一種挖掘機迴轉制動能量回收系統的製作方法
2023-06-05 02:06:31 1
一種挖掘機迴轉制動能量回收系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，包括：發動機、變量泵、分動箱、電磁換向閥、液控單向閥、液控換向閥、蓄能器、迴轉馬達、變量馬達和控制器。挖掘機迴轉制動時的機械能是挖掘機制動前的動能。該系統可對迴轉馬達制動時的能量進行回收，增壓閥對壓力油進行升壓，並以液壓能的形式存儲在蓄能器中，在能量釋放時，蓄能器中的液壓油驅動變量馬達和電動機經過分動箱的動力分配後帶動主泵對工作負載做功。本發明採用由增壓閥、蓄能器、液控單向閥和變量馬達組成液壓調節器，減少了能量回收時的轉換環節，提高了能量回收效率，使發動機始終工作在高效區，降低油耗。
【專利說明】一種挖掘機迴轉制動能量回收系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及挖掘機節能【技術領域】，尤其涉及一種挖掘機迴轉制動能量回收系統。【背景技術】
[0002]挖掘機作為土方工程施工的一種重要工程機械，承擔著世界65%?70%的土方量挖掘，具有功能強、市場佔有量大的特點，但其油耗高、排放差的弊端在日趨嚴格的排放法規和居高不下的燃油價格背景下愈加明顯，其節能技術的研究成為國際研究熱點。挖掘機系統的總效率僅約為20%,能量損失主要包括:發動機損失、節流損失、液壓元件損失、機械裝置損失。目前，針對以上問題，國內已經開展了一些挖掘機節能技術的研究，提出了不少能量回收利用的專利成果。
[0003]這些節能方案中大多數是利用蓄能器對挖掘機制動時的能量進行回收，由於回收的液壓能壓力較低，低於系統壓力，導致回收能量無法釋放。也有學者提出將挖掘機制動時的能量回收轉化為電能儲存在蓄電池中，待工作時與發動機一起對主泵做功，而蓄電池的動態響應慢，充放電時比功率低，並且由液壓能轉化為機械能，再到電能時，能量轉換環節較多，損失也就隨之增大，故能量存儲效率很低。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種挖掘機迴轉制動能量回收系統。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明公開了一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，包括液壓迴路和控制迴路；
[0006]液壓迴路包括發動機、主泵、分動箱、主換向閥、第一液控換向閥、第二液控換向閥、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、第三液控單向閥、第四液控單向閥、迴轉馬達、蓄能器、變量馬達和第一油箱；
[0007]所述控制迴路包括:先導操作手柄、增壓閥、PLC控制器、壓力計以及轉速傳感器；
[0008]發動機的傳動軸與分動箱的第一輸入軸I連接，分動箱的第二輸入軸II與變量馬達的輸出軸相連，分動箱的輸出軸與主泵的輸入軸相連；主泵的輸入口連接第一油箱，輸出口連接主換向閥；主換向閥有四個油口，第一電磁換向閥和第二電磁換向閥都有三個油口 ；主換向閥的第一油口與主泵輸出口相連，主換向閥第四油口連至第一油箱，主換向閥的第二油口與第一電磁換向閥的第二油口相連，主換向閥的第三油口與第二電磁換向閥的第一油口相連；第一電磁換向閥的第三油口與迴轉馬達的A 口相連，迴轉馬達的B 口連至第二電磁換向閥的第三油口 ；第一電磁換向閥的第一油口連接第三液控單向閥，第二電磁換向閥的第二油口連接第四液控單向閥，第三液控單向閥和第四液控單向閥連接後連接增壓閥的第一油口，增壓閥的第二油口分別連接蓄能器和第五液控單向閥，第五液控單向閥的出口連接變量馬達的入口，第五液控單向閥由增壓閥信號端控制，控制信號由增壓閥的換向信號發出，增壓閥關閉時第五液控單向閥工作；[0009]所述第一液控換向閥的先導油口、第四液控單向閥的液控口與主換向閥的第三油口相連，第二液控換向閥的先導油口、第三液控單向閥的液控口與主換向閥的第二油口相連；當主換向閥的第二油口沒有壓力油輸出時，第二液控換向閥關閉，第三液控單向閥打開；當主換向閥的第三油口沒有壓力油輸出時，第一液控換向閥關閉，第四液控單向閥打開；
