升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種升降設備在非穩(wěn)定載荷下勢能回收系統(tǒng)及使用方法，本系統(tǒng)第一電磁換向閥第一出油口連接第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥入油口；第一電磁換向閥的第二出油口連接第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥入油口；第五電磁換向閥通過功能閥組與第一液控單向閥出油口相通并與第二勢能回收缸無桿腔油口連接，第五電磁換向閥回油口和第一液控單向閥入油口與第一、第二勢能回收缸有桿腔油口相通且均與油箱第一回油口連接。本方法步驟：確定勢能回收系統(tǒng)分擔的載荷、勢能回收缸和蓄能器規(guī)格、勢能回收缸輔助推動載荷上升，壓力傳感器檢測設備升降時蓄能器壓力及升降缸承受的載荷。本發(fā)明能分別將下降時被浪費的部分重力勢能回收。
【專利說明】升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種升降設備的勢能回收系統(tǒng)及其使用方法，具體的說是升降設備在穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)及其使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]升降及步進機械在各個行業(yè)占了很大的比重，且其大部分都屬于重載、連續(xù)生產(chǎn)工況，這些設備的升降運動大部分采用液壓驅(qū)動，上升時由液壓缸提供動力，下降時靠自重或動力加輔助背壓。設備在下降過程中釋放的重力勢能大部分轉(zhuǎn)化為熱量被白白消耗，而此部分能量占到了提升時能耗總量的50%到70%，甚至更高。
[0003]以步進式加熱爐為例，其主驅(qū)動液壓系統(tǒng)根據(jù)步進梁上升時的最大載荷(步進梁自重、爐內(nèi)鋼坯最大載荷)進行配置，上升時由升降液壓缸驅(qū)動，下降則靠自重。在下降過程中，步進梁以及爐內(nèi)鋼坯的重力勢能基本都被轉(zhuǎn)化為熱量(節(jié)流損失、摩擦損失)被白白消耗。同時，按最大載荷配置的主驅(qū)動液壓系統(tǒng)，其主泵電機的總功率偏大，即使在空載時，這些電機也會消耗工作狀態(tài)下35%左右的電量。除步進式加熱爐外，步進梁運輸機、步進式冷床、升降式稱重設備、液壓升降機等都存在相同的問題:下降過程中大部分重力勢能被白白消耗，造成了能源的極大浪費。如果能將此部分的勢能進行回收再利用，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和行業(yè)影響。
[0004]升降及步進機械除了采用液壓驅(qū)動以外，也有采用電機驅(qū)動的形式，也存在同樣的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種升降設備在穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)及其使用方法，能分別單獨將下降過程中被浪費的部分重力勢能回收。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
一種升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)，其特征在于:它包括第一勢能回收缸、第二勢能回收缸、第一蓄能器組、第二蓄能器組、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥、第五電磁換向閥、第一液控單向閥、第二液控單向閥、功能閥組、第一溢流閥、第二溢流閥、補油泵、單向閥、安全閥和油箱；
補油泵的吸油口與油箱的出油口連接，補油泵的出油口分別連接單向閥的入油口和安全閥的入油口，單向閥的出油口分別連接第一電磁換向閥的入油口、第二電磁換向閥的入油口和第三電磁換向閥的入油口，安全閥的出油口連接油箱的第四回油口；
