專利名稱：一種用于均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的液壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流體傳動領(lǐng)域，適用于負載變化劇烈的各種工程機械設(shè)備，尤其是各種 大功率工程機械，例如液壓挖掘機、推土機、裝載機等。通過在小負載時存儲能量，在 大負載時釋放能量，本裝置可以用來調(diào)節(jié)這些設(shè)備中內(nèi)燃機的輸出扭矩，使內(nèi)燃機的輸 出扭矩趨于平穩(wěn)，同時又能滿足變化劇烈的負載功率需求，從而在這些設(shè)備的設(shè)計中可 以選用小功率內(nèi)燃機，達到降低成本和節(jié)約能源的目的。
技術(shù)背景在許多機械設(shè)備中，由于負載的變化，導(dǎo)致原動機的輸出扭矩也隨之發(fā)生大幅度的 變化。例如，在工程機械如液壓挖掘機、推土機、裝載機中，其負載變化非常大，導(dǎo)致 驅(qū)動這些設(shè)備的內(nèi)燃機的輸出扭矩也發(fā)生很大變化。在以往通常的設(shè)計中，為滿足這些 設(shè)備的正常工作要求，必須按照可能出現(xiàn)的最大負載來選擇內(nèi)燃機。而在實際工作過程 中，這些設(shè)備上的平均負載功率并不大，遠小于最大負載功率。因此，按照最大負載功 率選擇的內(nèi)燃機功率在整個工作過程中的大部分時間里就顯得過大,導(dǎo)致內(nèi)燃機在大部 分時間內(nèi)都工作在低效區(qū)，使燃油得不到充分利用，造成能源的浪費。另外，大功率柴 油機還將導(dǎo)致制造成本的上升。在以往通常的設(shè)計中，這是為滿足最大負載功率的要求 而必須付出的代價,因此形成了滿足最大負載功率需求與制造成本上升和節(jié)約能源之間 的矛盾。為解決以上所提到的矛盾，通常在設(shè)備中附加儲能環(huán)節(jié)來調(diào)節(jié)原動機的輸出扭矩。 例如，在柴油機的輸出端附加一個大慣量飛輪，可以使柴油機的輸出扭矩趨于平穩(wěn)。為 提高飛輪的儲能，通常采用加大轉(zhuǎn)速和加大慣量的方式，但由于受內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速限制，因 此通過轉(zhuǎn)速提高儲能效果有限；如果采用加大飛輪慣量的方法，則飛輪的體積和重量由于受機械結(jié)構(gòu)的限制，取得的效果也有限。因此，也有的設(shè)備采用可充電電池或超級電 容作為儲能元件，例如混合動力汽車。但電池由于受到目前技術(shù)發(fā)展的限制，其容量和 單體電壓偏低，用于大功率設(shè)備時體積較大，成本較高，而且可重復(fù)充電次數(shù)不高，而 且與之對應(yīng)的功率電路復(fù)雜，成本也較高。如果采用超級電容作為儲能元件，雖然在充 電壽命上遠高于電池，但單體電壓也是偏低，用于功率較大的設(shè)備時也存在體積龐大、 電路復(fù)雜、成本高昂的的缺點。除次之外，飛輪電池也是一種選擇，但這種技術(shù)目前在 大功率設(shè)備上應(yīng)用還不成熟，成本也是居高不下。目前還有一種比較成熟的儲能方式是采用液壓蓄能器，適用于采用液壓驅(qū)動的機械 設(shè)備，通常用于液壓混合動力汽車。通過在小負載時向蓄能器內(nèi)蓄能，在大負載時利用 蓄能器中儲存的能量輔助內(nèi)燃機驅(qū)動，可以在采用小功率內(nèi)燃機的條件下滿足短時間內(nèi) 大負載功率的需求。另外，這種蓄能方式還廣泛用于液壓混合動力車輛制動能量的回收。 但這些裝置一方面具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，通常采用靜壓傳動的結(jié)構(gòu)方案，另一 方面沒有考慮工程機械的工作特點和結(jié)構(gòu)特點，不適合工程機械應(yīng)用，尚未有一種適用 于負載變化劇烈的工程機械設(shè)備的蓄能系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決現(xiàn)有采用液壓蓄能器的蓄能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不適合工程機械應(yīng)用的問 題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、適合工程機械應(yīng)用的采用液壓蓄能器的用于均衡內(nèi)燃機輸出扭 矩的液壓裝置。