可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統的製作方法

2023-05-25 07:46:31

專利名稱：可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可回收制動能量的大慣量油馬達系統，尤其是可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統。
目前，液壓挖掘機的迴轉系統一般是開式油馬達系統，這種油馬達系統在工作過程中存在很大的能量損失。其原因之一是為迴轉油馬達供油的迴轉油泵的流量是按轉臺的最高轉速確定的，故在轉臺起動加速的整個過程中，迴轉油泵的輸出流量總是大於迴轉油馬達所需流量，因而產生溢流損失，這部分能量損失可高達系統輸入能量的一半。尤其在轉臺起動初期，迴轉油馬達轉速很低，需要流量很少，溢流量最多，同時油泵壓力最高，故系統處於高壓大流量溢流狀態，能量損失最大。現有迴轉系統產生能量損失的另外一個原因是在轉臺制動過程中，轉臺具有的動能全部經過載閥轉化為熱能被損失掉，這部分能量損失在理論上等於轉臺在起動過程中所獲得的能量。因此，在液壓挖掘機的一個工作循環中損失的能量可達有效利用能量的兩倍。為減少液壓挖掘機的迴轉能量損失，西德利勃海爾(LIEBHER)公司研製了液壓挖掘機的閉式迴轉系統，但系統複雜，成本昂貴，此外，若採用閉式迴轉系統需將液壓挖掘機現有整個液壓系統作根本的改動，這些要求使液壓挖掘機的生產廠家及其用戶難以接受，從而使其推廣應用受到了限制。目前，具有可回收液壓挖掘機迴轉制動能量並使其再生功能的開式迴轉系統在國內外尚無報導。
本實用新型旨在提供一種結構簡單，在成本增加不大和不變動液壓挖掘機現有液壓系統其它部分的前提下，由開式迴轉系統改造而成的，可回收轉臺制動能量並使其再生的節能迴轉系統。同時也為了改善轉臺的起動與制動性能，增加起制動的平穩性，提高系統元件的使用壽命。
本實用新型的任務是通過將液壓挖掘機現有開式迴轉系統中的過載閥制動改為蓄能器制動，增加了以蓄能器和卸荷閥為主的制動能量回收與再生迴路實現的。蓄能器用於回收回轉油馬達制動時轉臺的慣性動能和實現迴轉油馬達的制動。與液動換向閥輸油管道相通的卸荷閥的作用是控制迴轉油泵的工作狀態，卸荷閥的控制油口與蓄能器相通且卸荷閥的調定壓力低於迴轉油馬達制動後蓄能器中的最高壓力，即卸荷閥的開啟與閉合，進而油泵的工作狀態是由蓄能器壓力控制的。制動轉臺時，呈泵工況的迴轉油馬達排出的油充入蓄能器進行充液升壓制動和能量回收。轉臺起動時，來自控制油源的控制油將液動換向閥推入工作位置，同時蓄能器與迴轉油馬達之間的液控單向閥打開，蓄能器釋放所回收的制動能量驅動迴轉油馬達。在蓄能器壓力高於卸荷閥調定壓力時，卸荷閥開啟，迴轉油泵卸荷，迴轉油馬達由蓄能器單獨驅動。只有當蓄能器壓力下降到等於或低於卸荷閥的調定壓力時，卸荷閥關閉，油泵才開始向系統輸入能量。
本實用新型的優點在於該系統可以回收液壓挖掘機轉臺的制動能量並加以利用，節能效果可達30％。液壓挖掘機現有迴轉系統在轉臺起動初期輸入功率最大且能量損失最多，而本實用新型提供的迴轉系統恰恰在起動初期由蓄能器單獨驅動，不僅無能量損失存在，而且系統輸入能量近似為零。同時，轉臺的起、制動平穩，有利於系統元件壽命的提高。該系統構成簡單，成本僅為閉式迴轉系統的1／8左右，具有良好的實用性，易於為液壓挖掘機生產廠家和用戶所接受，有很大的生產意義及廣泛的推廣前景。
附圖
是合乎本實用新型主題的的實施例。