第一電磁換向閥的第一出油口分別連接第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥的入油口，第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥的入油口相通且均與第一溢流閥的入油口連接，第一壓力傳感器安裝于第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥入油口之間的管路上，第一溢流閥的出油口連接油箱的第二回油口 ；第一電磁換向閥的第二出油口分別連接第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥的入油口，第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥的入油口相通且均與第二液控單向閥的入油口連接，第二壓力傳感器安裝于第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥入油口之間的管路上，第二液控單向閥的出油口連接第二溢流閥的入油口，第二溢流閥的出油口連接油箱的第三回油口；
第二電磁換向閥的出油口連接第二液控單向閥的控制油口；
第三電磁換向閥的出油口連接第一液控單向閥的控制油口；
第四電磁換向閥的出油口連接第一勢能回收缸的無桿腔油口；
第五電磁換向閥的出油口連接功能閥組的入油口，功能閥組的出油口和第一液控單向閥的出油口都與第二勢能回收缸的無桿腔油口連接，第五電磁換向閥的回油口和第一液控單向閥的入油口與第一勢能回收缸的有桿腔油口和第二勢能回收缸的有桿腔油口相通且均與油箱的第一回油口連接。
[0007]所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收液壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第二溢流閥為比例溢流閥。
[0008]所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，本方法中涉及的設備包括升降設備，所述升降設備包括載物架和升降缸，升降缸設于載物架的下部，其特征在于，所述升降設備還包括第一勢能回收缸、第二勢能回收缸、固定框架以及置于固定框架上部的載荷，第一勢能回收缸和第二勢能回收缸均設于載物架的下部，固定框架位于載物架上方，升降缸推動載物架和載荷沿升降斜坡作升降運動，第一勢能回收缸和第二勢能回收缸通過回收的重力勢能輔助升降缸動作，其中第一勢能回收缸用于回收載物架下降時釋放的部分重力勢能，第二勢能回收缸用于回收載荷下降時釋放的部分重力勢能，在載荷運動行程起作用，本方法包括如下步驟:
步驟一:確定第一勢能回收缸分擔的載荷重量
W1(O
式(I)中，G12:第一勢能回收缸分擔的載物架自重的部分載荷重量；
G2:載物架的自重；
S12:第一勢能回收缸分擔載物架重量的系數(shù)，該系數(shù)取值范圍為O~I之間；
步驟二:根據(jù)式(I)得出G12后，確定第一勢能回收缸的規(guī)格

【權(quán)利要求】
1.一種升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)，其特征在于:它包括第一勢能回收缸、第二勢能回收缸、第一蓄能器組、第二蓄能器組、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥、第五電磁換向閥、第一液控單向閥、第二液控單向閥、功能閥組、第一溢流閥、第二溢流閥、補油泵、單向閥、安全閥和油箱； 補油泵的吸油口與油箱的出油口連接，補油泵的出油口分別連接單向閥的入油口和安全閥的入油口，單向閥的出油口分別連接第一電磁換向閥的入油口、第二電磁換向閥的入油口和第三電磁換向閥的入油口，安全閥的出油口連接油箱的第四回油口； 第一電磁換向閥的第一出油口分別連接第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥的入油口，第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥的入油口相通且均與第一溢流閥的入油口連接，第一壓力傳感器安裝于第一蓄能器組連接油口和第四電磁換向閥入油口之間的管路上，第一溢流閥的出油口連接油箱的第二回油口； 第一電磁換向閥的第二出油口分別連接第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥的入油口，第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥的入油口相通且均與第二液控單向閥的入油口連接，第二壓力傳感器安裝于第二蓄能器組連接油口和第五電磁換向閥入油口之間的管路上，第二液控單向閥的出油口連接第二溢流閥的入油口，第二溢流閥的出油口連接油箱的第三回油口； 第二電磁換 向閥的出油口連接第二液控單向閥的控制油口； 第三電磁換向閥的出油口連接第一液控單向閥的控制油口； 第四電磁換向閥的出油口連接第一勢能回收缸的無桿腔油口； 第五電磁換向閥的出油口連接功能閥組的入油口，功能閥組的出油口和第一液控單向閥的出油口都與第二勢能回收缸的無桿腔油口連接，第五電磁換向閥的回油口和第一液控單向閥的入油口與第一勢能回收缸的有桿腔油口和第二勢能回收缸的有桿腔油口相通且均與油箱的第一回油口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收液壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述第二溢流閥為比例溢流閥。