本发明专利技术涉及一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，包括动臂油缸、压力传感器、平衡阀、两位两通电磁阀、溢流阀、三位四通电磁换向阀、单向阀、液压泵、电动机、油箱、蓄能器、比例流量阀和控制器，电动机与液压泵机械传动连接；液压泵分别与油箱、单向阀相连；三位四通电磁换向阀分别与单向阀、油箱、动臂油缸、平衡阀相连；平衡阀分别与动臂油缸的大腔油口、两位两通电磁阀相连；两位两通电磁阀与三位四通电磁换向阀相连；第一溢流阀与三位四通电磁换向阀相连；比例流量阀与单向阀相连，比例流量阀油口与单向阀相连；第三单向阀分别与第四单向阀与蓄能器连接；压力传感器分别与动臂油缸的大腔油口和蓄能器相连；第二溢流阀分别与单向阀、油箱相连；本发明专利技术具有节能，实现变幅能量回收，动态响应快的特点。
【技术实现步骤摘要】
工程机械动臂势能变幅能量回收装置
本专利技术涉及一种工程机械动臂势能回收再生装置，特别是一种使用蓄能器的工程机械动臂势能变幅能量回收装置，属于工程机械
技术介绍
工程机械是使用广泛的一类工程建设用机械产品。随着工程机械保有量的不断增加，大量工程机械所消耗的能源、排放的污染物对环境产生了严重的影响。节能、高效的工程机械新产品已经成为国内外工程机械的研发目标。工程机械在作业过程中，带载工作装置的质量和惯性大，下放过程中的重力势能绝大部分转化为热能，不仅浪费能量，而且还使液压油温度上升，需要专门的液压油冷却器冷却液压油。同时，为了防止动臂下降速度过快，通常设置节流调速回路，使用节流阀调节动臂油缸的下降速度。在这个过程中，较多的能量消耗在节流阀口上，不仅造成能量浪费，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。为了提高系统的节能性和减少排放，应考虑对液压系统采用能量回收与再生利用技术。这不仅可以节约能源、减轻排放，还能有效保护机件，延长整机维修和使用寿命。目前，工程机械能量回收方法主要有电气式、液压式以及两者相结合的电气液压式。电气式能量回收借鉴了混合动力汽车的能量回收系统的概念：将工程机械每个动作循环中的剩余势能和回转平台的剩余动能等，通过液压马达和发电机，转化为电能存储起来进行二次应用，使得能量的利用率进一步提高，达到节能的目的。例如专利CN1830750A利用马达回收重力势能和动能，并通过与马达相连电机的再生制动功能将能量回收到电池。又例如专利CN102182730A通过液压马达将压力能转化为机械能，并通过与液压马达相连的发电机将机械能转化为电能，存储到超级电容中，实现势能回收。但电气式能量回收系统存在很多问题。第一是高性能蓄电池和超级电容等电气式能量存储单元成本较高，限制了该方案在实际中的应用。第二是动臂的下降过程时间很短，而在转速大幅度变化的过程中，发电机的发电及电池或电容的充电效率较低。第三是机械能、压力能、电能的反复转化大大降低了能量回收的利用率。液压式能量回收采用蓄能器作为储能元件，蓄能器能够储存并释放压力，其性能稳定，能够满足工程机械快速节能的要求。例如专利CN1958972A利用蓄能器直接吸收并直接释放重力势能；专利CN2076972U利用蓄能器通过双向泵/马达间接吸收间接释放重力势能。但先前的液压式能量回收系统都存在各种缺点，例如，专利CN1958972A所述系统，在蓄能器的释放能量的过程中，压力下降，当其压力不足以推动工作机具运动时，存储在蓄能器里的能量得不到释放，造成能量回收效率低。又如，专利CN2076972U所述系统，虽然能完全释放蓄能器内的压力油，但是能量回收与释放时泵的转动方向不一致，这样的装置应用于举升与下降频繁的工程机械动臂是不合适的。电气液压式能量回收利用电机再生制动与蓄能器的混合节能方法，例如专利CN101408213A利用蓄能器进行直接吸收并直接释放能量，同时利用电机对双向泵/马达进行再生制动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，通过液压比例控制实现变幅回收利用工程机械动臂势能，提高能量回收效率，并对工程机械动臂液压回路进行保护，以解决上述
