一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统技术方案

一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，第三单向阀串接在液压泵的吸油口与油箱之间，液压泵的出油口通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的B口分别与切换阀的A口、第二单向阀的进油口和第四单向阀的出油口连接，第四单向阀的进油口与液压马达的A口连接，液压马达的P口、第二单向阀的出油口和切换阀的P口均与动臂液压缸的无杆腔连接；切换阀的控制口通过节流子与主换向阀的A口连接；液压马达的输出轴通过单向离合器、第一离合器、飞轮、第二离合器与辅助液压泵连接；辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口与液压泵的吸油口连接。该系统能将动臂的势能转化为飞轮旋转的机械能，并能转化为油液的压力能用于动臂的提升。

A potential energy recovery and reuse system for excavator arm

The third one-way valve is connected in series between the suction port and the tank of the hydraulic pump. The oil outlet of the hydraulic pump is connected with the P port of the main reversing valve through the first one-way valve. The B port of the main reversing valve is connected with the A port of the switching valve, the oil inlet of the second one-way valve and the oil outlet of the fourth one-way valve respectively. The oil inlet of the fourth one-way valve is connected with the A port of the hydraulic motor. Port connection, the P port of hydraulic motor, the oil outlet of the second one-way valve and the P port of the switching valve are all connected with the rodless cavity of the boom hydraulic cylinder; the control port of the switching valve is connected with the A port of the main reversing valve through the throttle; the output shaft of the hydraulic motor is connected with the auxiliary hydraulic pump through the one-way clutch, the first clutch, the flywheel and the second clutch; the oil suction port S of the auxiliary hydraulic pump is connected with the oil tank. The oil outlet of the auxiliary hydraulic pump is connected with the oil suction port of the hydraulic pump. The system can convert the potential energy of the arm into the mechanical energy of the flywheel rotation, and the pressure of the oil can be used to lift the arm.

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统
本专利技术属于液压传动
，具体是一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统。
技术介绍
液压挖掘机在各类施工领域广泛应用，液压挖掘机具有油耗高、效率低等缺点，其节能研究迫在眉睫。图1为当前一种普遍的挖掘机动臂系统结构示意图。其中，动臂100的端部铰接在转台200上，动臂液压缸4的缸筒铰接在转台200上，动臂液压缸4的活塞杆端铰接在动臂100的中部。当动臂液压缸4的活塞杆做伸缩运动时，即可带动动臂100做提升和下放动作。挖掘机在工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置和负载质量大，在下降过程中会释放出大量的势能。图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图。结合图2可知，上述的能量绝大部分消耗在主换向阀3的阀口上并转换为热能，这不仅造成了能量的浪费和系统的发热，同时，也降低了液压元件的寿命。因此，研究动臂势能回收与再利用问题，对延长设备使用寿命，提高能量利用率具有重要意义。当前，对于挖掘机动臂势能回收的研究主要集中在电力式(蓄电储能)和液压式(液压储能)两方面。电力式主要采用液压马达、发电机为能量转化元件，蓄电池和超级电容为储能元件，以实现能量的转换和回收。