下面參照附圖對本實用新型所提供的可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統做詳細說明如附圖，該系統利用迴轉油馬達(14)驅動轉臺(36)，迴轉油馬達(14)的轉動方向由液動換向閥(3)控制，系統主油路的壓力油由迴轉油泵(1)提供，系統的動力來自原動機(31)。系統的節能功能在於雙點劃線(35)所含元件構成了該迴轉系統的制動能量回收與再生迴路。制動能量回收與再生迴路的構成及其系統中各元件的連接關係為蓄能器(4)與迴轉油馬達(14)相併聯，且迴轉油馬達(14)的輸油管道(15)與蓄能器(4)之間串聯有液控單向閥(5)。液控單向閥(5)的控制油路(19)與液動換向閥(3)的控制油路(21)並聯，控制油路(21)與先導閥(25)的輸油管道(23)相通。迴轉油馬達的輸油管道(16)與蓄能器(4)之間串聯有液控單向閥(6)，液控單向閥(6)的控制油路(20)與液動換向閥(3)的控制油路(22)相併聯，控制油路(22)與先導閥(25)的輸油管道(24)相通。液控單向閥(7)串聯在迴轉油馬達(14)的輸油管道(15)與液動換向閥(3)的輸油管道(28)之間且其控制油路(27)與液動換向閥(3)的輸油管道(29)相通。液控單向閥(8)串聯在迴轉油馬達的輸油管道(16)與液動換向閥(3)的輸油管道(29)之間且其控制油路(26)與液動換向閥(3)的輸油管道(28)相通。卸荷閥(10)與液動換向閥(3)的輸油管道(28)並聯，卸荷閥(10)的控制油口經管道(33)與蓄能器(4)相通。卸荷閥(11)與液動換向閥(3)的輸油管道(29)並聯，卸荷閥(11)的控制油口經管道(34)與蓄能器(4)相通。卸荷閥(10)、(11)的調定壓力均低於迴轉油馬達(14)制動後蓄能器(4)中的最高壓力，因此卸荷閥(10)、(11)的開啟與關閉由蓄能器(4)的壓力控制，即只要蓄能器(4)的壓力高於卸荷閥(10)或(11)的壓力，卸荷閥(10)或(11)便處於開啟狀態，迴轉油泵(1)便處於卸荷狀態。
該迴轉系統的工作過程如下1.轉臺(36)的第一次迴轉，在此之前，迴轉油馬達(14)未經制動過程，蓄能器(4)尚未回收制動能量。當操作者將先導閥(25)扳到左位(39)後，控制油源(38)的控制油經先導閥(25)的輸油管道(23)及液動換向閥(3)的控制油路(21)使液動換向閥(3)處於左位(17)，迴轉油泵(1)排出的油經液動換向閥(3)的輸油管道(28)及液控單向閥(7)後，一部分經輸油管道(15)進入迴轉油馬達(14)，超出迴轉油馬達(14)需要的多餘部分經液控單向閥(5)進入蓄能器(4)貯存起來。隨轉臺(36)加速，進入迴轉油馬達(14)的流量增加。當進入迴轉油馬達(14)的流量與迴轉油泵(1)的流量相等時，輸油管道(15)中的壓力下降，同時，蓄能器(4)排放所貯存的油液經液控單向閥(5)及輸油管道(15)進入迴轉油馬達(14)。轉臺(36)的起動結束時，蓄能器(4)中的油基本排空，為回收轉臺(36)的制動能量做好準備。需轉臺制動時，可將先導閥(25)扳回中位，同時液動換向閥(3)回中位，液控單向閥(7)、(8)將迴轉油馬達(14)的進、回油路切斷，迴轉油馬達(14)在轉臺(36)的慣性力作用下繼續迴轉呈泵的工況，其排出的油經輸油管道(16)及液控單向閥(6)進入蓄能器(4)進行制動能量回收，同時，蓄能器(4)及輸油管道(16)中的壓力升高形成制動力矩。
2.典型迴轉過程只要迴轉油馬達(14)經過了一次制動，蓄能器(4)便因回收了制動能量而充入了壓力油，此後進行的迴轉稱為典型迴轉。典型迴轉的起動過程分兩個階段起動初期為蓄能器(4)單獨驅動，迴轉油泵(1)卸荷階段。當把先導閥(25)扳到右位(37)時，控制油源(38)的控制油經先導閥(25)及油路(24)進入液動換向閥(3)的控制油路(22)，使液動換向閥(3)處於右位(18)，同時控制油路(20)的壓力使液控單向閥(6)反嚮導通，蓄能器(4)釋放所回收的制動能量經液控單向閥(6)及輸油管道(16)進入迴轉油馬達(14)，使轉臺(36)起動。在起動初期，由於蓄能器(4)的壓力高於卸荷閥(11)的調定壓力，故卸荷閥(11)開啟，迴轉油泵(1)排出的油經液動換向閥(3)、輸油管道(29)及卸荷閥(11)流回油箱(30)，油泵(1)處於卸荷狀態，迴轉油馬達(14)單獨由蓄能器(4)驅動。