專利名稱：一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提供了一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，特別涉及一種采 用蓄能器的閉式液壓回路動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
工程機(jī)械由于用量大、耗油高、排放差等特點(diǎn)，其高效、節(jié)能已成為國(guó)內(nèi)外工程機(jī) 械研究者追求的目標(biāo)之一。工程機(jī)械系統(tǒng)的節(jié)能研究主要從兩方面展開(kāi)基于系統(tǒng)控制策 略和控制方法的節(jié)能研究和基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的節(jié)能研究?；谙到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的節(jié)能研究包括基于 閥控系統(tǒng)改進(jìn)、動(dòng)力源系統(tǒng)改進(jìn)、能量回收的節(jié)能研究?；谀芰炕厥盏墓こ虣C(jī)械的節(jié)能研 究包括機(jī)械式、液壓式、電氣式能量回收。液壓式回收采用蓄能器作為儲(chǔ)能元件，蓄能器能 夠儲(chǔ)存并釋放壓力能，其性能穩(wěn)定，能夠滿足工程機(jī)械快速節(jié)能的要求。電氣式回收多采用 電儲(chǔ)能元件電池或電容器)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存并利用。目前電氣式能量回收方法存在諸多問(wèn)題，以液壓挖掘機(jī)為例，目前工程上研究的 液壓挖掘機(jī)的能量回收主要研究動(dòng)臂的勢(shì)能回收和斗桿的動(dòng)能回收。絕大部分采用電氣式 回收方式。由于電儲(chǔ)能元件及發(fā)電機(jī)的成本較高，限制了該回收方案在實(shí)際中的應(yīng)用。因 動(dòng)臂下降過(guò)程在2s內(nèi)基本完成，在轉(zhuǎn)速大幅度變化的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的發(fā)電及電池或電容 的充電效率較低，同時(shí)機(jī)械能、壓力能、電能的反復(fù)轉(zhuǎn)化也大大降低了能量回收的利用率。本實(shí)用新型就是基于這樣的背景提出的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種能夠克服現(xiàn)有工程機(jī)械能量回收系統(tǒng)的缺點(diǎn)，更好 地獲得能量回收利用率的工程機(jī)械的節(jié)能方案一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝 置，以期實(shí)現(xiàn)容易、操作簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠。本實(shí)用新型的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，結(jié)合附圖說(shuō)明如下圖1所示的一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，其典型系統(tǒng)由一個(gè)動(dòng)臂 油缸、一個(gè)電動(dòng)機(jī)，一對(duì)齒輪，兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)，一個(gè)蓄能器、三組溢流閥與單向 閥組成。電動(dòng)機(jī)1經(jīng)一對(duì)齒輪2、3分配動(dòng)力后，分別與兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)4、5相 連。雙向定量液壓泵-馬達(dá)4的一油口與動(dòng)臂液壓缸10的有桿腔相連，連接管路為6 ；另 一油口與雙向定量液壓泵-馬達(dá)5的一油口 一起與動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔相連，連接管路為 13 ；雙向定量液壓泵-馬達(dá)5另一油口與蓄能器9相連，連接管路為14。連接管路6、13、14 中分別裝有溢流閥7、11、15與單向閥8、12、16。通過(guò)選擇兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)4、5的排量及設(shè)計(jì)齒輪對(duì)2、3的傳動(dòng)比，使 兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)輸出的流量比為1 (K-I)，其中K為動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔與有桿腔 的面積之比。滿足前述條件的系統(tǒng)在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)(如圖1所示方向)，雙向定量泵-馬達(dá)4輸出的油液通向動(dòng)臂油缸有桿腔，動(dòng)臂缸收縮，動(dòng)臂下降，設(shè)其流量為仏。在重力作用下，動(dòng) 臂缸無(wú)桿腔擠出的油液流量應(yīng)為KQ1,該流量除被泵-馬達(dá)4吸走的流量％外，多出的部分 (K-I) %被泵-馬達(dá)5吸走并壓入到蓄能器內(nèi)，動(dòng)臂的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為蓄能器內(nèi)油液的壓力 能。電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，雙向定量泵-馬達(dá)4從動(dòng)臂油缸有桿腔中抽取油液，其流量為％，雙向定 量泵-馬達(dá)5從蓄能器中抽取油液0(-1) ，二者抽出的油液匯合后流量為1 被注入到動(dòng) 臂無(wú)桿腔，動(dòng)臂油缸伸出，動(dòng)臂上升。原來(lái)貯存在蓄能器中的壓力能重新轉(zhuǎn)換為動(dòng)臂的重力 勢(shì)能。前述閉式液壓回路系統(tǒng)，在動(dòng)臂油缸的有桿腔、無(wú)桿腔連接油路及蓄能器的連接 油路6、13、14中分別裝有溢流閥7、11、15與單向閥8、12、16。從前面的流量分析可以看出， 該液壓系統(tǒng)各通路流量在理論上是平衡的。這些閥組只是用于在油缸、泵-馬達(dá)存在泄露 等情況下為防止流量不平衡而設(shè)置的。上述能量回收系統(tǒng)與現(xiàn)有的工程機(jī)械節(jié)能系統(tǒng)相比 有如下優(yōu)點(diǎn)1.能量轉(zhuǎn)化次數(shù)少。存貯在蓄能器內(nèi)的壓力能可被直接利用。2.可控性好。通過(guò)泵-馬達(dá)進(jìn)行壓力能的回收控制，與閥控液壓能量回收系統(tǒng)相 比，回收的能量在重復(fù)利用時(shí)沒(méi)有沖擊。3、能量利用率高。由于采用了閉式液壓系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，油缸開(kāi)始工作；電動(dòng)機(jī) 停止，油缸停止工作。與普通閥控液壓系統(tǒng)相比大大提高了能量利用率。4.系統(tǒng)成本低。系統(tǒng)主要部件包括蓄能器、變頻電機(jī)或永磁同步電機(jī)、定量泵-馬 達(dá)等，成本低，安全可靠。5.可靠性高。本實(shí)用新型對(duì)系統(tǒng)的控制主要集中在對(duì)電機(jī)的換相控制與轉(zhuǎn)速控制 上，都是成熟技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高。

