一种机械式动臂势能回收与再利用系统技术方案

一种机械式动臂势能回收与再利用系统，主换向阀的A口、B口分别与液压缸的无杆腔油口A、有杆腔油口B连接；液压泵/马达的A口通过管路与油箱连接，其P口与第一换向阀的A口连接；第一换向阀的P口同时与液压缸的无杆腔油口A、主换向阀的A口连接；第二单向阀的进油口A通过管路与油箱连接，其出油口B通过管路与液压泵/马达的P口连接；液压泵/马达输出轴通过离合器与弹簧装置旋转中心的传动轴连接；补油单向阀的进油口A通过管路与油箱连接，其出油口B与液压缸的有杆腔油口B连接；制动装置用于与传动轴相配合来制动或释放弹簧装置。该系统能将动臂的势能转化为弹簧的势能并存储，并能在动臂提升过程中实现储能的再利用过程。升过程中实现储能的再利用过程。升过程中实现储能的再利用过程。

【技术实现步骤摘要】
一种机械式动臂势能回收与再利用系统


[0001]本专利技术属于液压控制
，具体是一种机械式动臂势能回收与再利用系统。

技术介绍

[0002]挖掘机作为一种大型工程机械设备，其臂架具有很大的质量，同时，在挖掘机作业过程中，其动臂升降动作频繁，加之工作装置和负载质量通常很大，因而动臂在下降过程中会释放出大量的势能。该能量绝大部分消耗在主液压阀的节流口处，并转换为了热能，这不仅造成了能量的浪费和系统的发热，而且容易降低了液压元件的寿命。因此，如何回收动臂势能，并实现回收能量的再利用，对延长液压系统的使用寿命，实现液压系统的节能具有重要意义。
[0003]现阶段，挖掘机动臂势能回收方式主要有电力式和液压式。电力式主要采用液压马达、发电机为能量转化元件，蓄电池和超级电容为储能元件，以实现能量的转换和回收。但是动臂下降过程的时间非常短，通常在几秒的时间释放的能量大，所以功率很大。现有技术的蓄电池难以承受如此大的充电功率。而超级电容价格极为昂贵，且占用空间大，因此采用电力式回收的实用性不强。液压式能量回收系统以蓄能器为储能元件。其工作原理为，当回收系统重力势能时，以高压油液的压力能的形式储存于液压蓄能器中，当系统中需要用能时，储存的油液释放出来进入液压系统工作。液压式回收方案利用了蓄能器功率密度大，能吸收压力冲击等优点，但因蓄能器储存能量的密度低，如果需要储存较多能量时会需要较大体积的蓄能器，进而会占用较大的空间，且蓄能器的安装也非常不方便。此外，蓄能器的压力会随着存储油液的增多而上升，对臂架的下落速度造成影响。为了克服传统储能元件的不足，需要研发。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种机械式动臂势能回收与再利用系统，该系统采用弹簧作为储能元件，其实用性强，整体占用空间小，安装过程方便，且可在动臂下放过程中，能将动臂的势能转化为弹簧的势能并存储，从而能避免因转化为油液热能造成的能量浪费和液压元器件升温的现象；另外，当动臂需要提升时，弹簧的势能可以转化为油液的压力进而能辅助动臂的提升动作，能减少原动机的功率需求，该系统具有显著的节能效果。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种机械式动臂势能回收与再利用系统，包括油源、主换向阀、液压缸、液压泵/马达、第一换向阀、第二单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、控制器、弹簧装置、补油单向阀和制动装置；
[0006]所述油源通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的A口通过管路与液压缸的无杆腔油口A连接，主换向阀的B口分别通过管路与液压缸的有杆腔油口B连接；主换向阀的T口通过管路与油箱连接；
[0007]所述液压泵/马达的A口通过管路与油箱连接，其P口与第一换向阀的A口连接；第
一换向阀的P口同时与液压缸的无杆腔油口A、主换向阀的A口连接；
[0008]所述第二单向阀的进油口A通过管路与油箱连接，其出油口B通过管路与液压泵/马达的P口连接；
[0009]所述第一压力传感器连接在液压缸的无杆腔油口A上，用于实时采集在液压缸的无杆腔中的压力信号；
[0010]所述第二压力传感器连接在液压泵/马达的P口，用于实时采集液压泵/马达P口的压力信号；
[0011]所述弹簧装置由与挖掘机固定连接的外壳体、可卷动的设置在外壳体内部的涡卷式弹簧、可转动的设置在外壳体中心且里端与涡卷式弹簧连接的传动轴组成；
[0012]所述液压泵/马达输出轴通过离合器与所述弹簧装置旋转中心的传动轴连接；
[0013]所述补油单向阀的进油口A通过管路与油箱连接，其出油口B与液压缸的有杆腔油口B连接；
[0014]所述制动装置设置在传动轴上，用于与传动轴相配合来制动或释放弹簧装置；
[0015]所述控制器分别与主换向阀、第一换向阀、液压泵/马达、离合器、第一压力传感器、第二压力传感器和制动装置连接。
[0016]进一步，为了保证液压泵/马达的P口的压力在一定范围内，还包括溢流阀，所述溢流阀的T口通过管路与油箱连接，其P口通过管路与液压泵/马达的P口连接，溢流阀的压力高于油源的最高工作压力。
