專利名稱：油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及勢(shì)能回收系統(tǒng)，尤其涉及一種油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
普通液壓挖掘機(jī)對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)臂下降勢(shì)能并沒(méi)有進(jìn)行回收利用，使動(dòng)臂下降勢(shì)能在 節(jié)流口就以熱能形式損耗，不僅使系統(tǒng)能量白白流失，還提高系統(tǒng)溫升，引發(fā)氣穴等液壓系 統(tǒng)缺陷。此外，挖掘機(jī)的工作循環(huán)周期比較短，頻率高，使得可回收利用動(dòng)臂下降勢(shì)能是相 當(dāng)可觀的。因此，開(kāi)發(fā)一套液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂下降勢(shì)能回收系統(tǒng)，不僅可以改善挖掘機(jī)的液壓 系統(tǒng)，還具有節(jié)能作用。目前，挖掘機(jī)的能量回收系統(tǒng)主要應(yīng)用于混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)，其中日本開(kāi) 發(fā)的系統(tǒng)最具代表性。神戶制鋼所開(kāi)發(fā)了一款串聯(lián)式混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)，勢(shì)能回收系統(tǒng) 采用泵_馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)動(dòng)臂下降時(shí)，由馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，和電動(dòng)機(jī)共同作用 于泵；當(dāng)回收能量大于系統(tǒng)需求時(shí)，將多余能量轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)。而小松和日立的并聯(lián) 式混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)采用單獨(dú)的液壓馬達(dá)-發(fā)電機(jī)來(lái)動(dòng)臂下降的動(dòng)能和勢(shì)能，此系 統(tǒng)液壓馬達(dá)并聯(lián)于油路中，當(dāng)動(dòng)臂上升時(shí)，控制閥存在著較大的節(jié)流損失。上述的混合動(dòng)力 液壓挖掘機(jī)勢(shì)能回收系統(tǒng)都是將勢(shì)能轉(zhuǎn)成電能存儲(chǔ)在蓄電池中，其能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)多，能量 存儲(chǔ)元件昂貴，這樣使得此勢(shì)能回收系統(tǒng)難以得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng) 回收系統(tǒng)。油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)包括控制器、先導(dǎo)控制手柄、動(dòng)臂液 壓缸、動(dòng)臂液壓缸、液控?fù)Q向閥、蓄能器、液控方向節(jié)流閥、液控溢流閥、單向閥、壓力傳感 器、比例電磁閥、多路閥、壓力傳感器、變量泵、油箱；油箱與變量泵相連，變量泵與多路閥的 P 口相連，多路閥的τ 口與油箱相連，多路閥的先導(dǎo)控制X 口與先導(dǎo)油路控制手柄的A 口相 連，多路閥的先導(dǎo)控制Y 口與先導(dǎo)油路控制手柄的B 口相連；多路閥的A 口與動(dòng)臂缸和動(dòng)臂 缸的小腔相連；動(dòng)臂缸和動(dòng)臂缸的大腔與第一換向閥的A 口和第二換向閥的A 口相連；第 一換向閥的P 口和第二換向閥的P 口并接與多路閥的B 口相連；第一換向閥的先導(dǎo)控制油 口和第二換向閥的先導(dǎo)控制油口并接與先導(dǎo)控制手柄的X 口相連；第一換向閥的T 口和第 二換向閥的T 口并接與第三換向閥的B 口相連；第三換向閥的先導(dǎo)控制X 口與多路閥的A 口相連；第三換向閥的A 口與單向閥的Pl 口相連，同時(shí)還與液控卸荷閥的A 口相連；第三換 向閥的先導(dǎo)控制Y 口與油箱相連；液控卸荷閥的B 口與多路閥的B 口相連；單向閥的P2 口 與蓄能器相連；單向閥的P2 口與液控卸荷閥的先導(dǎo)控制油口相連；蓄能器與第四換向閥的 A 口相連，第四換向閥的B 口與單向閥的Pl 口相連，單向閥的P2 口與泵的出油口相連；第 四換向閥的先導(dǎo)控制油口與控制器的輸出信號(hào)線相連；壓力傳感器兩端分別與蓄能器和控制器的輸入信號(hào)線相連，壓力傳感器兩端分別與變量泵和控制器的輸入信號(hào)線相連，控制 器的輸出信號(hào)線與電液比例閥的電磁鐵相連。所述的控制器采用PLC。所述的能量存儲(chǔ)單元采用蓄能器。所述的變量泵采用負(fù) 流量控制變量。所述的第一換向閥、第二換向閥為二位三通液控?fù)Q向閥；所述的第三換向閥 為液控方向節(jié)流閥；所述的第四換向閥為二位二通電液比例閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄能器輸出流量的 調(diào)節(jié)。所述的傳感器均采用壓力傳感器。本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是
