挖掘机动臂势能分级回收及释放装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，它发动机、先导泵、主泵、操作手柄、五个压力传感器、动臂锁紧控制阀、液控换向阀、两个梭阀、动臂锁紧主阀、两个释放阀、动臂锁紧先导阀、两个蓄能器、两个回收阀动臂油缸、四个单向阀、控制器、安全阀、截止阀、高压释放阀、背压阀、辅助马达。通过对各点的压力信号的采集，判断动臂是否带载，从而使动臂重载时用高压蓄能器回收，空载时用低压蓄能器回收，能将不同工况下的动臂势能全部回收而又避免了现有方法或采用比例换向阀、节流阀、调速阀引起的节流损失，或采用单类蓄能器操纵特性差，不能全部回收动力下降势能等缺点，具有节油率高，操控性好，不影响原机工作效率等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及挖掘机，具体是一种油液混合动力挖掘机动臂势能能量回收及释放液压系统，属工程机械

技术介绍
液压挖掘机动臂具有频繁运动，且质量大的特性。在动臂下降过程中，大量的油液通过主控阀的节流口浪费掉，不仅造成能量损失而且由于油温增加导致的系统寿命降低。通过回收动臂势能并利用，形成二次动力源，与发动机形成混合动力系统，能显著提高挖掘机的节油率。目前对动臂势能的回收利用主要集中在两方面：一是通过马达回收，并转化成电能储存在蓄电池或超级电容中，再通过电动机释放，这类系统称之为油电混合动力系统；一类是通过液压蓄能器回收，并通过辅助马达释放或直接通过开关阀释放到主系统中，这类系统称之为油液混合动力系统。目前对动臂势能的回收主要集中在油电混合动力系统，但该类系统能量转化环节多，转化效率低，系统昂贵；所以目前国内有部分单位已对油液混合动力系统回收动臂势能。但是目前相关的研究主要有：(1)通过液控换向阀来回收：由于挖掘机的工作环境恶劣、载荷变化大、能量回收条件要求高，单纯的通过液控换向阀来判断是否进行能量回收不能判断系统是否带载，而如果带载此时能量回收系统开启，会因为蓄能器压力低而引起动臂快速下降，出现失速现象。(2)通过比例换向阀或比例节流阀、调速阀来回收：比例换向阀或比例节流阀、调速阀的引入会带来一定的节流损失，减少能量回收率，且比例信号需与挖掘机工况、位姿等做各种匹配，控制性能复杂，可移植性差。而且现有的研究不能解决挖掘机带载时动臂下降能量回收的问题，一旦挖掘机带载时动臂下降(如装车卸料过程中，动臂会有小位移下降以调整最佳卸土位姿)，由于铲斗装满了物料，负载增加很多，而由于力臂较长，使的动臂油缸无杆腔的压力比空载时增加了约6MPa(以中吨位挖掘机为例)，此时如果仍然通过原蓄能器回收，要么会由于蓄能器压力过低，而导致能量回收时动臂快速掉落，这时候速度不能控制，而强行制动会引起整车剧烈颠簸，危险性大；而如果提高蓄能器的工作压力，使蓄能器的压力与带载时动臂大腔压力相等，可解决带载下降时动臂快速掉落现象，但是空载时会由于蓄能器压力较大，而因为下降速度变慢，主泵功率增加，一定程度上也抵消了能量回收效果。并且通过判断压力传感器来判断是否带载，从而带载时不回收，控制时回收也不具备可行性，因为如果换向阀以较大开口开启时，动臂 大腔压力迅速降低，此时带载与不带载时动臂大腔的压力大小差不多，不能区分是否带载，而且如果带载时不回收能量会降低能量回收率；而如前面所述，采用平衡阀或者调速阀等节流元件来改善带载下降时动臂快速掉落现象，会带来一定的压力损失，降低能量回收率。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，能在挖掘机空载、重载等多种工况下进行能量回收与利用，并解决添加了能量回收系统之后带来的一些其他问题。为实现上述目的所采用的技术方案：一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，包括：先导泵、主泵、操作手柄、第一压力传感器、动臂锁紧控制阀、液控换向阀、第一梭阀、动臂锁紧阀、低压释放阀、低压蓄能器、第二压力传感器、低压回收阀、第三压力传感器、第四压力传感器、动臂油缸、第一单向阀、第五压力传感器、控制器、第二单向阀、高压回收阀、高压蓄能器、高压释放阀、第三单向阀、第四单向阀、背压阀、辅助马达、发动机；发动机与主泵、先导泵和辅助马达依次相连，主泵的进油口与油箱相连，出油口与液控换向阀的进油口P相连；液控换向阀的回油口T与油箱相连，出油口B与动臂油缸的有杆腔相连，出油口A与动臂锁紧阀的进油口相连；动臂锁紧阀的出油口与动臂油缸的无杆腔相连；动臂油缸的无杆腔分别与第一单向阀的进油口、第二单向阀的进油口、高压回收阀的控制油口、低压回收阀的控制