本發(fā)明所述的一種用于均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵、 蓄能器，所述的液壓泵的輸入軸與內(nèi)燃機輸出軸間接連接，所述的蓄能器上裝有壓力傳 感器，所述的液壓泵的進口通過第一單向閥連接油箱，第一單向閥允許液壓油的流動方 向是從油箱到所述的液壓泵的進口；同時液壓泵的進口通過第一液控單向閥連接蓄能器 的進口，在沒有液控信號的條件下第一液控單向閥允許的液壓油流動方向是從所述的液壓泵的進口到蓄能器；液壓泵的出口通過第二單向閥連接蓄能器的進口，第二單向閥允 許的液壓油流動方向是從所述的液壓泵的出口到蓄能器;液壓泵的出口通過第二液控單 向閥連接油箱，在沒有液控信號的條件下第二液控單向閥允許的液壓油流動方向是從油 箱到所述的液壓泵的出口；液壓泵的出口還通過一個液控或電磁截止閥連接油箱；所述 的壓力傳感器的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥的切換開關(guān)；所 述的第一液控單向閥、第二液控單向閥的控制口連接所述的內(nèi)燃機驅(qū)動的工程機械的液 壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號Pi.進一步，所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥可以是液控或電磁截止閥。更進一步，所述的蓄能器的出口通過溢流閥連接油箱?？紤]到工程機械設(shè)備通常都采用液壓驅(qū)動，本發(fā)明采用了液壓蓄能器作為儲能元 件，利用一個與工程機械柴油機直接或間接相連的液壓泵完成小負載功率時的儲能，同 時液壓泵也能工作在馬達狀態(tài)，由蓄能器驅(qū)動，作為柴油機的輔助動力以滿足大功率負 載需求。本發(fā)明提出的液壓控制結(jié)構(gòu)，通過兩個單向閥、兩個液控單向閥或兩個液控或 電磁截止閥、 一個溢流閥、 一個電磁截止閥或液控截止閥，在工程機械先導(dǎo)操縱壓力的 控制下，在沒有先導(dǎo)壓力或工程機械不動作時由所發(fā)明裝置中的泵向蓄能器儲能，在有 先導(dǎo)壓力或工程機械有動作時此泵則變成馬達狀態(tài)，由蓄能器驅(qū)動作為柴油機的輔助驅(qū) 動，以滿足此時大扭矩負載的需求。通過在工程機械沒有操作或沒有動作時向蓄能器蓄 能，在工程機械有操作或有動作時蓄能器向外釋放能量作為柴油機的輔助動力，從而使 柴油機輸出扭矩趨于平均。本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，適用于負載變化劇烈的工程機械，能夠使 工程機械設(shè)備的設(shè)計中采用小功率發(fā)動機，使發(fā)動機的效率更高，更節(jié)省燃油，同時也 降低了發(fā)動機成本。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。 圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。 圖2是本發(fā)明的第二種系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。 圖3是工程機械的操縱信號和系統(tǒng)負載功率關(guān)系圖。 圖4是本發(fā)明的一種應(yīng)用實例。圖中，l.液壓泵，2.第一單向閥，3.第一液控單向閥，4.蓄能器，5. 第二單向閥，6.第二液控單向閥，7.壓力傳感器，8.溢流閥，9.油箱， 10.電磁截止閥，ll.主泵，12.柴油機，13.工程機械主液壓回路。
具體實施方式
