具有能量回饋功能的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工程機(jī)械，特別涉及的是液壓挖掘機(jī)能量回收技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]挖掘機(jī)是工程機(jī)械重要機(jī)種，廣泛地應(yīng)用于國家建設(shè)工程中，挖掘機(jī)一般采用柴油機(jī)為一次動(dòng)力，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)行走作業(yè)。普通挖掘機(jī)為循環(huán)作業(yè)機(jī)械、載荷工況多變，工作時(shí)間長，作業(yè)負(fù)荷重，消耗大量能源，但能效很低。
[0003]不同廠家和型號的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)是多變的，不管挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)怎樣變化，液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件均由行走馬達(dá)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸所組成。以圖1的液壓系統(tǒng)為例說明本實(shí)用新型是如何實(shí)現(xiàn)能量回饋的:
[0004]未接入能量回饋模塊的挖掘機(jī)系統(tǒng)如圖1，其包含了主栗I 1、主栗II 2、油箱3、發(fā)動(dòng)機(jī)4、行走馬達(dá)5、動(dòng)臂油缸6、鏟斗油缸7、斗桿油缸8、回轉(zhuǎn)馬達(dá)9、多路閥(10-14)、安全閥15、溢流閥16、單向閥17。其工作原理是，由發(fā)動(dòng)機(jī)為原動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)液壓主栗(挖掘機(jī)液壓主栗通常為2個(gè))，為液壓系統(tǒng)供油，執(zhí)行元件有行走馬達(dá)5動(dòng)臂油缸6鏟斗油缸7斗桿油缸8回轉(zhuǎn)馬達(dá)9，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械行走和作業(yè)，多路閥用于控制執(zhí)行元件的動(dòng)作。在每個(gè)執(zhí)行元件的進(jìn)出油口都安裝了一對溢流閥16，一對單向閥17。其中溢流閥16用于執(zhí)行元件有壓力波動(dòng)時(shí)保護(hù)執(zhí)行元件。單向閥17用于防止執(zhí)行元件吸空時(shí)補(bǔ)油。此外在主栗的出口處安裝了安全閥15保護(hù)整個(gè)液壓系統(tǒng)。
[0005]據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大致只有20%左右變?yōu)橥诰驒C(jī)的有效功。其余都消耗到了從液壓傳動(dòng)系統(tǒng)到負(fù)載的各環(huán)節(jié)，約38%損失于液壓元件，20%損失于車體和作業(yè)裝置的運(yùn)動(dòng)，20%左右損失于節(jié)流調(diào)速控制。其中液壓元件如栗、馬達(dá)、缸、閥自身的節(jié)能技術(shù)已達(dá)到了一定的水平，進(jìn)一步提高效率已經(jīng)很困難。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種具有能量回饋功能的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的以上不足。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
[0008]具有能量回饋功能的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，包括系統(tǒng)主栗、主要執(zhí)行元件:行走馬達(dá)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸及相應(yīng)用于控制執(zhí)行元件的動(dòng)作的多路閥，其特征在于，液壓系統(tǒng)接入能量回饋模塊，所述能量回饋模塊包含了子模塊I和子模塊II ;
[0009]子模塊I包含了四個(gè)二位二通電磁閥(25、26、27和28)兩個(gè)單向閥(29和30)、輔助變量馬達(dá)31、輔助變量栗32、二位二通電磁閥33、比例節(jié)流閥34、比例方向流量閥35、壓力傳感器37，并帶有動(dòng)臂回收油口 I (NI)、鏟斗回收油口 I (N2)、斗桿回收油口 I (N3)、回轉(zhuǎn)回收油口 I (N4)、蓄能器接口 (R)、饋能口 I (Q1)、饋能口 II (Q2)、回油口(S)。
[0010]子模塊I內(nèi)，并聯(lián)設(shè)置的四個(gè)二位二通電磁閥(25、26、27和28)的出口管路19通過單向閥29與蓄能器接口(R)相通，在出口管路19的單向閥29前部位與回油口(S)之間設(shè)置有兩條支路:連接比例節(jié)流閥34的第一支路和由二位二通電磁閥33、輔助變量馬達(dá)31串聯(lián)的第二支路；出口管路19上單向閥29后部位依次設(shè)置由單向閥30、輔助變量栗32組成并與回油口(S)相通的第三支路、連接比例方向流量閥35的第四支路以及36-安全閥；回油口(S)與油箱相連；饋能口 I (Ql)、饋能口 II (Q2)連接到系統(tǒng)主栗出口 ；
[0011]子模塊II安裝在各執(zhí)行元件與多路閥之間，包含了梭閥21、三個(gè)二位二通電磁閥(22、23和24)及四個(gè)回收用連接油口動(dòng)臂回收口 II
[0012](Ul)、鏟斗回收油口 II (U2)、斗桿回收油口 II (U3)、回轉(zhuǎn)回收口 II (U4)。
[0013]在回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)出油口并聯(lián)梭閥21，梭閥21與U4 口間接；在動(dòng)臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸無桿腔的油路上分別安裝二位二通電磁閥(24、23和22)，并分別與動(dòng)臂回收口(Ul)、鏟斗回收油P II (U2)、斗桿回收油P II (U3)連接；
