[发明专利]一种工程机械动臂下降的重力势能回收装置

说明书

技术领域

本发明提供了一种工程机械动臂下降的重力势能回收装置，特别涉及一种采用蓄能器的闭式液压回路动臂势能回收系统。 

背景技术

工程机械由于用量大、耗油高、排放差等特点，其高效、节能已成为国内外工程机械研究者追求的目标之一。工程机械系统的节能研究主要从两方面展开：基于系统控制策略和控制方法的节能研究和基于系统结构的节能研究。基于系统结构的节能研究包括基于阀控系统改进、动力源系统改进、能量回收的节能研究。基于能量回收的工程机械的节能研究包括机械式、液压式、电气式能量回收。液压式回收采用蓄能器作为储能元件，蓄能器能够储存并释放压力能，其性能稳定，能够满足工程机械快速节能的要求。电气式回收多采用电储能元件电池或电容器)，将机械能转化为电能储存并利用。 

目前电气式能量回收方法存在诸多问题，以液压挖掘机为例，目前工程上研究的液压挖掘机的能量回收主要研究动臂的势能回收和斗杆的动能回收。绝大部分采用电气式回收方式。由于电储能元件及发电机的成本较高，限制了该回收方案在实际中的应用。因动臂下降过程在2s内基本完成，在转速大幅度变化的过程中，发电机的发电及电池或电容的充电效率较低，同时机械能、压力能、电能的反复转化也大大降低了能量回收的利用率。 

本发明就是基于这样的背景提出的。 

发明内容

本发明的目的是设计一种能够克服现有工程机械能量回收系统的缺点，更好地获得能量回收利用率的工程机械的节能方案：一种工程机械动臂下降的重力势能回收装置，以期实现容易、操作简单、成本低、运行可靠。 

本发明的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明如下： 

图1所示的一种工程机械动臂下降的重力势能回收装置，其典型系统由一个动臂油缸、一个电动机，一对齿轮，两个双向定量液压泵-马达，一个蓄能器、三组溢流阀与单向阀组成。 

电动机1经一对齿轮2、3分配动力后，分别与两个双向定量液压泵-马达4、5相连。双向定量液压泵-马达4的一油口与动臂液压缸10的有杆腔相连，连接管路为6；另一油口与双向定量液压泵-马达5的一油口一起与动臂液压缸的无杆腔相连，连接管路为13；双向定量液压泵-马达5另一油口与蓄能器9相连，连接管路为14。连接管路6、13、14中分别 装有溢流阀7、11、15与单向阀8、12、16。 

通过选择两个双向定量液压泵-马达4、5的排量及设计齿轮对2、3的传动比，使两个双向定量液压泵-马达输出的流量比为1∶(K-1)，其中K为动臂油缸无杆腔与有杆腔的面积之比。 

满足前述条件的系统在电机正转时(如图1所示方向)，双向定量泵-马达4输出的油液通向动臂油缸有杆腔，动臂缸收缩，动臂下降，设其流量为Q₁。在重力作用下，动臂缸无杆腔挤出的油液流量应为KQ₁，该流量除被泵-马达4吸走的流量Q₁外，多出的部分(K-1)Q₁被泵-马达5吸走并压入到蓄能器内，动臂的重力势能转化为蓄能器内油液的压力能。电机反转时，双向定量泵-马达4从动臂油缸有杆腔中抽取油液，其流量为Q₂，双向定量泵-马达5从蓄能器中抽取油液(K-1)Q₂，二者抽出的油液汇合后流量为KQ₂被注入到动臂无杆腔，动臂油缸伸出，动臂上升。原来贮存在蓄能器中的压力能重新转换为动臂的重力势能。 

前述闭式液压回路系统，在动臂油缸的有杆腔、无杆腔连接油路及蓄能器的连接油路6、13、14中分别装有溢流阀7、11、15与单向阀8、12、16。从前面的流量分析可以看出，该液压系统各通路流量在理论上是平衡的。这些阀组只是用于在油缸、泵-马达存在泄露等情况下为防止流量不平衡而设置的。上述能量回收系统与现有的工程机械节能系统相比有如下优点： 

1.能量转化次数少。存贮在蓄能器内的压力能可被直接利用。 

2.可控性好。通过泵-马达进行压力能的回收控制，与阀控液压能量回收系统相比，回收的能量在重复利用时没有冲击。 

3、能量利用率高。由于采用了闭式液压系统，电动机启动，油缸开始工作；电动机停止，油缸停止工作。与普通阀控液压系统相比大大提高了能量利用率。 

4.系统成本低。系统主要部件包括蓄能器、变频电机或永磁同步电机、定量泵-马达等，成本低，安全可靠。 

5.可靠性高。本发明对系统的控制主要集中在对电机的换相控制与转速控制上，都是成熟技术，易于实现，可靠性高。 

附图说明