圖1為動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)原理圖；圖2為工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置。圖中1為電動(dòng)機(jī)1，2、3為一對(duì)齒輪，其中2為第1齒輪，3為第2齒輪，4為第1雙 向定量液壓泵-馬達(dá)，5為第2雙向定量液壓泵-馬達(dá)，6為第1連接油路，14為第3連接油 路，13為第2連接油路；15、11、7分別為第1、2、3溢流閥，16、12、8分別為第1、2、3單向閥， 10為液壓缸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示的一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置實(shí)施例進(jìn)一步 說(shuō)明本實(shí)用新型的具體內(nèi)容。一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂工作的液壓裝置、 蓄能器裝置以及液壓系統(tǒng)安全保護(hù)裝置三部分，所述的液壓裝置采用兩個(gè)雙向定量液壓 泵-馬達(dá)，兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)的一個(gè)油口分別通過(guò)連接管路與動(dòng)臂油缸10有桿腔 和蓄能器9相連，兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)的另一個(gè)油口通過(guò)連接管路與動(dòng)臂油缸10無(wú) 桿腔相連，電動(dòng)機(jī)1通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)或同軸驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)，所述的兩個(gè) 雙向定量液壓泵-馬達(dá)輸出的流量比為1 (K-I)，其中K為動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔與有桿腔的面 積之比，所述的液壓系統(tǒng)安全保護(hù)裝置主要由分別裝在連接管路上的3組溢流閥與單向閥
4組成。所述的機(jī)械傳動(dòng)采用一對(duì)齒輪，由電動(dòng)機(jī)1經(jīng)這對(duì)齒輪分配動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)的雙 向定量液壓泵-馬達(dá)，當(dāng)選取兩個(gè)雙向液壓泵-馬達(dá)的排量相同時(shí)，設(shè)定兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比 取 1 (K-I)。所述的機(jī)械傳動(dòng)采用一對(duì)齒輪，當(dāng)選取兩個(gè)雙向液壓泵-馬達(dá)的排量比為 1 (K-I)時(shí)，設(shè)定兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比取1 1。所述的機(jī)械傳動(dòng)采用一對(duì)齒輪，選取兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比與兩個(gè)雙向定量液壓 泵-馬達(dá)的排量比之積為1/(K-I)。蓄能器9用于回收動(dòng)臂下降勢(shì)能，通過(guò)第2雙向定量液壓泵-馬達(dá)5將動(dòng)臂下降 時(shí)動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔排出的油液經(jīng)第1雙向定量液壓泵-馬達(dá)4充入動(dòng)臂油缸有桿腔后，多 出的部分壓入到蓄能器9中保存，待動(dòng)臂上升時(shí)這部分壓力油被反方向運(yùn)動(dòng)的雙向定量液 壓泵-馬達(dá)重新回收，用于推動(dòng)動(dòng)臂上升。溢流閥與單向閥包括裝在第1、2、3連接管路6、13、14上的第1、2、3溢流閥15、11、 7和第1、2、3單向閥16、12、8，用以防止因流量不平衡造成的壓力過(guò)高和負(fù)壓吸空現(xiàn)象的產(chǎn)生。工程機(jī)械的一個(gè)典型機(jī)型是液壓挖掘機(jī)，其動(dòng)臂油缸多采用無(wú)桿腔面積與有桿腔 之比為2的油缸，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2所示的工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置方 案，它是圖1所示本實(shí)用新型方案中的一個(gè)實(shí)例，但實(shí)施本實(shí)用新型方案的實(shí)例不僅僅這一個(gè)。圖2中，兩個(gè)同排量第1、2雙向定量液壓泵-馬達(dá)4、5分別與電動(dòng)機(jī)1同軸相連， 電動(dòng)機(jī)1采用變頻電機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)。第1雙向定量液壓泵-馬達(dá)4 一油口與動(dòng)臂缸 10的有桿腔通過(guò)第1連接管路6相連接；另一油口與第2雙向定量液壓泵-馬達(dá)5 —油口 相連后，再通過(guò)第2連接管路13與動(dòng)臂缸10的無(wú)桿腔連接；第2雙向定量液壓泵-馬達(dá)5 另一油口通過(guò)連接管路14與蓄能器9相連。第1、2、3連接管路6、13、14中分別設(shè)有第1、2、3溢流閥15、11、7，和第1、2、3單向 閥16、12、8。三個(gè)溢流閥保證管路不超過(guò)安全壓力，三個(gè)單向閥保證工作過(guò)程中管路不出現(xiàn) 液壓油被吸空的現(xiàn)象，起到補(bǔ)油的作用。