實施例一參照圖1、 3、 4:本實施例所述的一種用于均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵 1、蓄能器4，所述的液壓泵l的輸入軸與內(nèi)燃機輸出軸連接，所述的蓄能器4上裝有 壓力傳感器7，所述的液壓泵1的進口通過第一單向閥2連接油箱9，第一單向閥允許 液壓油的流動方向是從油箱到所述的液壓泵的進口；液壓泵l的進口通過第一液控單向 閥3連接蓄能器4的進口 ，在沒有液控信號的條件下第一液控單向閥允許的液壓油流動 方向是從所述的液壓泵的進口到蓄能器;液壓泵1的出口通過第二單向閥5連接蓄能器 4的進口，第二單向闊允許的液壓油流動方向是從所述的液壓泵的出口到蓄能器；液壓 泵l的出口通過第二液控單向閥6連接油箱9，在沒有液控信號的條件下第二液控單向 閥允許的液壓油流動方向是從油箱到所述的液壓泵的出口；液壓泵l的出口通過截止閥 10連接油箱9;所述的壓力傳感器7的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的 截止閥10的切換開關(guān)；所述的第一液控單向閥3、第二液控單向閥6的控制口連接所述的內(nèi)燃機驅(qū)動的工程機械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號Pi.第一液控單向閥3、第二液控單向閥6受先導(dǎo)壓力信號Pi的控制，電磁截止閥10受電 壓信號Pc的控制。在圖3中，表示出了先導(dǎo)壓力信號Pi與系統(tǒng)負載壓力PL之間的關(guān)系，當先導(dǎo)壓力信號 Pi上升時，通常系統(tǒng)負載壓力Pt也會上升。將先導(dǎo)壓力信號Pi接到第一液控單向閥3、第二液控單向閥6的控制口上，用先導(dǎo)壓 力信號Pi控制第一液控單向閥3、第二液控單向閥6。當先導(dǎo)壓力信號Pi為零壓時，第一 液控單向閥3和第二液控單向閥6與普通單向閥一樣，液壓油只能單向流動，油箱9中的 液壓油經(jīng)由第一單向閥2進入液壓泵1，此時如果蓄能器4中壓力還沒有達到溢流閥8的開 啟壓力，而且電壓信號Pc控制截止閥ll處于關(guān)斷狀態(tài)，液壓泵l輸出的液壓油經(jīng)由第二 單向閥5流入蓄能器4，完成儲能過程。在蓄能器4的出口處，安裝有壓力傳感器7以檢測 蓄能器4中的壓力。當壓力傳感器7檢測到蓄能器4中的壓力升高到某一個設(shè)定值^時， 則控制電壓信號Pe打開截止閥lO，使液壓泵1輸出的液壓油直接通過截止閥10回油箱， 實現(xiàn)卸荷。此時，如果先導(dǎo)壓力信號Pi依然為零壓，使第一液控單向閥3、第二液控單 向閥6仍然處于單向狀態(tài)，則蓄能器4中的壓力始終保持在這一設(shè)定值。當開始操縱設(shè)備 時，先導(dǎo)壓力信號Pi不再為零壓，因此會控制第一液控單向閥3、第二液控單向閥6處于 雙向?qū)顟B(tài)。由于第二單向閥5的作用，蓄能器4中的液壓油不會流入液壓泵1的出口， 而是通過第一液控單向閥3流入液壓泵1的入口處。由于第一單向閥2的作用，液壓泵l 完全由蓄能器4中的高壓油驅(qū)動而變?yōu)轳R達運行狀態(tài)，液壓泵1輸出的液壓油此時直接通 過第二液控單向閥6回到油箱9。在液壓泵l變?yōu)轳R達運行狀態(tài)時，蓄能器4中的壓力會不 斷降低，當降低到比設(shè)定值h更低的P2時，由壓力傳感器7檢測出來，然后控制電壓信號 Pc關(guān)斷電磁截止閥lO，為蓄能器4的蓄能過程做好準備。當設(shè)備工作裝置暫時停止工 作時，先導(dǎo)壓力信號Pi回到零壓，第一液控單向閥3、第二液控單向閥6又回到單向?qū)?狀態(tài)，使液壓泵l重新回到泵工作狀態(tài)，給蓄能器4補充液壓油，進入蓄能狀態(tài)，直到蓄能器中的壓力達到設(shè)定值P,或先導(dǎo)操縱信號不為O為止。通過以上的運行過程，就可以實現(xiàn)在有先導(dǎo)操縱信號時，由蓄能器釋放能量以輔助 內(nèi)燃機驅(qū)動機械設(shè)備，沒有先導(dǎo)操縱信號時，由蓄能器吸收能量以充分利用內(nèi)燃機功率， 從而實現(xiàn)均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的作用。