1、動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)單元是蓄能器，與畜電池和超級(jí)電容相比，回收的動(dòng) 臂勢(shì)能可以通過(guò)二位二通比例電磁閥直接利用，減少了能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，減少能量流失，從而 使系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單、緊湊，生產(chǎn)成本大幅降低。2、動(dòng)臂下降時(shí)，通過(guò)變量泵與蓄能器壓力差來(lái)控制液控方向節(jié)流閥閥口開(kāi)度，使 變量泵自動(dòng)提高其出口壓力，以保證動(dòng)臂順利下降。此動(dòng)臂勢(shì)能回收裝置采用先導(dǎo)壓力油 控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制，減少系統(tǒng)壓力波動(dòng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、蓄能器回收的液壓油具有較高壓力，釋放的能量可直接用于驅(qū)動(dòng)工作裝置；由 于蓄能器與泵可共同驅(qū)動(dòng)工作裝置，因此可滿足系統(tǒng)更大的流量需求。4、能量釋放裝置是由控制器改變二位二通比例電磁閥的閥口開(kāi)度，調(diào)節(jié)蓄能器和 變量泵液壓油的混合度，實(shí)現(xiàn)對(duì)回收動(dòng)臂勢(shì)能的利用，又可以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效燃油區(qū) 間，節(jié)省液壓挖掘機(jī)燃油。5、動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)可移植性強(qiáng)。本系統(tǒng)是基于現(xiàn)行液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)，因 此可以直接向普通液壓挖掘機(jī)添加此能量回收模塊。


圖1液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2本發(fā)明在能量回收時(shí)的工作狀態(tài)圖3本發(fā)明在能量釋放時(shí)的工作狀態(tài)圖中，控制器1、先導(dǎo)控制手柄2、動(dòng)臂液壓缸3、動(dòng)臂液壓缸4、第一換向閥5、第二換向 閥6、蓄能器7、方向節(jié)流閥8液控溢流閥9、第一單向閥10、壓力傳感器11、電磁閥12、第二 單向閥13、多路閥14、壓力傳感器15、變量泵16。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)包括控制器1、先導(dǎo)控制 手柄2、動(dòng)臂液壓缸3、動(dòng)臂液壓缸4、二位三通液控?fù)Q向閥5、二位三通液控?fù)Q向閥6、蓄能器 7、方向節(jié)流閥8、液控溢流閥9、單向閥10、壓力傳感器11、電磁閥12、單向閥13、多路閥14、 壓力傳感器15、變量泵16、油箱17 ；油箱17與變量泵16相連，變量泵16與多路閥14的P 口相連，多路閥14的T 口與油箱17相連，多路閥14的先導(dǎo)控制X 口與先導(dǎo)油路控制手柄2 的A 口相連，多路閥14的先導(dǎo)控制Y 口與先導(dǎo)油路控制手柄2的B 口相連；多路閥16的A 口與動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4的小腔相連；動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4的大腔與二位三通液控?fù)Q向閥5 的A 口和二位三通液控?fù)Q向閥6的A 口相連；二位三通液控?fù)Q向閥5的P 口和二位三通液控?fù)Q向閥6的P 口并接與多路閥的B 口相連；二位三通液控?fù)Q向閥5的先導(dǎo)控制油口和二 位三通液控?fù)Q向閥6的先導(dǎo)控制油口并接與先導(dǎo)控制手柄2的X 口相連；二位三通液控?fù)Q 向閥5的T 口和二位三通液控?fù)Q向閥6的T 口并接與液控方向節(jié)流閥8的B 口相連；液控 方向節(jié)流閥8的先導(dǎo)控制X 口與多路閥14的A 口相連；液控方向節(jié)流閥8的A 口與單向閥 10的Pl 口相連，同時(shí)還與液控卸荷閥9的A 口相連；液控方向節(jié)流閥8的先導(dǎo)控制Y 口與 油箱17相連；液控卸荷閥9的B 口與多路閥14的B 口相連；單向閥10的P2 口與蓄能器7 相連；單向閥10的P2 口與液控卸荷閥的先導(dǎo)控制油口相連；蓄能器7與電控比例閥12的 A 口相連，電控比例閥12的B 口與單向閥13的Pl 口相連，單向閥13的P2 口與泵的出油口 相連；電控比例閥12的先導(dǎo)控制油口與控制器1的輸出信號(hào)線相連；壓力傳感器11兩端分 別與蓄能器7和控制器1的輸入信號(hào)線相連，壓力傳感器15兩端分別與變量泵16和控制 器1的輸入信號(hào)線相連，控制器1的輸出信號(hào)線與電液比例閥12的電磁鐵相連。所述的控制器1采用PLC。所述的能量存儲(chǔ)單元采用蓄能器7。所述的變量泵16 采用負(fù)流量控制變量泵。