[0010]先導操作手柄的控制信號由X、Y埠分別輸出到主換向閥的左右信號端，壓力計設置在蓄能器的油口，轉速傳感器設置在變量馬達的輸出軸上，控制器同時接收X、Y端的操作狀態信號，壓力計的壓力信號和轉速傳感器的轉速信號，並由控制器向主泵、電動機、增壓閥、變量馬達輸出控制信號。
[0011]本發明中，包括節流閥、第一液控單向閥、第二液控單向閥以及第二油箱；第一液控單向閥出口連接迴轉馬達的A 口，第二液控單向閥出口連接迴轉馬達的B 口，第一液控單向閥入口和第二液控單向閥入口串聯後連至節流閥的第一油口，節流閥的第二油口與第二油箱連接，節流閥的信號輸入口與PLC控制器相連，第一液控單向閥的液控口和第二液控單向閥的液控口並聯後連至節流閥的信號輸出口；
[0012]節流閥由控制器控制，當迴轉馬達制動時，迴轉馬達的高壓腔可通過第一液控單向閥或第二液控單向閥經節流閥第二油箱中獲取壓力油。
[0013]本發明中，當手柄轉至X端時，主換向閥的左位工作，主換向閥的第一油口和第二油口連通，主換向閥的第三油口和第四油口連通；當手柄轉至Y端時，主換向閥的右位工作，主換向閥的第一油口和第三油口連通，主換向閥的第二油口和第四油口連通。
[0014]本發明中，主換向閥第二油口和第一電磁換向閥的第二油口之間的旁路連有第一單向閥、第一液控換向閥，主換向閥第三油口和第二電磁換向閥的第一油口之間的旁路連有第二單向閥、第二液控換向閥。
[0015]本發明中，主換向閥第二油口和第一電磁換向閥的第二油口之間的旁路連有第一溢流閥，主換向閥第三油口和第二電磁換向閥的第一油口之間的旁路連有第二溢流閥。
[0016]本發明中，主換向閥為三位四通電磁換向閥，有四個油口 ；第一液控換向閥和第二液控換向閥為二位二通換向閥，有兩個油口；第一電磁換向閥和第二電磁換向閥為二位三通換向閥，有三個油口 ；節流閥和增壓閥為二位二通電磁換向閥，有兩個油口。
[0017]本發明中，增壓閥、第五液控單向閥、蓄能器、變量馬達構成液壓調節器。增壓閥第一油口接收來自迴轉馬達的壓力油，儲存在蓄能器中，當增壓閥關閉時，第五液控單向閥打開，蓄能器中的液壓油驅動變量馬達和電動機經過分動箱的動力分配後帶動主泵對工作負載做功。並且流經變量馬達的液壓油可以進入其他執行機構，實現了流量的再生。
[0018]本發明中，主換向閥的控制信號由先導操作手柄控制，當手柄轉至X端時，主換向閥的左位工作，第一油口和第二油口連通，第三油口和第四油口連通；當手柄轉至Y端時，主換向閥的右位工作，第一油口和第三油口連通，第二油口和第四油口連通。
[0019]本發明與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0020](I)系統使用了由增壓閥、第五液控單向閥、蓄能器和變量馬達組成的液壓調節器，可以用來接收回轉馬達的壓力油，並通過增壓閥的增壓和蓄能器的儲能，實現了液壓能的自身轉換，即低壓到高壓，克服了由液壓能到機械能、電能再到液壓能的複雜轉換，減少了能量轉換環節。[0021](2)在能量回收階段，油液壓力較低時，壓力油由增壓閥增壓進入蓄能器，當油液壓力較高時，壓力油直接通過增壓閥進入蓄能器，大大提高了能量回收效率。
[0022](3)在能量釋放階段，增壓閥關閉，第五液控單向閥打開，蓄能器中的壓力油帶動變量馬達與電動機經過分動箱的動力分配後帶動主泵工作，使回收的能量得到了充分釋放，發動機穩定工作在燃油高效區，減少油耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做更進一步的具體說明，本發明的上述和/或其他方面的優點將會變得更加清楚。
[0024]圖1是本發明能量回收系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]實施例