技术介绍
中的不足之处。本专利技术所采用的技术方案是：一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，包括动臂油缸1、第一压力传感器2、第二压力传感器14、平衡阀3、两位两通电磁阀4、第一溢流阀5、第二溢流阀18、三位四通电磁换向阀6、单向阀、液压泵8、电动机9、油箱10、蓄能器13、比例流量阀15和控制器，其中：所述电动机9与液压泵8机械传动连接；所述液压泵8进油口与油箱10连接，液压泵8出油口与第一单向阀7进油口相连；所述三位四通电磁换向阀6的P口与第一单向阀7出油口相连，三位四通电磁换向阀6的T口与油箱10相连，三位四通电磁换向阀6的A口与动臂油缸1的小腔油口L相连，三位四通电磁换向阀6的B口与平衡阀3的I口相连；所述平衡阀3的H口与动臂油缸1的大腔油口M相连，平衡阀3的G口与两位两通电磁阀4的F口相连；所述两位两通电磁阀4的E口与三位四通电磁换向阀6的A口相连；所述第一溢流阀5的进油口C与三位四通电磁换向阀6的A口相连，第一溢流阀5的出油口D与三位四通电磁换向阀6的B口相连；所述比例流量阀15的K油口分别与第二单向阀11和第三单向阀12的进油口相连，所述比例流量阀15的J油口分别与第四单向阀16和第五单向阀17的出油口相连；所述第二单向阀11的出油口分别和第五单向阀17的进油口与动臂油缸1的大腔油口M相连；所述第三单向阀12的出油口分别与第四单向阀16的进油口与蓄能器13油口N连接；所述第一压力传感器2与动臂油缸1的大腔油口M相连；所述第二压力传感器14与蓄能器13的油口N相连；所述第二溢流阀18的进油口与第一单向阀7的出油口相连，第二溢流阀18的出油口与油箱10相连；所述三位四通电磁换向阀6具有第一开关式电磁铁D1和第二开关式电磁铁D2，所述两位两通电磁阀4具有第三开关式电磁铁D3，所述比例流量阀15具有比例电磁铁B1，所述第一开关式电磁铁D1、第二开关式电磁铁D2、第三开关式电磁铁D3和比例电磁铁B1分别连接控制器。本专利技术动臂势能变幅能量回收的基本原理是：1.动臂下降的初始阶段，动臂油缸1靠自重缩缸；控制器控制第二开关式电磁铁D2得电、第一开关式电磁铁D1失电，三位四通电磁换向阀6工作在右位，主回路油液进入动臂油缸1的小腔；控制器控制第三开关式电磁铁D3失电，两位两通电磁阀4关闭，从而使平衡阀3关闭，同时控制器控制比例电磁铁B1按照一定开度打开比例流量阀15，使动臂油缸1大腔的油液通过比例流量阀15进入蓄能器13，此为蓄能过程。2.动臂下降到一定程度时，重力逐渐受阻被平衡，动臂油缸的下降也受阻，此时控制器控制第三开关式电磁铁D3得电，两位两通电磁阀4打开，从而使平衡阀3打开，蓄能器13的蓄能过程结束，动臂油缸1按照正常的液压回路下降到底。3.动臂上升的初始阶段，控制器控制第三开关式电磁铁D3失电，两位两通电磁阀4关闭，从而使平衡阀3关闭，控制器根据第一压力传感器2和第二压力传感器14的压力值控制比例电磁铁B1的打开时间及开度，油液从蓄能器13释放，经过比例流量阀15后进入动臂油缸1的大腔，使动臂上升，此为放能过程；控制器控制电磁铁D1得电、D2失电，三位四通电磁换向阀6工作在左位，液压泵10也可同时为动臂油缸1的大腔供油。4.动臂上升到一定程度后，随着放能时间的增加，蓄能器的释放能力会有所减弱，当第二压力传感器14的压力值略大于第一压力传感器2的值时，控制器控制比例电磁铁B1失电，关闭比例流量阀15，蓄能器13的放能过程结束，动臂油缸按正常的液压回路继续上升到所需位置。本专利技术的有益效果是：1.节能效果。本专利技术通过液压蓄能器有效地回收工程机械动臂的势能，在动臂上升开始阶段释放所回收的能量，因此动臂上升所需的能量不再是完全依靠液压泵，节省了主液压系统的能量供给，达到了节能的目的。2.实现了变幅能量回收。