油口相连；第一单向阀的出油口与低压回收阀的进油口相连，低压回收阀的回油口与油箱相连，低压回收阀的出油口分别与低压蓄能器、低压释放阀的进油口相连；低压释放阀的出油口与第一梭阀的一个进油口相连；第二单向阀的出油口与高压回收阀的进油口相连；高压回收阀的回油口与油箱相连，高压回收阀的出油口分别与高压蓄能器、高压释放阀的进油口相连；高压释放阀的出油口与第一梭阀的另一个进油口相连；第一梭阀的出油口分别与第四单向阀的出油口、辅助马达的进油口相连；第四单向阀的进油口分别与第三单向阀的出油口、辅助马达的出油口、背压阀的进油口相连，背压阀的出油口与油箱相连，第三单向阀的进油口与油箱相连；先导泵的进油口与油箱相连，出油口与操作手柄进油口P相连，给操作手柄提供液压控制力，操作手柄用来控制液控换向阀的开启方向与开启阀芯位移，操作手柄出油口A与液控换向阀的控制口XA相连，出油口B分别与液控换向阀的控制口XB、动臂锁紧控制阀的进油口相连；动臂锁紧控制阀的回油口与油箱相连，出油口与动臂锁紧阀的控制油口相连；第一压力传感器用于测量操作手柄出油口B的压力，第二压力传感器用于测量低压蓄能器的压力，第三压力传感器用于测量动臂油缸有杆腔的压力，第四压力传感器用于测量动臂 油缸无杆腔的压力，第五压力传感器用于测量高压蓄能器的压力；所有的压力传感器信号接入控制器的输入，并根据控制器内程序开控制低压回收阀、高压回收阀、低压释放阀、高压释放阀的开关及辅助马达的排量。进一步地，一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，还包括第二梭阀、安全阀、截止阀；所述的第二梭阀的一个进油口与低压蓄能器相连，另一进油口与高压蓄能器相连，出油口分别接安全阀的进油口、截止阀的进油口，安全阀的出油口与油箱相连，截止阀的出油口与油箱相连。进一步地，高压回收阀与低压回收阀为电磁换向阀或液控换向阀，并且这两个阀的控制方式相同。进一步地，高压回收阀与低压回收阀的最优方案为主阀为螺纹插装阀，先导阀为电磁阀。进一步地，高压释放阀和低压释放阀为二位二通电磁开关阀。进一步地，动臂锁紧控制阀为二位三通电磁开关阀。进一步地，截止阀为手动式开关阀或电磁式开关阀。与
技术介绍
相比，本技术具有的有益效果是：通过将动臂势能分级回收，能将不同工况下的动臂势能全部回收，突破了传统能量回收方式只能针对一种工况进行能量回收的局限性，极大提高了节能效率。通过将能量回收至两个压力区间不同、公称容积不相等的蓄能器，由于动臂一般工作在空载下降，所能回收的低压油液体积多，故采用低压大容积蓄能器回收空载时动臂势能，而在卸土时，动臂会带载进行短距离下降，此时采用高压大容积蓄能器回收带载时的动臂势能，解决了传统单类蓄能器只回收动臂空载时的势能的缺陷，既增加了回收油液的体积，又解决了带载状态难判定，带载回收时由于蓄能器压力较低而引发的动臂迅速掉落，控制不住的现象。而且通过控制器控制辅助马达的比例变化，可以实现回收的油液与释放的油液瞬时大致相等，使大腔背压均衡，速度稳定。同时，本系统能集成能量回收开关控制、动臂带载回收、蓄能器卸荷、辅助马达补油、动臂锁紧等功能，集成度高，动臂势能能量的回收与释放通过控制器控制，既简化了系统，又方便调试。极大的提高了技术的可移植性。附图说明图1为本技术控制系统的原理框图。图中，先导泵1、主泵2、操作手柄3、第一压力传感器4、动臂锁紧控制阀5、液控换向阀6、第一梭阀7、动臂锁紧阀8、低压释放阀9、低压蓄能器10、第二压力传感器11、低压回收阀12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，其特征在于包括：先导泵(1)、主泵(2)、操作手柄(3)、第一压力传感器(4)、动臂锁紧控制阀(5)、液控换向阀(6)、第一梭阀(7)、动臂锁紧阀(8)、低压释放阀(9)、低压蓄能器(10)、第二压力传感器(11)、低压回收阀(12)、第三压力传感器(13)、第四压力传感器(14)、动臂油缸(15)、第一单向阀(17)、第五压力传感器(18)、控制器(19)、第二单向阀(20)、高压回收阀(21)、高压蓄能器(22)、高压释放阀(25)、第三单向阀(26)、第四单向阀(27)、背压阀(28)、辅助马达(29)、发动机(30)；发动机(30)与主泵(2)、先导泵(1)和辅助马达(29)依次相连，主泵(2)的进油口与油箱相连，出油口与液控换向阀(6)的进油口P6相连；液控换向阀(6)的回油口T6与油箱相连，出油口B6与动臂油缸(15)的有杆腔相连，出油口A6与动臂锁紧阀(8)的进油口相连；动臂锁紧阀(8)的出油口与动臂油缸(15)的无杆腔相连；动臂油缸(15)的无杆