一種挖掘機動臂勢能液壓式能量回收系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及液壓挖掘機的節(jié)能技術領域，尤其涉及一種采用液壓蓄能器作為儲能元件，以變量馬達-變量泵為能量轉換元件的挖掘機動臂勢能液壓式能量回收系統(tǒng)。
【【背景技術】】
[0002]液壓挖掘機在工作過程中，動臂上下擺動比較頻繁，液壓挖掘機工作裝置重量重、慣性大，為防止動臂液壓缸上腔因動臂下降過快而產(chǎn)生吸空，一般通過主閥節(jié)流來調速，但減速制動時工作裝置大量的位能絕大部分在主閥節(jié)流口轉化為熱能，不僅造成了能量浪費，還會導致系統(tǒng)溫度上升和液壓元器件壽命的降低。
[0003]目前，能量回收的研宄主要集中于汽車領域，工程機械領域尤其是液壓挖掘機的能量回收研宄還處于起步階段，且一般采用電力式能量回收(以超級電容或蓄電池作為儲能元件)，但由于超級電容等電池技術尚未成熟，電力式能量回收的挖掘機遲遲未被市場認可；而采用液壓蓄能器作為儲能元件的液壓式能量回收與電力式能量回收相比減少了能量轉換環(huán)節(jié)，且功率密度高，整體可靠緊湊。
[0004]現(xiàn)有技術，例如，中國實用新型專利:挖掘機能量回收系統(tǒng)(申請?zhí)?CN200910306447.0)，它包括液壓缸、油箱、定量泵、閥門和發(fā)動機。其關鍵技術是定量泵同軸安裝第一變量泵和測速光電編碼器，定量泵一端通過換向閥與液壓缸連接，定量泵另一端分兩路分別與油箱和液壓缸連接；第一變量泵一端與油箱連接，另一端通過換向閥連接蓄能器；與發(fā)動機同軸安裝第二變量泵，第二變量泵一端連接油箱，另一端連接單向閥，單向閥的出油口分三路，第一路通過換向閥連接蓄能器，第二路通過換向閥與液壓缸連接，第三路通過換向閥與液壓缸連接。該方案將流量再生和勢能回收兩者相結合，可同時實現(xiàn)流量再生和能量回收再利用。但該方案有三個方面有待進一步改進:①在速度控制性方面存在的問題:動臂下降開始時，定量馬達-變量泵轉速較低，變量泵出口壓力建立響應時間相對較長，在該段時間內，馬達的負載接近0，且定量馬達-變量泵轉動慣量很小，無法通過調節(jié)變量泵的排量來控制定量馬達的轉速，導致其啟動時的速度穩(wěn)定性較差；②在能量回收效率方面存在的問題:定量馬達-變量泵組成的能量轉換單元的轉速取決于動臂下降的速度，當速度較低時，能量轉換單元的轉速較低使得其容積效率低，且速度波動時，能量轉換單元的速度也隨之波動，導致定量馬達-變量泵不能工作在高效區(qū)，系統(tǒng)效率有待于進一步提高流量再生時，采用固定節(jié)流口來控制馬達出口壓力，當流量變化時，其出口壓力不穩(wěn)定，會導致吸空或節(jié)流損失過大。另外，該系統(tǒng)需要對傳統(tǒng)挖掘機液壓系統(tǒng)進行較大的改動，操作性能與原系統(tǒng)有所差異。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明人針對現(xiàn)有技術的缺陷深入研宄，遂有本案產(chǎn)生。
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【發(fā)明內容】
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[0006]本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種挖掘機動臂勢能液壓式能量回收系統(tǒng)，以改善挖掘機的油耗，達到節(jié)能降耗的目的。
[0007]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0008]挖掘機動臂勢能液壓式能量回收系統(tǒng)，包括一變量馬達(8)、兩變量泵(71、72)、蓄能器(10)、第一控制閥(2)、第二控制閥(31)、第三控制閥(32)、第四控制閥(33)、第五控制閥(51)、第六控制閥(52)、第七控制閥(53)、第八控制閥(9)、第九控制閥(131)、第十控制閥(132)、第^^一控制閥(14)、第十二控制閥(15)、E⑶控制單元(18)、第一壓力傳感器(61)、第二壓力傳感器￠2)、第三壓力傳感器(63)、第四壓力傳感器￠4)、轉速傳感器(4)、液壓缸(11)、油箱(I)、發(fā)動機(16)；
[0009]所述變量馬達(8)同軸安裝所述第一變量泵(71)和所述轉速傳感器(4)，所述變量馬達(8)進口與第六控制閥(52)串聯(lián)，所述變量馬達(8)另一端分兩路分別連接第五控制閥(51)與第八控制閥(9);