在系统需要能量时，发电机工作在电动机模式下，驱动液压泵/马达工作在泵模式下，对系统输出液压能。但是动臂下降过程的时间非常短(3～6s)，能量值大，所以功率很大。现有技术的蓄电池难以承受如此大的充电/放电功率。此外，电池的深度充放电寿命很短，约几千次。而超级电容价格极为昂贵，且其占用空间大，因此电力式回收的实用性不强。液压式能量回收系统以蓄能器为储能元件。其基本工作原理为，当回收系统重力势能时，以高压油液压力能的形式储存于液压蓄能器中；当系统中需要能量时，储存的油液释放出来进入液压系统工作。液压式回收方案利用了蓄能器功率密度大，能吸收压力冲击等优点，但因蓄能器储存能量的密度低，如果需要储存较多能量时会需要较大体积的蓄能器，进而会占用较大的空间，且蓄能器的安装也非常不方便。此外，蓄能器的压力会随着存储油液的增多而上升，对动臂的下落速度造成影响。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，该系统在动臂下放过程中，能将动臂的势能转化为飞轮旋转的机械能，并能进行存储，从而能避免因转化为油液热能造成的能量浪费和液压元器件升温的现象；另外，当动臂需要提升时，飞轮旋转的机械能可以转化为油液的压力能进而能用于动臂提升，能减少对原动机的功率需求，该系统具有显著的节能效果。为了实现上述目的，本专利技术提供一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，包括原动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸、油箱、用于操纵动臂的操纵手柄、第三单向阀和控制器，所述原动机与液压泵同轴连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的T口和A口分别与油箱和动臂液压缸的有杆腔连接；所述第三单向阀的进油口与油箱连接，第三单向阀的出油口与液压泵的吸油口S连接，主换向阀的B口分别与切换阀的A口、第二单向阀的进油口和第四单向阀的出油口连接，第四单向阀的进油口与液压马达的A口连接，液压马达的P口、第二单向阀的出油口和切换阀的P口均与动臂液压缸的无杆腔连接；切换阀的控制口通过节流子与主换向阀的A口连接；液压马达的输出轴与单向离合器的输入端连接，单向离合器的输出端通过第一离合器与飞轮一端的转轴连接，飞轮另一端的转轴通过第二离合器与辅助液压泵同轴连接；辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口P与液压泵的吸油口S连接；所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀、第一离合器、第二离合器、液压泵、液压马达和辅助液压泵连接。进一步，为了便于改变传动比，所述单向离合器与第一离合器之间还串接有第一变速器；所述第二离合器与辅助液压泵之间还串接有第二变速器。本专利技术在动臂下降的过程中，通过液压马达进行能量的转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，本方案还能再次将储存的能量反馈于液压系统中。动臂需要提升时，飞轮驱动辅助液压泵能使储存的机械能变成压力能的形式高效率的补充到液压系统中，用于动臂提升过程。通过控制器控制离合器的吸合或断开来控制充能或放能过程，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通内部油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀内部油路始终处于断开状态，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中能量的回收。第二离合器和辅助液压泵的设置，能便于飞轮回收的能量再利用，辅助液压泵排出的高压油液直接进入液压泵的吸油口，以降低液压泵进出油口的压力差，达到降低原动机功率的目的，降低了能量消耗。第二单向阀和第四单向阀的设置，能保证主换向阀的B口排出的油液不会驱动液压马达旋转，而会全部进入动臂液压缸的无杆腔内。第三单向阀的设置，能保证辅助液压泵排出的油液不会直接流回油箱，造成回收能量的浪费。该系统结构简单，易于实现，能减少对原动机的功率需求，使系统选用更小型号的原动机，具有显著的节能效果。本专利技术还提供了一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，包括原动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸和油箱，所述原动机与液压泵同轴连接，液压泵的吸油口S与油箱连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的T口和A口分别与油箱和动臂液压缸的有杆腔连接；主换向阀的B口分别与切换阀的A口、第二单向阀的进油口和第四单向阀的出油口连接，第四单向阀的进油口与液压马达的A口连接，液压马达的P口、第二单向阀的出油口和切换阀的P口均与动臂液压缸的无杆腔连接；切换阀的控制口通过节流子与主换向阀的A口连接；液压马达的输出轴与单向离合器的输入端连接，单向离合器的输出端通过第一离合器与飞轮一端的转轴连接，飞轮另一端的转轴通过第二离合器与辅助液压泵同轴连接；辅助液压泵的吸油口S与油箱连接，辅助液压泵的出油口P与主换向阀的P口连接；所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀、第一离合器、第二离合器、液压泵、液压马达和辅助液压泵连接。进一步，为了便于改变传动比，所述单向离合器与第一离合器之间还串接有第一变速器；所述第二离合器与辅助液压泵之间还串接有第二变速器。本专利技术在动臂下降的过程中，通过液压马达进行能量的转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，本方案还能将储存的能量反馈于液压系统中。