本专利技术主要是在原回路中增加了比例流量阀和两个压力传感器，通过比较两个压力传感器的压力值，控制比例流量阀的开度大小，以实现比例控制的变幅能量回收。变幅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，包括动臂油缸(1)、第一压力传感器(2)、第二压力传感器(14)、平衡阀(3)、两位两通电磁阀(4)、第一溢流阀(5)、第二溢流阀(18)、三位四通电磁换向阀(6)、单向阀、液压泵(8)、电动机(9)、油箱(10)、蓄能器(13)、比例流量阀(15)和控制器，其特征在于：所述电动机(9)与液压泵(8)机械传动连接；所述液压泵(8)进油口与油箱(10)连接，液压泵(8)出油口与第一单向阀(7)进油口相连；所述三位四通电磁换向阀(6)的P口与第一单向阀(7)出油口相连，三位四通电磁换向阀(6)的T口与油箱(10)相连，三位四通电磁换向阀(6)的A口与动臂油缸(1)的小腔油口L相连，三位四通电磁换向阀(6)的B口与平衡阀(3)的I口相连；所述平衡阀(3)的H口与动臂油缸(1)的大腔油口M相连，平衡阀(3)的G口与两位两通电磁阀(4)的F口相连；所述两位两通电磁阀(4)的E口与三位四通电磁换向阀(6)的A口相连；所述第一溢流阀(5)的进油口C与三位四通电磁换向阀(6)的A口相连，第一溢流阀(5)的出油口D与三位四通电磁换向阀(6)的B口相连；所述比例流量阀(15)的K油口分别与第二单向阀(11)和第三单向阀(12)的进油口相连，所述比例流量阀(15)的J油口分别与第四单向阀(16)和第五单向阀(17)的出油口相连；所述第二单向阀(11)的出油口分别和第五单向阀(17)的进油口与动臂油缸(1)的大腔油口M相连；所述第三单向阀(12)的出油口分别与第四单向阀(1(6))的进油口与蓄能器(1(3))油口N连接；所述第一压力传感器(2)与动臂油缸(1)的大腔油口M相连；所述第二压力传感器(14)与蓄能器(13)的油口N相连；所述第二溢流阀(18)的进油口与第一单向阀(7)的出油口相连，第二溢流阀(18)的出油口与油箱(10)相连；所述三位四通电磁换向阀(6)具有第一开关式电磁铁(D1)和第二开关式电磁铁(D2)，所述两位两通电磁阀(4)具有第三开关式电磁铁(D3)，所述比例流量阀(15)具有比例电磁铁(B1)，所述第一开关式电磁铁(D1)、第二开关式电磁铁(D2)、第三开关式电磁铁(D3)和比例电磁铁(B1)分别连接控制器。...
【技术特征摘要】
1.一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，包括动臂油缸(1)、第一压力传感器(2)、第二压力传感器(14)、平衡阀(3)、两位两通电磁阀(4)、第一溢流阀(5)、第二溢流阀(18)、三位四通电磁换向阀(6)、单向阀、液压泵(8)、电动机(9)、油箱(10)、蓄能器(13)、比例流量阀(15)和控制器，其特征在于：所述电动机(9)与液压泵(8)机械传动连接；所述液压泵(8)进油口与油箱(10)连接，液压泵(8)出油口与第一单向阀(7)进油口相连；所述三位四通电磁换向阀(6)的P口与第一单向阀(7)出油口相连，三位四通电磁换向阀(6)的T口与油箱(10)相连，三位四通电磁换向阀(6)的A口与动臂油缸(1)的小腔油口L相连，三位四通电磁换向阀(6)的B口与平衡阀(3)的I口相连；所述平衡阀(3)的H口与动臂油缸(1)的大腔油口M相连，平衡阀(3)的G口与两位两通电磁阀(4)的F口相连；所述两位两通电磁阀(4)的E口与三位四通电磁换向阀(6)的A口相连；所述第一溢流阀(5)的进油口C与三位四通电磁换向阀(6)的A口相连，第一溢流阀...
【专利技术属性】
技术研发人员：卞永明，易万力，刘广军，李安虎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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