[0010]所述第六控制閥(52)另一端連接第八控制閥(9)，第八控制閥(9)的兩工作油腔分別連接所述液壓缸(11)的上下腔；
[0011]所述第一變量泵(71)進口與油箱⑴連接，另一端經(jīng)第二控制閥(31)后分兩路，第一路接蓄能器(10)，第二路接第一控制閥(2)連接到油箱(I);
[0012]所述發(fā)動機(16)同軸安裝第二變量泵(72)，第二變量泵(72) —端連接油箱
(I)，另一端連接第三控制閥(32)，第三控制閥(32)的出口分兩路，第一路連接第四控制閥
(33)，第二路通過第十一控制閥(14)與液壓缸(11)連接；第四控制閥(33)進口連接第七控制閥(53)，第七控制閥(53)另一端連接蓄能器(10);
[0013]第^^一控制閥(14)的左液控口與第九控制閥(131)相連，右液控口與第十二控制閥(15) —端相連，第十二控制閥(15)另一端分別連接油箱⑴和第十控制閥(132);
[0014]第九控制閥(131)、第十控制閥(132)通過一操縱手柄(12)來控制，在所述操縱手柄(12)上安裝一角位移傳感器(17)，并將角位移信號反饋給ECU控制單元(18);
[0015]在第六控制閥(52)的進出口布置第二、三壓力傳感器(62、63)，在變量馬達⑶的出口布置第一壓力傳感器(61)，在蓄能器(10)出口布置第四壓力傳感器(64);
[0016]第一、二、三、四壓力傳感器(61、62、63、64)的壓力信號反饋給E⑶控制單元(18)，ECU控制單元(18)根據(jù)所采集的信號，通過計算發(fā)指令分別控制變量馬達(8)、第一變量泵(71)、第八控制閥(9)、第五控制閥(51)、第六控制閥(52)、第七控制閥(53)。
[0017]進一步地，所述第五控制閥(51)、第六控制閥(52)、第七控制閥(53)為節(jié)流閥。
[0018]進一步地，所述第一控制閥⑵為溢流閥。
[0019]進一步地，所述第二控制閥(31)、第三控制閥(32)、第四控制閥(33)為單向閥。
[0020]進一步地，所述第八控制閥(9)、第^^一控制閥(14)、第十二控制閥(15)為換向閥。
[0021]進一步地，所述第九控制閥(131)、第十控制閥(132)為先導閥。
[0022]本實用新型的優(yōu)點在于:1、對變量馬達-變量泵的排量和轉速進行協(xié)調控制，使其工作在高效區(qū)提高能量回收系統(tǒng)的回收效率；2、采用壓力傳感器測得節(jié)流閥的進出口壓力，通過ECU來控制變量馬達-變量泵中馬達的進口壓力來補償節(jié)流閥的出口壓力，使節(jié)流閥的進出口壓差基本不變，實現(xiàn)動臂下降僅與節(jié)流閥的開度有關；3、在變量馬達出口連接壓力傳感器，旁路安裝節(jié)流閥；流量波動時，通過ECU自動調節(jié)節(jié)流閥開度，以使馬達出口壓力基本穩(wěn)定，使液壓缸上腔的油液全部來自于馬達，實現(xiàn)流量再生且可避免液壓缸上腔出現(xiàn)吸空。
【【附圖說明】】
[0023]下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0024]圖1是本實用新型能量回收系統(tǒng)流程圖。
[0025]圖2是本實用新型能量回收系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)原理圖。
[0026]圖3是本實用新型能量回收系統(tǒng)原理框圖。
【【具體實施方式】】
[0027]請參閱圖1至圖3所示，挖掘機動臂勢能液壓式能量回收系統(tǒng)，包括一變量馬達8、兩變量泵71、72、蓄能器10、第一控制閥2、第二控制閥31、第三控制閥32、第四控制閥33、第五控制閥51、第六控制閥52、第七控制閥53、第八控制閥9、第九控制閥131、第十控制閥132、第^^一控制閥14、第十二控制閥15、E⑶控制單元18、壓力傳感器61、62、63、64、轉速傳感器4、液壓缸11、和油箱1、發(fā)動機16 ；
[0028]其中，第五控制閥51、第六控制閥52、第七控制閥53為節(jié)流閥。第一控制閥2為溢流閥。第二控制閥31、第三控制閥32、第四控制閥33為單向閥。第八控制閥9、第^^一控制閥14、第十二控制閥15為換向閥。第九控制閥131、第十控制閥132為先導閥。
[0029]變量馬達8同軸安裝第一變量泵71和轉速傳感器4，變量馬達8進口與節(jié)流閥52串聯(lián)，變量馬達8另一端分兩路分別連接節(jié)流閥51與換向閥9 ;節(jié)流閥52另一端連接換向閥9，換向閥9的兩工作油腔分別連接液壓缸11的上下腔；變量泵71進口與油箱I連接，另一端經(jīng)單向閥31后分兩路，第一路接蓄能器10，第二路接溢流閥2 ;與發(fā)動機16同軸安裝變量泵72，變量泵