[0014]子模塊I的動(dòng)臂回收油口 I (NI)、鏟斗回收油口 I (N2)、斗桿回收油口 I (N3)、回轉(zhuǎn)回收油口 I (N4)、分別和子模塊II的動(dòng)臂回收口(U1)、鏟斗回收油口 II (U2)、斗桿回收油P II (U3)、回轉(zhuǎn)回收口 II (U4)分別通過油管38連接;
[0015]蓄能器20與蓄能器接口(R)相連。
[0016]能量回饋模塊的二位二通電磁閥(常開)22-24、二位二通電磁閥25-28、二位二通電磁閥(常閉)33、輔助變量馬達(dá)31輔助變量栗32、比例節(jié)流閥34、比例方向流量閥35、壓力傳感器37與挖掘機(jī)控制系統(tǒng)電氣連接，除了二位二通電磁閥(常開)22-24、二位二通電磁閥25-28、二位二通電磁閥33、比例節(jié)流閥34、比例方向流量閥35采用電控外，輔助變量馬達(dá)31和輔助變量栗32的變量采用電控調(diào)節(jié)(如采用比例調(diào)節(jié)排量)。
[0017]本回收采用蓄能器回收能量。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型液壓系統(tǒng)，使作業(yè)裝置的運(yùn)動(dòng)、節(jié)流調(diào)速控制方面得到能量回收，本實(shí)用新型將能量回饋模塊作為增設(shè)模塊安裝到挖掘機(jī)系統(tǒng)并獨(dú)立于挖掘機(jī)系統(tǒng)，形成一種新的獨(dú)立的能量回饋?zhàn)鳂I(yè)模式。模式根據(jù)負(fù)載的載荷和速度需求情況，能夠自動(dòng)調(diào)整工作點(diǎn)，最大限度回收了無用能量，并自動(dòng)反饋到液壓系統(tǒng)中，模塊通用性強(qiáng)?；厥漳Ｊ讲捎昧司?xì)的能量回收過程，通過將回油按瞬態(tài)所需工作壓力和流量分成:高壓小流量，低壓大流量，高壓大流量，低壓小流量四種精細(xì)工況，不同工況對蓄能器充液經(jīng)過的回路不同，最大限度地回收了能量。通過電磁閥切換動(dòng)臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)的無用能耗都可以通過該模塊回收。通過采用比例流量閥將蓄能器能量自動(dòng)饋與系統(tǒng)，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速。
[0019]當(dāng)不需要回收時(shí)，系統(tǒng)不影響原系統(tǒng)和其工作狀態(tài)。
【附圖說明】
:
[0020]附圖1未安裝能量回饋模塊的挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)示意圖。
[0021]附圖2安裝了能量回饋模塊挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)示意圖
[0022]附圖3能量回饋模塊與液壓挖掘機(jī)控制器電氣連接示意圖
[0023]附圖4能量回饋模塊子模塊I的放大示意圖
[0024]附圖5能量回饋模塊子模塊II的放大示意圖。
[0025]在以上各圖中，1-主栗2-主栗II 3-油箱4-發(fā)動(dòng)機(jī)5-行走馬達(dá)6_動(dòng)臂油缸7-鏟斗油缸8-斗桿油缸9-回轉(zhuǎn)馬達(dá)、10-14-多路閥、15-安全閥、16-溢流閥17-單向閥子模塊1、子模塊I1、19-出口管路、20-蓄能器、21-梭閥、22-24 二位二通電磁閥(常開)、25-28 二位二通電磁閥、29、30—單向閥、31-輔助變量馬達(dá)、32-輔助變量栗、33- 二位二通電磁閥(常閉)、34_比例節(jié)流閥、35-比例方向流量閥、36安全閥、37-壓力傳感器、38-液壓管路、39-單向閥、40-控制器
【具體實(shí)施方式】
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[0026]動(dòng)臂油缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的無用能耗很大，節(jié)能意義最大，下邊分別以動(dòng)臂油缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作過程為例說明模塊如何工作。
[0027](I)當(dāng)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)需要能量回收時(shí)，按圖安裝好子模塊I子模塊I1、蓄能器20、單向閥39。
[0028](2)當(dāng)動(dòng)臂油缸工作時(shí)，如果動(dòng)臂在大腔進(jìn)油，動(dòng)臂舉升重物，消耗的能量可視作有效能量。當(dāng)小腔進(jìn)油，動(dòng)臂下降、此時(shí)動(dòng)臂在重物或外載作用下具有巨大勢能，動(dòng)臂下降對活塞桿做功，加速動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)，為了動(dòng)臂獲得平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，通常在回油路上裝節(jié)流閥，通過控制器發(fā)出相應(yīng)的信號，動(dòng)臂回油路就產(chǎn)生合適的背壓H)和流量QD，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，在油液流經(jīng)節(jié)流閥時(shí)這部分能量就白白損失了。當(dāng)需要回收這些能量時(shí)，在本實(shí)用新型的能量回饋模塊中，24-電磁閥得電，將原系統(tǒng)通向多路閥的動(dòng)臂油缸的回路切斷；同時(shí)電磁閥28得電，進(jìn)入動(dòng)臂回收模式?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出所需理想的PD、QD指令。
[0029]如果所需的H)較大，而QD又很小時(shí)，控制電磁閥28通電，動(dòng)臂油缸大腔回油經(jīng)電磁閥28、單向閥29直接充入蓄能器20。而且在此壓力下的，由于充入蓄能器流量是一定的，也就是QD