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带势能回收装置的挖掘机动臂流量再生系统

 

  本发明公开了一种带势能回收装置的挖掘机动臂流量再生系统,属于工程机械设备技术领域。它包括动臂液压缸、三位四通伺服阀、控制器、溢流阀、电磁流量阀、单向阀、变量泵、油箱和发动机;控制器与伺服阀、电磁流量阀、变量泵电联接;三位四通伺服阀依次与换向阀、液压马达连接;液压马达与发电机同轴连接,发电机的输出端与超级电容电联接;液压马达的出口压力经马达单向阀由电磁流量阀控制;换向阀与油箱连接;控制器与换向阀、发电机、液压马达电联接。本发明可以实现挖掘机在动臂下降过程中最佳节能状态,减少液压系统中的能量损耗,提高能量的利用率,延长挖掘机的使用寿命。


  本发明涉及工程机械设备,尤其是混 合动力液压挖掘机的动臂流量再生系统,属于工程机械设备技术领域。 背景技术

  目前,面对当今世界的能源危机和环境的恶化,节能减排已经成为工业技术发展的一个重要方向。挖掘机在土方施工中存在着能耗高、能源利用率低的缺点。挖掘机动臂进行着往复的运动,需要频繁的制动和举升,大部分势能都消耗在多路阀口上,不仅造成能源浪费,大量的势能转化成热能,增加了燃料的消耗,而且容易引起液压系统发热,降低元件的寿命。用于挖掘机动臂的节能方案主要有流量再生和势能回收两种,多数挖掘机上动臂采用了流量再生回路,以提高工作装置的作业速度,改善复合操纵性能,使液压系统的能耗降低。但是在动臂下降过程中利用节流阀(电磁流量阀)调节动臂液压缸下降的速度时, 较多的能量浪费在了节流阀口上,能量利用率较低。随着混合动力挖掘机的发展,势能回收技术逐渐成为动臂节能的一个重要技术分支,但是单独利用液压马达回收动臂下降的势能时,动臂液压缸下腔的能量仍需要主泵提供,能量综合效率并不高。

发明内容

  针对上述问题,本发明提供一种可回收势能的挖掘机动臂流量再生系统。

  本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:带势能回收装置的挖掘机动臂流量再生系统,包括动臂液压缸、三位四通伺服阀、控制器、溢流阀、电磁流量阀、单向阀、变量泵、油箱和发动机;控制器与伺服阀、电磁流量阀、变量泵电联接;三位四通伺服阀依次与换向阀、液压马达连接;液压马达与发电机同轴连接,发电机的输出端与超级电容电联接; 液压马达的出口压力经马达单向阀由电磁流量阀控制;换向阀与油箱连接;控制器与换向阀、发电机、液压马达电联接。

  本发明的有益效果是,综合了传统的流量再生系统和势能回收系统,通过对伺服阀、电磁流量阀、以及变量泵、液压马达和发电机的综合控制可以实现挖掘机在动臂下降过程中最佳节能状态,并且还可以通过调节元件不同参数的组合,达到所需的工作状态。相比普通流量再生系统,此系统可以通过回收多余的势能,避免了在动臂下降过程中,较多的势能以热能形式浪费在节流阀口 ;相比一般的回收势能的系统,此系统可以通过流量再生,大大降低主泵的能耗,提高能量利用率。在动臂下降时,不仅能够通过势能回收装置回收动臂下降过程中产生的势能,而且能够通过流量再生系统,将回流的液压油部分供给液压缸上腔,使系统所需主泵流量最小或为零,从而减少液压系统中的能量损耗,提高能量的利用率,延长挖掘机的使用寿命。


  具体实施方式

  下面结合实施例对本发明进一步说明。

  参见图1,带势能回收装置的挖掘机动臂流量再生系统,包括动臂液压缸1、三位四通伺服阀2、控制器3、溢流阀4、电磁流量阀5、单向阀6、变量泵7、油箱8和发动机9 ;控制器3与伺服阀2、电磁流量阀5、变量泵7电联接;三位四通伺服阀2依次与换向阀14、液压马达11连接;液压马达11与发电机13同轴连接,发电机13的输出端与超级电容12电联接;液压马达11的出口压力经马达单向阀10由电磁流量阀5控制;换向阀14与油箱8 连接;控制器3与换向阀14、发电机13、液压马达11电联接。

  动臂液压缸1为两个。换向阀14为二位三通换向阀。

  具体工作过程如下:

  动臂上升过程中油路流经路径:油箱8 —变量泵7 —单向阀6 —三位四通伺服阀 2右位一动臂液压缸1下腔一动臂液压缸1上腔一三位四通伺服阀2右位一换向阀14右位 —油箱8。

  动臂下降过程(合流加回收)主油路流经路径:动臂液压缸1下腔一三位四通伺服阀2左位一换向阀14左位一液压马达11 —马达单向阀10 —三位四通伺服阀2左位一动臂液压缸1上腔。控制伺服阀2和电磁流量阀5的开口、液压马达11和发电机13参数可以调节回收能量的比率,当合流时流量不足时,可以用变量泵7来补充。

  动臂液压缸1的上、下腔出口接三位四通伺服阀2,伺服阀2的一个分支连接换向阀14,换向阀14连接液压马达11,发电机13与液压马达11同轴连接,并将发电机13输出端与超级电容12连接;液压马达11的出油端与单向阀10连接,马达单向阀10的出口分为四个支路,一个支路通过电磁流量阀5连接油箱8,一个支路连接三位四通伺服阀2的进口, 一个支路分别连接了溢流阀4和油箱8,一个支路经过单向阀6与变量泵7连接,变量泵7 与发动机9同轴连接。

  信号控制单元3分别与三位四通伺服阀2、换向阀14的控制端连接,负责控制动臂的上升下降和势能回收装置的工作状态;通过输入电信号来控制电磁流量阀5和三位四通伺服阀2的开度,然后控制动臂液压缸1下降的速度和液压马达11两端的压差;并根据工况需求,来控制变量泵7和液压马达11的排量;最后与发电机13的控制扭矩输入端连接, 负责输入发电机13的发电扭矩,从而控制发电机13的发电效率。

  本发明是依靠在动臂下降过程中,动臂液压缸1下腔的高压液压油经过三位四通伺服阀2和换向阀14后,冲击液压马达11,将液压能转化为机械能,并通过与液压马达11 同轴连接的发电机13将机械能转化为电能,存储到超级电容12中,实现势能回收;经过液压马达11的液压油,流经马达单向阀10后,一部分通过电磁流量阀5流回油箱8,一部分油液由于电磁流量阀5存在一定背压,通过三位四通伺服阀2流回动臂液压缸1上腔,实现油液的回流;动臂液 压缸1的下降速度和势能回收装置的能量回收效率,可以通过调节电磁流量阀5、三位四通伺服阀2的开口和发电机13的输入扭矩综合进行控制,以保证在动臂正常下降时,势能回收效率保持在较高区间。

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