开，回转马达4的回油通过主阀2回流至油箱8。

h)节能模式-回转制动。

进油路：回转平台及工作装置质量、转动惯量和惯性力矩都很大，回转制动时由于惯性作用回转不会立即停止而是以原来的运动状态继续回转某个角度。由于主阀2移动到中位，主泵1提供的油液无法通过进油路供至回转马达4，进油腔压力突然降低甚至有形成负压的趋势，需要通过补油单向阀4.2进行补油。

回油路：由于惯性作用回转不会立即停止而是以原来的运动状态继续回转某个角度，由于主阀2移动至中位，主泵1提供的油液无法通过进油路供至回转马达4，无法提供油液到回油路的第一液控单向阀3.2的液控端，回路锁止装置3只能单向打开，回油通道关闭，原回油腔油液被压缩，压力突然升高到一个较高值，能量回收模块5的开关阀5.3打开，比例阀5.2打开，即能量回收模块5打开，流量经比例阀5.2储存至储能装置6和/或作为油源去往其他执行器回路。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方案，但本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种挖掘机回转液压系统，包括主泵(1)、主阀（2）、回转马达（4）、背压阀（7）及油箱（8），所述主泵的吸油口与所述油箱连接，出油口与所述主阀的进油口连接，所述主阀的第一工作油口连接所述回转马达的进油口，所述回转马达的回油口连接所述主阀的第二工作油口，所述主阀的回油口经所述背压阀连接所述油箱，其特征在于：所述回转马达的回油口同时连接能量回收模块的入口，所述能量回收模块的出口连接储能装置（6），所述能量回收模块包括安装在能量回收模块入口的节流口（5.5）、安装在节流口后面的开关阀（5.3）、用于能量回收的比例阀（5.2），所述节流口一侧与能量回收模块入口连接，另一侧与所述开关阀的入口和所述比例阀的一侧液控口连接，所述比例阀的另一侧液控口直接与能量回收模块的入口连接，所述比例阀的入口与能量回收模块的入口连接，比例阀的出口与能量回收模块的出口连接。

2.根据权利要求1所述挖掘机回转液压系统，其特征在于，所述能量回收模块还包括安装在能量回收模块入口的防逆流单向阀（5.1）。

3.根据权利要求1所述挖掘机回转液压系统，其特征在于，所述能量回收模块还包括安装在能量回收模块出口的能量回收安全阀（5.4）。

4.根据权利要求1所述挖掘机回转液压系统，其特征在于，所述节流口替换为节流阀。

5.根据权利要求1所述挖掘机回转液压系统，其特征在于，所述主阀的第一工作油口、第二工作油口分别经回路锁止装置（3）连接所述回转马达，所述回路锁止装置包括双向开关电磁阀（3.1）、第一液控单向阀（3.2）、第二液控单向阀（3.3），当所述双向开关电磁阀失电时，所述第一液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第一液控单向阀的液控端，所述第二液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第二液控单向阀的液控端，所述挖掘机回转液压系统处于常规模式；当所述双向开关电磁阀得电时，所述第一液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第二液控单向阀的液控端，所述第二液控单向阀的出口经所述双向开关电磁阀连通所述第一液控单向阀的液控端，所述挖掘机回转液压系统处于节能模式。

6.一种挖掘机，其特征在于，包括权利要求1－5中任一项所述挖掘机回转液压系统。