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，本方法中涉及的設備包括升降設備，所述升降設備包括載物架和升降缸，升降缸設于載物架的下部，其特征在于，所述升降設備還包括第一勢能回收缸、第二勢能回收缸、固定框架以及置于固定框架上部的載荷，第一勢能回收缸和第二勢能回收缸均設于載物架的下部，固定框架位于載物架上方，升降缸推動載物架和載荷沿升降斜坡作升降運動，第一勢能回收缸和第二勢能回收缸通過回收的重力勢能輔助升降缸動作，其中第一勢能回收缸用于回收載物架下降時釋放的部分重力勢能，第二勢能回收缸用于回收載荷下降時釋放的部分重力勢能，在載荷運動行程起作用，本方法包括如下步驟: 步驟一:確定第一勢能回收缸分擔的載荷重量 W1(I) 式(I)中，G12:第一勢能回收缸分擔的載物架自重的部分載荷重量； G2:載物架的自重； S12:第一勢能回收缸分擔載物架重量的系數(shù)，該系數(shù)取值范圍為O~I之間；步驟二:根據(jù)式(I)得出G12后，確定第一勢能回收缸的規(guī)格
式(2)中=D12:第一勢能回收缸無桿腔直徑； N12:第一勢能回收缸的數(shù)量； P12 =G12對應的第一蓄能器組的最低工作壓力，其取值范圍為10~16MPa之間； A:升降系數(shù)； 步驟三:確定第一蓄能器組的有效容積
式(3)中=Vtl2:第一蓄能器組的有效容積；
L:第一勢能回收缸的工作行程； 步驟四:確定第一蓄能器組的總?cè)莘e
式(4)中:Vw2:第一蓄能器組的總?cè)莘e； P02:第一蓄能器組的充氣壓力； P22 =G12對應的第一蓄能器組的最高工作壓力，其取值范圍為P22=1.1~1.2 P12)； k:多變指數(shù)，常溫狀態(tài):k=l，多變狀態(tài):k=1.4 ; 步驟五:確定第一蓄能器組的數(shù)量和規(guī)格
式(5)中-M2:所選第一蓄能器組的規(guī)格； nx2:第一蓄能器組的數(shù)量； 步驟六:第一勢能回收缸的勢能回收功能啟動時，第四電磁換向閥得電，使第一勢能回收缸無桿腔與第一蓄能器組保持連通； 步驟七:在上升過程中，升降缸推動載物架上升，第一勢能回收缸同步輔助推動其上升，其動力由第一蓄能器組提供，期間一旦第一壓力傳感器檢測到的壓力低于最低工作壓力P12，第一電磁換向閥的線圈b得電，補油泵向第一蓄能器組中補油，直到壓力到達P12后，第一電磁換向閥失電，補油停止，確保第一蓄能器組中的壓力不低于P12; 步驟八:第一勢能回收缸用于回收載物架下降時釋放的重力勢能，在下降過程中，升降缸無桿腔的液壓油流回油箱，第一勢能回收缸無桿腔液壓油被壓至第一蓄能器組中，一旦第一壓力傳感器檢測到的壓力高于最高工作壓力P22時，則多余液壓油從第一溢流閥流回油箱，由于載物架的自重相對恒定，故第一溢流閥的設定壓力也恒定； 步驟九:載物架再一次作升降運動時，第一蓄能器組中的壓力始終在P12~P22之間變化，即第一勢能回收缸通過回收勢能承擔的載荷重量始終不少于G12 ； 步驟十:當?shù)谝粍菽芑厥崭椎膭菽芑厥展δ苋∠麜r，第四電磁換向閥失電，使第一勢能回收缸無桿腔與第一蓄能器組斷開；步驟十一:確定第二勢能回收缸分擔的載荷重量
式(6)中，G13:第二勢能回收缸分擔的載荷的部分載荷重量； G3:載荷的自重； S13:第二勢能回收缸分擔載荷重量的系數(shù)，該系數(shù)取值范圍為O~I之間； 步驟十二:根據(jù)式(6)得出G13后，確定第二勢能回收缸的規(guī)格
式(7)中=D13:第二勢能回收缸無桿腔直徑； N13:第二勢能回收缸的數(shù)量； P13 =G13對應的第二蓄能器組的最低工作壓力，其取值范圍為10~16MPa之間； A:升降系數(shù)； 步驟十三:確定第二蓄能器組的有效容積
式(8)中=Vtl3:第二蓄能器組的有效容積；
L1:第二勢能回收缸的工作行程； 步驟十四:確定第二蓄能器組的總?cè)莘e