[0026]本實施例圖1中的附圖標記對應如下:第一油箱1、主泵2、發動機3、主換向閥4、第一液控換向閥5、第二液控換向閥6、第一單向閥7、第二單向閥8、第一溢流閥9、第二溢流閥10、第一電磁換向閥11、第二電磁換向閥12、迴轉馬達13、第一液控單向閥14、第二液控單向閥15、節流閥16、先導操作手柄17、第三液控單向閥18、第四液控單向閥19、控制器20、分動箱21、增壓閥22、蓄能器23、第五液控單向閥24、壓力計25、變量馬達26、轉速傳感器27、第二油箱28。
[0027]如圖1所示，本實施例的的挖掘機迴轉制動能量回收系統包括第一油箱1、主泵2、發動機3、主換向閥4、第一液控換向閥5、第二液控換向閥6、第一單向閥7、第二單向閥8、第一溢流閥9、第二溢流閥10、第一電磁換向閥11、第二電磁換向閥12、迴轉馬達13、第一液控單向閥14、第二液控單向閥15、節流閥16、先導操作手柄17、第三液控單向閥18、第四液控單向閥19、控制器20、分動箱21、增壓閥22、蓄能器23、第五液控單向閥24、壓力計25、變量馬達26、轉速傳感器27、第二油箱28 ;發動機3的傳動軸與分動箱21的第一輸入軸I連接，分動箱21的第二輸入軸II與變量馬達26的輸出軸相連，分動箱21的輸出軸與主泵2的輸入軸相連，主換向閥4有四個油口，主泵2輸出口與主換向閥4的第一油口 4P相連，主換向閥4的第四油口 4T連至第一油箱I，第一電磁換向閥11和第二電磁換向閥12都有三個油口，主換向閥4的第二油口 4A與第一電磁換向閥11的第二油口 IIB相連,第一電磁換向閥11的第三油口 IlC與迴轉馬達13的A 口相連，迴轉馬達13的B 口連至第二電磁換向閥12的第三油口 12C，第二電磁換向閥12的第一油口 12A與主換向閥4的第三油口 4B相連。
[0028]所述主換向閥4第三油口 4B和第二電磁換向閥12第一油口 12A之間的旁路連有第二單向閥8、第二液控換向閥6、第二溢流閥10。第二電磁換向閥12的第二油口 12B與第三液控單向閥18的入口相連，第三液控單向閥18的出口連至增壓閥22的第一油口 22A。
[0029]所述主換向閥4第二油口 4A與第一電磁換向閥11的第二油口 IlB之間的旁路連有第一單向閥7、第一液控換向閥5、第一溢流閥9。第一電磁換向閥11的第一油口 IlA與第四液控單向閥19的入口相連，第四液控單向閥19的出口連至增壓閥22的第一油口 22A。
[0030]所述第一液控換向閥5的先導油口、第四液控換向閥19的液控口與主換向閥4的第三油口 4B相連，第二液控換向閥6的先導油口、第三液控單向閥18的液控口與主換向閥4的第二油口 4A相連。當主換向閥4的第二油口 4A沒有壓力油輸出時，第二液控換向閥6關閉，第三液控單向閥18打開；當主換向閥4的第三油口 4B沒有壓力油輸出時，第一液控換向閥5關閉，第四液控單向閥19打開。
[0031 ] 先導操作手柄17的控制信號由X、Y埠分別輸出到主換向閥4的左右信號端，控制器20同時接收X、Y端的操作狀態信號、壓力計25的壓力信號和轉速傳感器27的轉速信號，並由控制器20向主泵2、增壓閥22、電動機3、節流閥16和變量馬達26輸出控制信號。
[0032]主換向閥4為三位四通電磁換向閥,有四個油口 ；第一液控換向閥5和第二液控換向閥6為二位二通換向閥，有兩個油口 ；第一電磁換向閥11和第二電磁換向閥12為二位三通換向閥，有三個油口 ；增壓閥22和節流閥16為二位二通電磁換向閥，有兩個油口。
[0033]增壓閥22、第五液控單向閥24、蓄能器23和變量馬達26構成液壓調節器。增壓閥22第一油口 22Α接收來自迴轉馬達13的壓力油，儲存在蓄能器23中，當增壓閥22關閉時，第五液控單向閥24打開，蓄能器23中的液壓油驅動變量馬達26和電動機3經過分動箱的動力分配後帶動主泵2對工作負載做功。並且流經變量馬達26的液壓油可以進入其他執行機構，實現了流量的再生。
[0034]第五液控單向閥24由增壓閥22信號端控制，控制信號由增壓閥22的換向信號發出，增壓閥22關閉時第五液控單向閥24工作。
[0035]節流閥16由電信號控制，控制器20發出信號使節流閥16工作，待迴轉馬達13制動時，高壓腔可通過第一液控單向閥14或第二液控單向閥15從第二油箱28中獲取壓力油。