所述的液控?fù)Q向閥5、液控?fù)Q向閥6為二位三通液控?fù)Q向閥；所述 的方向節(jié)流閥8為二位二通液控方向節(jié)流閥；所述的電磁閥12為二位二通電液比例閥，實(shí) 現(xiàn)對(duì)蓄能器輸出流量的調(diào)節(jié)。所述的傳感器11、傳感器15均采用壓力傳感器。本發(fā)明由動(dòng)臂保壓、動(dòng)臂勢(shì)能回收和勢(shì)能釋放三個(gè)工作狀態(tài)，以下結(jié)合圖1 3加 以說(shuō)明。1)如圖1所示，先導(dǎo)控制手柄2在中位，多路閥14也在中位，泵處于卸荷狀態(tài)，系 統(tǒng)處于保壓狀態(tài)。2)如圖2所示，此系統(tǒng)工作在動(dòng)臂勢(shì)能回收狀態(tài)。此時(shí)，先導(dǎo)控制手柄2處于左 位，控制多路閥14處在左位、液控?fù)Q向閥5處于右位、液控?fù)Q向閥6處于右位；變量泵16輸 出的高壓油經(jīng)過(guò)多路閥14進(jìn)入動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4的有桿腔。當(dāng)蓄能器壓力未達(dá)到設(shè)定 值時(shí)，動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4無(wú)桿腔中的液壓油經(jīng)液控?fù)Q向閥5、液控?fù)Q向閥6、液控方向節(jié)流 閥8、單向閥10輸入畜能器，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂勢(shì)能的能量回收；當(dāng)蓄能器壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，動(dòng)臂 缸3和動(dòng)臂缸4無(wú)桿腔中的液壓油經(jīng)液控?fù)Q向閥5、液控?fù)Q向閥6、液控方向節(jié)流閥8、液控 溢流閥9、多路閥14回到油箱。其中，通過(guò)變量泵和蓄能器的壓力差控制液控方向節(jié)流閥8 閥門開(kāi)度，使變量泵的出口壓力自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)需求。3)如圖3所示，此系統(tǒng)工作在勢(shì)能釋放狀態(tài)。此時(shí)，先導(dǎo)控制手柄2處于右位，控 制多路閥14處在右位、液控?fù)Q向閥5處于左位、液控?fù)Q向閥6處于左位。當(dāng)畜能器能量大于 某設(shè)定值時(shí)，畜能器的高壓油經(jīng)比例電磁閥12、單向閥13與變量泵16輸出的高壓油混合， 此混合高壓油經(jīng)過(guò)多路閥14、液控?fù)Q向閥5、液控?fù)Q向閥6進(jìn)入動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4的無(wú)桿 腔；動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4有桿腔的液壓油經(jīng)多路閥14回到油箱。當(dāng)畜能器能量不足時(shí)，則 比例電磁閥12關(guān)閉，變量泵16輸出的高壓油直接進(jìn)入動(dòng)臂缸3和動(dòng)臂缸4無(wú)桿腔；動(dòng)臂缸 3和動(dòng)臂缸4有桿腔的液壓油經(jīng)多路閥14回到油箱。其中，通過(guò)壓力傳感器11和壓力傳感 器15將蓄能器壓力和泵出口壓力輸入控制器1中，再由控制器1按照一定的控制規(guī)則輸出 電信號(hào)控制比例電磁閥12閥門開(kāi)度，確定蓄能器高壓油與變量泵高壓油的混合度，既可減 少節(jié)流口的能量損失，又可減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的變化，從而合理利用回收的動(dòng)臂勢(shì)能，起到 節(jié)能作用。本發(fā)明的液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)有別于普通的混合動(dòng)力系統(tǒng)，采用全液壓形式，由泵-蓄能器直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，減少了能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，其思路是所述的蓄能器作為能 量存儲(chǔ)單元，當(dāng)動(dòng)臂下降時(shí)，將動(dòng)臂勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能，并存儲(chǔ)于蓄能器中，再由蓄能器與 泵共同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，釋放回收的勢(shì)能。所述的控制器通過(guò)傳感器采集泵出口壓力和蓄能器壓 力信號(hào)，并根據(jù)一定算法改變變量泵流量和電液比例閥的閥口開(kāi)度，解決變量泵和蓄能器 輸出流量混合度問(wèn)題。由此，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收利用，并且還可發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作 在高效燃油區(qū)，提高挖掘機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和降低系統(tǒng)排放。