在該階段中，因迴轉油泵(1)卸荷，故原動機(31)處於空轉狀態，系統輸入能量幾乎為零。起動的第二階段為迴轉油泵(1)和蓄能器(4)聯合驅動階段隨蓄能器(4)釋放所回收的制動能量，蓄能器(4)中的壓力下降，當蓄能器(4)的壓力下降到等於或小於卸荷閥(11)的調定壓力時，卸荷閥(11)關閉，切斷迴轉油泵(1)的卸荷通道，迴轉油泵(1)排出的油經液動換向閥(3)的輸油管道(29)、液控單向閥(8)及輸油管道(16)進入迴轉油馬達(14)，與蓄能器(4)共同驅動轉臺(36)起動加速。當起動結束時，輸油管道(16)中的壓力下降，蓄能器(4)中的油排出，為回收制動能量做好準備。轉臺(36)制動時，迴轉油馬達(14)排出的油經輸油管道(15)及液控單向閥(5)進入蓄能器(4)進行充液升壓制動和能量回收，同時單向閥(13)向輸油管道(16)中補油。迴轉油馬達(14)反向迴轉時，只是油流的相應方向發生變化而工作原理與上述典型迴轉相同。溢流閥(2)和(9)分別用於限制系統最高壓力和蓄能器(4)的最高壓力。
至此，已闡明了本實用新型所提供的迴轉系統，使用該系統不僅有顯著的節能效果，消除了起動、制動衝擊，而且制動能量回收與再生迴路部分可作為一個獨立的節能裝置附加在現有液壓挖掘機迴轉系統中。該系統不僅適用於液壓挖掘機迴轉系統，而且適用於一切頻繁起、制動的大慣量油馬達系統。
權利要求1.一種可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統。該系統設置有驅動轉臺的迴轉油馬達，控制迴轉油馬達轉動方向的液動換向閥以及向系統提供動力的迴轉油泵和原動機。其特徵在於還設置有轉臺制動能量的回收與再生迴路，蓄能器(4)與迴轉油馬達(14)相併聯，且蓄能器(4)與迴轉油馬達(14)的輸油管道(15)之間串聯了液控單向閥(5)，蓄能器(4)與迴轉油馬達(14)的輸油管道(16)之間串聯了液控單向閥(6)。液控單向閥(5)的控制油路(19)與液動換向閥(3)的控制油路(21)並聯，液控單向閥(6)的控制油路(20)與液動換向閥(3)的控制油路(22)並聯。卸荷閥(10)、(11)分別與液動換向閥(3)的兩輸油管道(28)、(29)並聯，卸荷閥(10)、(11)的控制油路(33)、(34)均與蓄能器(4)相通，液動換向閥(3)的輸油管道(28)與迴轉油馬達(14)的輸油管道(15)之間串聯了液控單向閥(7)，液動換向閥(3)的輸油管道(29)與迴轉油馬達(14)的輸油管道(16)之間串聯了液控單向閥(8)。
2.根據權利要求1所述可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統，其特徵在於卸荷閥(10)、(11)的調定壓力均低於迴轉油馬達(14)制動後蓄能器(4)的最高壓力，只要蓄能器(4)的壓力高於卸荷閥(10)或(11)的調定壓力，迴轉油泵(1)便處於卸荷狀態。
3.根據權利要求1所述可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統，其特徵在於只要液動換向閥(3)處於左位(17)，液控單向閥(5)便處於反嚮導通狀態，只要液動換向閥(3)處於右位(18)，液控單向閥(6)便處於反嚮導通狀態。
專利摘要一種可回收制動能量的液壓挖掘機迴轉系統。其技術特徵是該系統設置了回收轉臺制動能量並使其再生的節能迴路，節能迴路由與油馬達並聯的蓄能器，卸荷閥及液控單向閥為主組成且可作為一個獨立的裝置加在現有迴轉系統中。迴轉制動時，轉臺的動能轉化為液壓能充入蓄能器進行能量回收。轉臺起動時，初期由蓄能器釋放所回收的能量單獨驅動而油泵卸荷，當蓄能器的壓力下降到低於卸荷閥的調定壓力時，油泵與蓄能器共同驅動。試驗證明該系統可節能30％，且制動平穩。
文檔編號E02F9/22GK2072546SQ9021615
公開日1991年3月6日 申請日期1990年7月10日 優先權日1990年7月10日
發明者李建啟 申請人:李建啟