动臂需要提升时，飞轮驱动辅助液压泵能使储存的机械能变成压力能的形式高效率的补充到液压系统中，用于动臂提升过程。通过控制器控制离合器的吸合或断开来控制充能或放能过程，能更便捷、高效地控制能量的转化或再利用过程。切换阀的设置能自动地判断出动臂下放过程是否有能量能进行回收，在动臂液压缸的有杆腔压力升高后，可自动地切换并导通内部油路，以使动臂液压缸无杆腔的油液不再经过液压马达而直接流回油箱，在动臂液压缸的有杆腔压力较低时，切换阀内部油路始终处于断开状态，以使动臂液压缸无杆腔的油液经过液压马达，以进行动臂下落过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，包括原动机(6)、液压泵(1)、主换向阀(3)、动臂液压缸(4)、油箱(5)和用于操纵动臂的操纵手柄，所述原动机(6)与液压泵(1)同轴连接，液压泵(1)的出油口P通过第一单向阀(2)与主换向阀(3)的P口连接，主换向阀(3)的T口和A口分别与油箱(5)和动臂液压缸(4)的有杆腔连接，其特征在于，还包括第三单向阀(16)和控制器；所述第三单向阀(16)的进油口与油箱(5)连接，第三单向阀(16)的出油口与液压泵(1)的吸油口S连接，主换向阀(3)的B口分别与切换阀(13)的A口、第二单向阀(14)的进油口和第四单向阀(21)的出油口连接，第四单向阀(21)的进油口与液压马达(7)的A口连接，液压马达(7)的P口、第二单向阀(14)的出油口和切换阀(13)的P口均与动臂液压缸(4)的无杆腔连接；切换阀(13)的控制口通过节流子(15)与主换向阀(3)的A口连接；液压马达(7)的输出轴与单向离合器(10)的输入端连接，单向离合器(10)的输出端通过第一离合器(9)与飞轮(8)一端的转轴连接，飞轮(8)另一端的转轴通过第二离合器(11)与辅助液压泵(12)同轴连接；辅助液压泵(12)的吸油口S与油箱(5)连接，辅助液压泵(12)的出油口P与液压泵(1)的吸油口S连接；所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀(3)、第一离合器(9)、第二离合器(11)、液压泵(1)、液压马达(7)和辅助液压泵(12)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，包括原动机(6)、液压泵(1)、主换向阀(3)、动臂液压缸(4)、油箱(5)和用于操纵动臂的操纵手柄，所述原动机(6)与液压泵(1)同轴连接，液压泵(1)的出油口P通过第一单向阀(2)与主换向阀(3)的P口连接，主换向阀(3)的T口和A口分别与油箱(5)和动臂液压缸(4)的有杆腔连接，其特征在于，还包括第三单向阀(16)和控制器；所述第三单向阀(16)的进油口与油箱(5)连接，第三单向阀(16)的出油口与液压泵(1)的吸油口S连接，主换向阀(3)的B口分别与切换阀(13)的A口、第二单向阀(14)的进油口和第四单向阀(21)的出油口连接，第四单向阀(21)的进油口与液压马达(7)的A口连接，液压马达(7)的P口、第二单向阀(14)的出油口和切换阀(13)的P口均与动臂液压缸(4)的无杆腔连接；切换阀(13)的控制口通过节流子(15)与主换向阀(3)的A口连接；液压马达(7)的输出轴与单向离合器(10)的输入端连接，单向离合器(10)的输出端通过第一离合器(9)与飞轮(8)一端的转轴连接，飞轮(8)另一端的转轴通过第二离合器(11)与辅助液压泵(12)同轴连接；辅助液压泵(12)的吸油口S与油箱(5)连接，辅助液压泵(12)的出油口P与液压泵(1)的吸油口S连接；所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀(3)、第一离合器(9)、第二离合器(11)、液压泵(1)、液压马达(7)和辅助液压泵(12)连接。2.根据权利要求1所述的一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，其特征在于，所述单向离合器(10)与第一离合器(9)之间还串接有第一变速器(17)；所述第二离合器(11)与辅助液压泵(12)之间还串接有第二变速器(18)。3.一种挖掘机动臂势能回收与再利用系统，其特征在于，包括原动机(6)、液压泵(1)、主换向阀(3)、动臂液压缸(4)、油箱(5)和用于操纵动臂的操纵手柄，所述原动机(6)与液压泵(1)同轴连接，液压泵(1)的吸油口S与油箱(5)连接，液压泵(1)的出油口P通过第一单向阀(2)与主换向阀(3)的P口连接，主换向阀(3)的T口和A口分别与油箱(5)和动臂液压缸(4)的有杆腔连接，其特征在于，还包括控制器；主换向阀(3)的B口分别与切换阀(13)的A口、第二单向阀(14)的进油口和第四单向阀(21)的出油口连接，第四单向阀(21)的进油口与液压马达(7)的A口连接，液压马达(7)的P口、第二单向阀(14)的出油口和切换阀(13)的P口均与动臂液压缸(4)的无杆腔连接；切换阀(13)的控制口通过节流子(15)与主换向阀(3)的A口连接；液压马达(7)的输出轴与单向离合器(10)的输入端连接，单向离合器(10)的输出端通过第一离合器(9)与飞轮(8)一端的转轴连接，飞轮(8)另一端的转轴通过第二离合器(11)与辅助液压泵(12)同轴连接；辅助液压泵(12)的吸油口S与油箱(5)连接，辅助液压泵(12)的出油口P与主换向阀(3)的P口连接；所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端分别与主换向阀(3)、第一离合器(9)、第二离合器(11)、液压泵(1)、液压马达(7)和辅助液压泵(12)连接。4.根据权利要求3所述的一种挖...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建松，许大华，周波，余心明，黎少辉，
申请(专利权)人：徐州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32