權(quán)利要求
1.一種油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)，其特征在于包括控制器(1)、先 導(dǎo)控制手柄(2)、動(dòng)臂液壓缸(3)、動(dòng)臂液壓缸(4)、第一換向閥(5)、第二換向閥(6)、蓄能器 (7)、方向節(jié)流閥(8)、液控溢流閥(9)、單向閥(10)、壓力傳感器(11)、電磁閥(12)、單向閥 (13)、多路閥(14)、壓力傳感器(15)、變量泵(16)、油箱(17);油箱(17)與變量泵(16)相連， 變量泵(16)與多路閥(14)的P 口相連，多路閥(14)的T 口與油箱(17)相連，多路閥(14) 的先導(dǎo)控制X 口與先導(dǎo)油路控制手柄(2)的A 口相連，多路閥(14)的先導(dǎo)控制Y 口與先導(dǎo) 油路控制手柄(2)的B 口相連；多路閥(16)的A 口與動(dòng)臂缸(3)和動(dòng)臂缸(4)的小腔相連； 動(dòng)臂缸(3)和動(dòng)臂缸(4)的大腔與第一換向閥(5)的A 口和第二換向閥(6)的A 口相連；第 一換向閥(5)的P 口和第二換向閥(6)的P 口并接與多路閥的B 口相連；第一換向閥(5)的 先導(dǎo)控制油口和第二換向閥(6)的先導(dǎo)控制油口并接與先導(dǎo)控制手柄(2)的X 口相連；第 一換向閥(5)的T 口和第二換向閥(6)的T 口并接與液控方向節(jié)流閥(8)的B 口相連；液 控方向節(jié)流閥(8)的先導(dǎo)控制X 口與多路閥(14)的A 口相連；液控方向節(jié)流閥(8)的A 口 與單向閥(10)的Pl 口相連，同時(shí)還與液控卸荷閥(9)的A 口相連；液控方向節(jié)流閥(8)的 先導(dǎo)控制Y 口與油箱(17)相連；液控卸荷閥(9)的B 口與多路閥(14)的B 口相連；單向閥 (10)的P2 口與蓄能器(7)相連；單向閥(10)的P2 口與液控卸荷閥的先導(dǎo)控制油口相連； 蓄能器(7)與電磁閥(12)的A 口相連，電磁閥(12)的B 口與單向閥(13)的Pl 口相連，單 向閥(13)的P2 口與泵的出油口相連；電控比例閥(12)的先導(dǎo)控制油口與控制器(1)的輸 出信號(hào)線相連；壓力傳感器(11)兩端分別與蓄能器(7)和控制器(1)的輸入信號(hào)線相連，壓 力傳感器(15)兩端分別與變量泵(16)和控制器(1)的輸入信號(hào)線相連，控制器(1)的輸出 信號(hào)線與電液比例閥(12)的電磁鐵相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)，其特征在 于所述的控制器(1)采用PLC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)，其特征在 于所述的能量存儲(chǔ)單元采用蓄能器(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)，其特征在于所 述的變量泵(16)采用負(fù)流量控制變量泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)，其特征在于所 述的第一換向閥(5)、第二換向閥(6)為二位三通液控?fù)Q向閥；所述的方向節(jié)流閥(8)為二 位二通液控方向節(jié)流閥；所述的電磁閥(12)為二位二通電液比例閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄能器輸出流 量的調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)，其特征在于所 述的傳感器(11)、傳感器(15)采用壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種油液混合動(dòng)力挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能差動(dòng)回收系統(tǒng)。它包括變量泵、多路閥、動(dòng)臂缸、操作手柄、控制器、液控?fù)Q向閥、液控?fù)Q向節(jié)流閥、液控卸荷閥、蓄能器、電液比例閥和單向閥。所述的控制器是根據(jù)變量泵出口壓力和蓄能量器的壓力信號(hào)控制電液比例閥和變量泵，解決蓄能器和變量泵流量分配問(wèn)題。所述的蓄能器是能量存儲(chǔ)元件，將動(dòng)臂下降動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為液壓能，并合理分配主、輔助動(dòng)力源能量，由泵-蓄能器驅(qū)動(dòng)工作裝置。本發(fā)明可以避免動(dòng)臂下降能量的大量浪費(fèi)，減少能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，并使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作在高效燃油區(qū)，提高挖掘機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和降低系統(tǒng)排放。
文檔編號(hào)E02F3/43GK102094434SQ20111000463
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者林名潤(rùn), 管成 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)