圖2中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)1正轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)同向正轉(zhuǎn)，因排量相 等，設(shè)其各排出流量仏。此時(shí)，第1雙向定量液壓泵-馬達(dá)4輸出的壓力油直接輸入到動(dòng) 臂缸10有桿腔，動(dòng)臂缸縮回，動(dòng)臂下降，與此同時(shí)動(dòng)臂缸10無(wú)桿腔的油液被擠出，其流量為 2Q3，一部分由第1雙向定量液壓泵-馬達(dá)4輸送至動(dòng)臂缸10有桿腔，流量為仏，另一部分 流量( 經(jīng)第2雙向定量液壓泵-馬達(dá)5輸入到蓄能器9，動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為蓄能 器內(nèi)油液的壓力能貯存起來(lái)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)1反轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)同向反轉(zhuǎn)。此時(shí)，第1雙向定 量液壓泵-馬達(dá)4將動(dòng)臂缸10有桿腔的液壓油輸送至動(dòng)臂缸10無(wú)桿腔，設(shè)其流量為仏。同 時(shí)第2雙向定量液壓泵-馬達(dá)5將蓄能器9中儲(chǔ)存的壓力油液輸送至動(dòng)臂缸10無(wú)桿腔，其 流量也是仏，所以送入無(wú)桿腔壓力油流量總和為2 ，正好是流量平衡所需要的流量。在此 過(guò)程中蓄能器9內(nèi)存貯的高壓油被用于推動(dòng)動(dòng)臂上升，存貯的能量得到回收利用。
權(quán)利要求1.一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂工作的液壓裝置、蓄能 器裝置以及液壓系統(tǒng)安全保護(hù)裝置三部分，其特征在于，所述的液壓裝置采用兩個(gè)雙向定 量液壓泵-馬達(dá)，兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)的一個(gè)油口分別通過(guò)連接管路與動(dòng)臂油缸 (10)有桿腔和蓄能器(9)相連，兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)的另一個(gè)油口通過(guò)連接管路與 動(dòng)臂油缸(10)無(wú)桿腔相連，電動(dòng)機(jī)(1)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)或同軸驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙向定量液壓 泵-馬達(dá)，所述的兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)輸出的流量比為1 (K-I)，其中K為動(dòng)臂油 缸無(wú)桿腔與有桿腔的面積之比，所述的液壓系統(tǒng)安全保護(hù)裝置主要由分別裝在連接管路上 的3組溢流閥與單向閥組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，其特征在于， 所述的機(jī)械傳動(dòng)采用一對(duì)齒輪，由電動(dòng)機(jī)(1)經(jīng)這對(duì)齒輪分配動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)的雙向定 量液壓泵-馬達(dá)，當(dāng)選取兩個(gè)雙向液壓泵-馬達(dá)的排量相同時(shí)，設(shè)定兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比取 1 (K-I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，其特征在于， 所述的機(jī)械傳動(dòng)采用一對(duì)齒輪，當(dāng)選取兩個(gè)雙向液壓泵-馬達(dá)的排量比為1 (K-I)時(shí)，設(shè) 定兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比取1 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，其特征在于， 所述的機(jī)械傳動(dòng)采用一對(duì)齒輪，選取兩個(gè)齒輪的傳動(dòng)比與兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)的排 量比之積為1/(K-I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置，其特 征在于，溢流閥與單向閥包括裝在第1、2、3連接管路(6、13、14)上的第1、2、3溢流閥(15、 11、7)和第 1、2、3 單向閥(16、12、8)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種工程機(jī)械動(dòng)臂下降的重力勢(shì)能回收裝置。其包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂工作的液壓裝置、蓄能器裝置以及液壓系統(tǒng)安全保護(hù)裝置三部分液壓裝置采用兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)，其一個(gè)油口分別通過(guò)連接管路與動(dòng)臂油缸(10)有桿腔和蓄能器(9)相連，其另一個(gè)油口連接通過(guò)連接管路與動(dòng)臂油缸(10)無(wú)桿腔相連，雙向定量液壓泵-馬達(dá)由電動(dòng)機(jī)(1)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)或同軸驅(qū)動(dòng)兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)，兩個(gè)雙向定量液壓泵-馬達(dá)輸出的流量比為1∶(K-1)，其中K為動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔與有桿腔的面積之比，液壓系統(tǒng)安全保護(hù)裝置主要由分別裝在連接管路上的3組溢流閥與單向閥組成。
文檔編號(hào)E02F3/42GK201865132SQ20102025864
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者尚濤, 張祝新, 戴群亮, 程麗麗, 章二平, 趙丁選 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)