式(9)中:Vw3:第二蓄能器組的總?cè)莘e； P03:第二蓄能器組的充氣壓力； P23 =G13對應的第二蓄能器組的最高工作壓力，其取值范圍為P23=L I~L 2 P13)； 步驟十五:確定第二蓄能器組的數(shù)量和規(guī)格
式(10)中:v3:所選第二蓄能器組的規(guī)格； nx3:第二蓄能器組的數(shù)量； 步驟十六:當?shù)诙菽芑厥崭椎膭菽芑厥展δ軉訒r，第二溢流閥得電； 步驟十七:當載物架在固定框架以下上升時，第二勢能回收缸在空載狀態(tài)下隨載物架一起動作，第二勢能回收缸無桿腔需要的液壓油從油箱和第二勢能回收缸有桿腔經(jīng)第一液控單向閥補充； 步驟十八:當載物架上升至固定框架時，載荷被抬起，此時: 第五電磁換向閥得電，使第二蓄能器組經(jīng)功能閥組與第二勢能回收缸無桿腔小流量連通，其余所需流量經(jīng)第一液控單向閥從油箱自動補充； 第五電磁換向閥得電后，延時時間0.1~0.5秒后，功能閥組自動切換，使第二蓄能器組與第二勢能回收缸無桿腔大流量連通，第二蓄能器組中回收的勢能推動第二勢能回收缸動作；步驟十九:當載物架及載荷在固定框架以上上升時: 第二勢能回收缸同步輔助升降缸推動載荷及載物架上升，期間一旦第二壓力傳感器檢測到的壓力低于P13時，第一電磁換向閥的線圈a得電，補油泵向第二蓄能器組中補油，直到壓力到達P13 ； 當?shù)谝恍钅芷鹘M和第二蓄能器組同時需要補油時，第二蓄能器組優(yōu)先補油； 載物架到達上升位置停止后，功能閥組與第五電磁換向閥保持狀態(tài)不變； 步驟二十:當載物架及載荷在固定框架以上下降時: 第二勢能回收缸用于回收載荷下降時釋放的重力勢能，第二勢能回收缸無桿腔的液壓油被壓至第二蓄能器組中，第二電磁換向閥得電，使第二液控單向閥反向打開，一旦第二壓力傳感器檢測到的壓力高于P23時，第二溢流閥的控制信號降低，直到第二壓力傳感器檢測到的壓力低于P23后停止； 下一個動作循環(huán)開始時，第二溢流閥的控制信號的給定值仍然是初始設定值； 步驟二十一:當載物架及載荷下降至固定框架時，載荷被放到固定框架上，此時: 功能閥組自動切斷，第五電磁換向閥同時失電，第二勢能回收缸無桿腔與油箱小流量連通； 延時時間0.1~0.5秒后，第三電磁換向閥得電，使第一液控單向閥反向打開，第二勢能回收缸無桿腔的壓力全部釋放，變?yōu)榭蛰d狀態(tài)； 步驟二十二:當載物架在固定框架以下下降時: 第二勢能回收缸以空載狀態(tài)隨載物架下降，載物架到達下降位置后停止； 步驟二十三:在載荷及載物架升降過程中，第一蓄能器組中的壓力始終在P12~P22之間變化，第二蓄能器組中在固定框架以上的壓力始終在P13~P23之間變化，即通過回收的勢能，第一勢能回收缸在整個工作行程承擔的載荷重量始終不少于G12，第二勢能回收缸在固定框架以上承擔的載荷重量始終不少于G13，升降缸承擔的載荷重量滿足: 固定框架以下: G4￡(1-?-Gi(11) 固定框架以上:+ Gi (12) 步驟二十四:當載荷重量G3發(fā)生變化時，G12保持不變，G13同步發(fā)生變化，相應的第二蓄能器組的最低工作壓力P13和最高工作壓力P23也發(fā)生變化，使第二勢能回收缸的勢能回收載荷重量G13可根據(jù)載荷自重的變化自動調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:步驟一中所述系數(shù)S12取0.4~0.6。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:步驟四中的第一蓄能器組的充氣壓力Ptl2=0.9 P120
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:步驟十一中所述系數(shù)S13取0.4~0.6。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:步驟十四中的第二蓄能器組的充氣壓力Ptl3=0.9 P130
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的升降設備在非穩(wěn)定載荷下的勢能回收系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:所述升降缸推動載物架和載荷沿升降斜坡作升降運動的形式為垂直升降式或螺旋升降式。
【文檔編號】F15B21/14GK104047932SQ201310082397
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】張久林, 谷碩, 王達, 薛峰 申請人:寶鋼工業(yè)爐工程技術(shù)有限公司