通常工程機械動力系統(tǒng)由主液壓泵ll，柴油機12和主液壓回路13組成，本實施例 中的液壓泵l與主泵ll共軸串聯(lián)安裝，通過連軸器與柴油機12的輸出軸相連，由柴油機 12的輸出軸驅(qū)動。在這種連接方式下，當沒有先導(dǎo)操縱信號時，先導(dǎo)壓力信號Pi為零， 主泵ll負載較輕，柴油機12的部分輸出功率用來驅(qū)動液壓泵1向蓄能器4蓄能；當對工 程機械進行操作時，先導(dǎo)壓力信號Pi不為零，主泵ll的負載較大，第一液控單向閥3、 第二液控單向閥6在先導(dǎo)壓力信號Pi的作用下雙向?qū)?，使液壓泵l工作在馬達狀態(tài)，由 蓄能器4中的高壓液壓油驅(qū)動，輔助柴油機12共同驅(qū)動主泵11，從而實現(xiàn)均衡柴油機12 輸出扭矩的作用。實施例二參照圖2、 3、 4:在本實施例中，用液控截止閥3A和6A代替前例中的第一液控單向閥 3、第二液控單向閥6，起到同樣的作用。 其余與前例相同。
權(quán)利要求
1. 一種用于均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵、蓄能器，所述的液壓泵的輸入軸與內(nèi)燃機輸出軸間接連接，所述的蓄能器上裝有壓力傳感器，其特征在于所述的液壓泵的進口通過第一單向閥連接油箱，第一單向閥允許液壓油的流動方向是從油箱到所述的液壓泵的進口；同時液壓泵的進口通過第一液控單向閥連接蓄能器的進口，在沒有液控信號的條件下第一液控單向閥允許的液壓油流動方向是從所述的液壓泵的進口到蓄能器；液壓泵的出口通過第二單向閥連接蓄能器的進口，第二單向閥允許的液壓油流動方向是從所述的液壓泵的出口到蓄能器；液壓泵的出口通過第二液控單向閥連接油箱，在沒有液控信號的條件下第二液控單向閥允許的液壓油流動方向是從油箱到所述的液壓泵的出口；液壓泵的出口還通過一個液控或電磁截止閥連接油箱；所述的壓力傳感器的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥的切換開關(guān)；所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥的控制口連接所述的內(nèi)燃機驅(qū)動的工程機械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號Pi.
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的液壓裝置，其特征 在于所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥可以是液控或電磁截止閥。
全文摘要
本發(fā)明所述的一種用于均衡內(nèi)燃機輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵、蓄能器，所述的液壓泵的輸入軸與內(nèi)燃機輸出軸連接，所述的蓄能器上裝有壓力傳感器，所述的液壓泵的進口通過第一單向閥連接油箱，液壓泵的進口通過第一液控單向閥連接蓄能器的進口，液壓泵的出口通過第二單向閥連接蓄能器的進口，液壓泵的出口通過第二液控單向閥連接油箱，液壓泵的出口通過截止閥連接油箱；所述的壓力傳感器的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥的切換開關(guān)；所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥的控制口連接受所述的內(nèi)燃機驅(qū)動的工程機械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號P_i。
文檔編號F15B15/00GK101230586SQ20071006689
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者峰 高 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)