腔分别与第一单向阀(17)的进油口、第二单向阀(20)的进油口、高压回收阀(21)的控制油口、低压回收阀(12)的控制油口相连；第一单向阀(17)的出油口与低压回收阀(12)的进油口相连，低压回收阀(12)的回油口与油箱相连，低压回收阀(12)的出油口分别与低压蓄能器(10)、低压释放阀(9)的进油口相连；低压释放阀(9)的出油口与第一梭阀(7)的一个进油口相连；第二单向阀(20)的出油口与高压回收阀(21)的进油口相连；高压回收阀(21)的回油口与油箱相连，高压回收阀(21)的出油口分别与高压蓄能器(22)、高压释放阀(25)的进油口相连；高压释放阀(25)的出油口与第一梭阀(7)的另一个进油口相连；第一梭阀(7)的出油口分别与第四单向阀(27)的出油口、辅助马达(29)的进油口相连；第四单向阀(27)的进油口分别与第三单向阀(26)的出油口、辅助马达(29)的出油口、背压阀(28)的进油口相连，背压阀(28)的出油口与油箱相连，第三单向阀(26)的进油口与油箱相连；先导泵(1)的进油口与油箱相连，出油口与操作手柄(3)进油口P3相连，给操作手柄(3)提供液压控制力，操作手柄(3)用来控制液控换向阀(6)的开启方向与开启阀芯位移，操作手柄(3)出油口A3与液控换向阀(6)的控制口XA相连，出油口B3分别与液控换向阀(6)的控制口XB、动臂锁紧控制阀(5)的进油口相连；动臂锁紧控制阀(5)的回油口与油箱相连，出油口与动臂锁紧阀(8)的控制油口相连；第一压力传感器(4)用于测量操作手柄(3)出油口B3的压力，第二压力传感器(11)用于测量低压蓄能器(10)的压力，第三压力传感器(13)用于测量动臂油缸(15)有杆腔的压力，第四压力传感器(14)用于测量动臂油缸(15)无杆腔的压力，第五压力传感器(18)用于测量高压蓄能器(22)的压力；所有的压力传感器信号接入控制器(19)的输入，并根据控制器(19)内程序开控制低压回收阀(12)、高压回收阀(21)、低压释放阀(9)、高压释放阀(25)的开关及辅助马达(29)的排量。...

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，其特征在于包括：先导泵(1)、主泵(2)、操作手柄(3)、第一压力传感器(4)、动臂锁紧控制阀(5)、液控换向阀(6)、第一梭阀(7)、动臂锁紧阀(8)、低压释放阀(9)、低压蓄能器(10)、第二压力传感器(11)、低压回收阀(12)、第三压力传感器(13)、第四压力传感器(14)、动臂油缸(15)、第一单向阀(17)、第五压力传感器(18)、控制器(19)、第二单向阀(20)、高压回收阀(21)、高压蓄能器(22)、高压释放阀(25)、第三单向阀(26)、第四单向阀(27)、背压阀(28)、辅助马达(29)、发动机(30)；发动机(30)与主泵(2)、先导泵(1)和辅助马达(29)依次相连，主泵(2)的进油口与油箱相连，出油口与液控换向阀(6)的进油口P6相连；液控换向阀(6)的回油口T6与油箱相连，出油口B6与动臂油缸(15)的有杆腔相连，出油口A6与动臂锁紧阀(8)的进油口相连；动臂锁紧阀(8)的出油口与动臂油缸(15)的无杆腔相连；动臂油缸(15)的无杆腔分别与第一单向阀(17)的进油口、第二单向阀(20)的进油口、高压回收阀(21)的控制油口、低压回收阀(12)的控制油口相连；第一单向阀(17)的出油口与低压回收阀(12)的进油口相连，低压回收阀(12)的回油口与油箱相连，低压回收阀(12)的出油口分别与低压蓄能器(10)、低压释放阀(9)的进油口相连；低压释放阀(9)的出油口与第一梭阀(7)的一个进油口相连；第二单向阀(20)的出油口与高压回收阀(21)的进油口相连；高压回收阀(21)的回油口与油箱相连，高压回收阀(21)的出油口分别与高压蓄能器(22)、高压释放阀(25)的进油口相连；高压释放阀(25)的出油口与第一梭阀(7)的另一个进油口相连；第一梭阀(7)的出油口分别与第四单向阀(27)的出油口、辅助马达(29)的进油口相连；第四单向阀(27)的进油口分别与第三单向阀(26)的出油口、辅助马达(29)的出油口、背压阀(28)的进油口相连，背压阀(28)的出油口与油箱相连，第三单向阀(26)的进油口与油箱相连；先导泵(1)的进油...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏建华，郭凡，方锦辉，李宗，张宏，秦家升，费树辉，乔西宁，谭贤文，李明杰，于欢，王振兴，金月峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33