[0036]主換向閥4的控制信號由先導操作手柄17控制，當手柄轉至X端時，主換向閥4的左位工作，第一油口 4Ρ和第二油口 4Α連通，第三油口 4Β和第四油口 4Τ連通；當手柄轉至Y端時，主換向閥4的右位工作，第一油口 4Ρ和第三油口 4Β連通，第二油口 4Α和第四油口 4Τ連通。
[0037]如圖1所示，先導操作手柄17置於左端X時，主換向閥4的左位開始工作，第一油口 4Ρ和第二油口 4Α相連，第三油口 4Β和第四油口 4Τ相連，第二電磁換向閥12右位工作，第三油口 12C和第二油口 12Β相連，液壓油從第一油箱I經主泵2、第一電磁換向閥11、進入迴轉馬達13的A腔，迴轉馬達13的B腔液壓油經第二電磁換向閥12的第二油口 12Β流經第二液控換向閥6、第二單向閥8回到第一油箱I，迴轉馬達13轉動。
[0038]當先導操作手柄17置於右端Y時，主換向閥4的右位開始工作，第一油口 4Ρ和第三油口 4Β相連，第二油口 4Α和第四油口 4Τ相連，第一電磁換向閥11左位工作，第三油口IlC和第一油口 IlA相連，液壓油從第一油箱I經主泵2、第二電磁換向閥12、進入迴轉馬達13的B腔，迴轉馬達13的A腔液壓油經第一電磁換向閥11的第一油口 IlA流經第一液控換向閥5、第一單向閥7回到第一油箱I，迴轉馬達13轉動。
[0039]當迴轉馬達13轉動，液壓油從A腔流到B腔，迴轉平臺需要制動時，控制器20發出信號給主泵2和節流閥16，主泵2停止工作，節流閥16左位工作，油口 16Α和16Β連通，此時第二液控換向閥6關閉，第三液控單向閥18打開，第一液控單向閥14工作，第二液控單向閥15不工作，迴轉馬達13在慣性作用下繼續轉動，A腔壓力升高，壓力油從第二油箱29經節流閥16、第一液控單向閥14進入迴轉馬達13的A腔，B腔的壓力油經過第二電磁換向閥12、第三液控單向閥18、增壓閥22進入蓄能器23，蓄能器23處於儲能狀態，當壓力計25檢測到壓力信號變小時，控制器20發出信號給增壓閥22，增壓閥22關閉，第五液控單向閥24打開，能量回收完畢。
[0040]當迴轉馬達13轉動，液壓油從B腔流到A腔，迴轉平臺需要制動時，控制器20發出信號給主泵2和節流閥16，主泵2停止工作，節流閥16左位工作，油口 16A和16B連通，此時第一液控換向閥5關閉，第四液控單向閥19打開，第二液控單向閥15工作，第一液控單向閥14不工作，迴轉馬達13在慣性作用下繼續轉動，B腔壓力升高，壓力油從第二油箱29經節流閥16、第二液控單向閥15進入迴轉馬達13的B腔，A腔的壓力油經過第一電磁換向閥11、第四液控單向閥19、增壓閥22進入蓄能器23，蓄能器23處於儲能狀態，當壓力計25檢測到壓力信號變小時，控制器20發出信號給增壓閥22，增壓閥22關閉，第五液控單向閥24打開，能量回收完畢。
[0041]當迴轉馬達13繼續轉動時，控制器20發出信號給變量馬達26、電動機3、主泵2，蓄能器23中的壓力油經第五液控單向閥24帶動變量馬達26與電動機3經過分動箱的動力分配後驅動主泵2工作，當轉速傳感器27檢測到變量馬達26的輸出轉速下降時，控制器發出信號給變量馬達26、電動機3、主泵2，變量馬達26停止工作，此時由電動機3帶動主泵2轉動，繼續帶動迴轉馬達13轉動。能量釋放過程中，變量馬達26將蓄能器23的能量轉化為機械能，與發動機聯合輸出，彌補因為負載變大而弓丨起的發動機3輸出不足，穩定發動機3工作在燃油高效區，提高燃油經濟性、節省挖掘機油耗。
[0042]本發明提供了一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，具體實現該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實現。
【權利要求】