[0017]作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。
[0018]作为一种优选，所述第一换向阀为二位二通电磁换向阀，其失电后工作在左位，其得电后工作在右位，工作在左位时，其P口和A口之间的油路断开，工作在右位时，其P口和A口之间的油路连通。
[0019]作为一种优选，所述主换向阀为三位四通电磁换向阀，其电磁铁Y1b得电后工作在左位，其电磁铁Y1a得电后工作在右位，其失电时工作在中位,工作在左位时，其P口和A口之间的油路连接，其T口和B口之间的油路连通；工作在右位时，其P口和B口之间的油路连接，其T口和A口之间的油路连通；工作在中位时，其P口、A口、T口和B口互不连通。
[0020]进一步，为了方便改变传动比，所述液压泵/马达和离合器之间还连接有变速器，所述变速器与控制器连接。
[0021]本专利技术中，通过设置液压泵/马达，并通过第一换向阀连接液压缸的无杆腔和液压泵/马达的P口，同时，使液压泵/马达通过离合器与弹簧装置连接，可以在动臂下降的过程中，控制第一换向阀得电，进而能利用液压泵/马达将油液的能量转化并存储于弹簧装置中，有效的避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，可以在动臂提升时，利用储存在弹簧装置中的能量驱动动臂提升。本方案不仅避免了动臂下降过程中能量的浪费，而且还能再次将储存的能量反馈于液压系统中，从而在动臂需要提升时，利用弹簧驱动液压泵/马达动作以使储存的势能以压力能的形式补充到液压系统中，满足动臂提升过程的需求。通过设置制动装置和离合器，并使其与控制器连接，能在充能和放能过程更方便的控制制动装置和离合器的动作，进而能精准实现充能或放能过程的控制。该系统结构简单，易于实现，能减少原动机的功率需求，同时，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程，具有显著的节能效果。
附图说明
[0022]图1是常见的工程机械动臂和液压缸的装配示意图；
[0023]图2是本专利技术的液压原理图；
[0024]图3是本专利技术中涉及的弹簧装置的结构示意图；
[0025]图4是本专利技术中所涉及的仅在主换向阀的控制下，动臂下放时的简化示意图；
[0026]图5是本专利技术中当液压泵\马达进行能量回收时的简化示意图；
[0027]图6是本专利技术中所涉及的动臂仅在主换向阀的控制下做提升运动时的简化示意图；
[0028]图7是本专利技术中所涉及的动臂在主换向阀和泵/马达共同作用下做提升运动时的简化示意图。
[0029]图中：1、油源，2、第一单向阀，3、主换向阀，4、液压缸，5、油箱，6、液压泵/马达，7、第一换向阀，8、弹簧装置，9、离合器，10、溢流阀，11、第二单向阀，12、第一压力传感器，13、第二压力传感器，14、制动装置，18、变速器，19、补油单向阀，81、传动轴，82、涡卷式弹簧，100、动臂，200、转台。
具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械式动臂势能回收与再利用系统，包括油源(1)、主换向阀(3)、液压缸(4)、液压泵/马达(6)、第一换向阀(7)、第二单向阀(11)、第一压力传感器(12)、第二压力传感器(13)和控制器，所述油源(1)通过第一单向阀(2)与主换向阀(3)的P口连接，主换向阀(3)的A口通过管路与液压缸(4)的无杆腔油口A连接，主换向阀(3)的B口分别通过管路与液压缸(4)的有杆腔油口B连接；主换向阀(3)的T口通过管路与油箱(5)连接；所述液压泵/马达(6)的A口通过管路与油箱(5)连接，其P口与第一换向阀(7)的A口连接；第一换向阀(7)的P口同时与液压缸(4)的无杆腔油口A、主换向阀(3)的A口连接；所述第二单向阀(11)的进油口A通过管路与油箱(5)连接，其出油口B通过管路与液压泵/马达(6)的P口连接；所述第一压力传感器(12)连接在液压缸(4)的无杆腔油口A上，用于实时采集在液压缸(4)的无杆腔中的压力信号；所述第二压力传感器(13)连接在液压泵/马达(6)的P口，用于实时采集液压泵/马达(6)P口的压力信号；其特征在于，还包括弹簧装置(8)、补油单向阀(19)和制动装置(14)；所述弹簧装置(8)由与挖掘机固定连接的外壳体、可卷动的设置在外壳体内部的涡卷式弹簧(82)、可转动的设置在外壳体中心且里端与涡卷式弹簧(82)连接的传动轴(81)组成；所述液压泵/马达(6)输出轴通过离合器(9)与所述弹簧装置(8)旋转中心的传动轴连接；所述补油单向阀(19)的进油口A通过管路与油箱(5)连接，其出油口B与液压缸(4)的有杆腔油口B连接；所述制动装置(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建松，孙金海，黎少辉，周波，吉智，
申请(专利权)人：徐州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：