1.一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，其特徵是，包括液壓迴路和控制迴路； 液壓迴路包括發動機、主泵、分動箱、主換向閥、第一液控換向閥、第二液控換向閥、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、第三液控單向閥、第四液控單向閥、迴轉馬達、蓄能器、變量馬達和第一油箱； 所述控制迴路包括:先導操作手柄、增壓閥、PLC控制器、壓力計以及轉速傳感器； 發動機的傳動軸與分動箱的第一輸入軸I連接，分動箱的第二輸入軸II與變量馬達的輸出軸相連，分動箱的輸出軸與主泵的輸入軸相連；主泵的輸入口連接第一油箱，輸出口連接主換向閥；主換向閥有四個油口，第一電磁換向閥和第二電磁換向閥都有三個油口 ；主換向閥的第一油口與主泵輸出口相連，主換向閥第四油口連至第一油箱，主換向閥的第二油口與第一電磁換向閥的第二油口相連，主換向閥的第三油口與第二電磁換向閥的第一油口相連；第一電磁換向閥的第三油口與迴轉馬達的A 口相連，迴轉馬達的B 口連至第二電磁換向閥的第三油口 ；第一電磁換向閥的第一油口連接第三液控單向閥，第二電磁換向閥的第二油口連接第四液控單向閥，第三液控單向閥和第四液控單向閥連接後連接增壓閥的第一油口，增壓閥的第二油口分別連接蓄能器和第五液控單向閥，第五液控單向閥的出口連接變量馬達的入口，第五液控單向閥由增壓閥信號端控制，控制信號由增壓閥的換向信號發出，增壓閥關閉時第五液控單向閥工作； 所述第一液控換向閥的先導油口、第四液控單向閥的液控口與主換向閥的第三油口相連，第二液控換向閥的先導油口、第三液控單向閥的液控口與主換向閥的第二油口相連；當主換向閥的第二油口沒有壓力油輸出時，第二液控換向閥關閉，第三液控單向閥打開；當主換向閥的第三油口沒有壓力油輸出時，第一液控換向閥關閉，第四液控單向閥打開； 先導操作手柄的控制信號由X、Y埠分別輸出到主換向閥的左右信號端，壓力計設置在蓄能器的油口，轉速傳感器設置在變量馬達的輸出軸上，控制器同時接收X、Y端的操作狀態信號，壓力計的壓力信號和`轉速傳感器的轉速信號，並由控制器向主泵、電動機、增壓閥、變量馬達輸出控制信號。
2.根據權利要求1所述的一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，其特徵是，包括節流閥、第一液控單向閥、第二液控單向閥以及第二油箱；第一液控單向閥出口連接迴轉馬達的A口，第二液控單向閥出口連接迴轉馬達的B 口，第一液控單向閥入口和第二液控單向閥入口串聯後連至節流閥的第一油口，節流閥的第二油口與第二油箱連接，節流閥的信號輸入口與PLC控制器相連，第一液控單向閥的液控口和第二液控單向閥的液控口並聯後連至節流閥的信號輸出口； 節流閥由控制器控制，當迴轉馬達制動時，迴轉馬達的高壓腔可通過第一液控單向閥或第二液控單向閥經節流閥第二油箱中獲取壓力油。
3.根據權利要求1所述的一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，其特徵是，當手柄轉至X端時，主換向閥的左位工作，主換向閥的第一油口和第二油口連通，主換向閥的第三油口和第四油口連通；當手柄轉至Y端時，主換向閥的右位工作，主換向閥的第一油口和第三油口連通，主換向閥的第二油口和第四油口連通。
4.根據權利要求1所述的一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，其特徵是，主換向閥第二油口和第一電磁換向閥的第二油口之間的旁路連有第一單向閥、第一液控換向閥，主換向閥第三油口和第二電磁換向閥的第一油口之間的旁路連有第二單向閥、第二液控換向閥。
5.根據權利要求1所述的一種挖掘機迴轉制動能量回收系統，其特徵是，主換向閥第二油口和第一電磁換向閥的第二油口之間的旁路連有第一溢流閥，主換向閥第三油口和第二電磁換向閥的第一油 口之間的旁路連有第二溢流閥。
【文檔編號】E02F9/22GK103628519SQ201310535753
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】袁祖強, 袁峰峰, 殷晨波, 俞宏福, 曹東輝 申請人:南京工業大學, 三一重機有限公司