[发明专利]一种液压挖掘机回转节能系统

说明书

技术领域

本发明涉及挖掘机械领域，具体是一种液压挖掘机回转节能系统。

背景技术

如图1所示，液压挖掘机主要由下车部分1、回转装置2、上部转台3及工作装置组成。工作装置主要包括动臂油缸4、动臂5、斗杆油缸6、斗杆7、铲斗油缸8、铲斗9及摇臂连杆机构。液压挖掘机回转装置采用液压驱动技术，由发动机带动液压泵提供液压动力，驱动液压马达通过减速机构驱动挖掘机上部转台3旋转。上部转台3与工作装置联接，带动工作装置旋转。挖掘作业时一般回转装置处于液压制动状态，以保证工作装置在确定的位置进行有效的挖掘作业。挖掘装满铲斗后，需要回转运动定位卸料位置卸料，卸料完成后，需要回转运动返回挖掘位置。

如图2所示，为液压挖掘机的回转液压系统，包括：液压马达1、过载补油阀组、主控换向阀4、先导操纵阀5，其中，过载补油阀组包括2个单向阀2和2个过载阀3，先导操纵阀5包括了2个先导阀和一个操作手柄。工作时，搬动先导阀操纵手柄打开先导阀5其中的1个先导阀，先导油驱动主控换向阀4移位到左位或右位使油泵供出的液压油进入并驱动液压马达1旋转，通过减速机构6，驱动上部转台绕回转齿圈7左转或右转。例如主控换向阀4移位至左位时，由液压泵来的油通过管路P经主控换向阀4进入右侧的油路，驱动液压马达1旋转，排出的油经左侧油路经主控换向阀4回到油箱。制动时，先导阀操纵手柄回到中位，主控换向阀4也回到中位，液压马达1在惯性力驱动下变成泵，泵出的油打开左侧过载阀3回油到油箱，右侧单向阀2打开补油进入液压马达1，此时的制动压力为过载阀3的调定压力。

图3a、图3b为回转特性图，横坐标为回转时间，纵坐标为回转角速度。图3a所示为三角形速度图，横轴上点0至点1为装满斗后的启动加速回转过程，点1至点2为制动减速过程，点2至点3为卸料后返回的启动加速回转过程，点3至点4为制动过程。图3b所示为梯形速度图，横轴上点0至点1为装满斗后的启动加速回转过程，点1至点2为匀速回转过程，点2至点3为制动减速过程，点3至点4为卸料后返回的启动加速回转过程，点4至点5为匀速回转过程，点5至点6为制动过程。实际中，具体遵循哪个特性取决于回转力矩和速度的设计以及回转的角度。由图可以看出，满斗回转过程转动惯量大，需要的能量也大，制动时的加速度(斜率)大于启动时加速度。

目前挖掘机广泛采用负荷敏感变量泵，回转启动过程泵的流量自动适应马达的流量，溢流损失减小，但由于启动瞬间压力较大，该压力仍会使溢流阀打开溢流部分液压油，制动过程回转马达变为泵，泵出的油经过载阀流出，制动能量完全转化为热能。据统计，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30％～40％。到目前为止，还没有一种液压系统能在满足回转性能控制的情况下充分回收制动能量和避免启动时的溢流损失。

为了充分节能和回收回转系统的能量，当前研究热点是采用混合动力的方法，用发电/电动机替换回转液压马达，制动时，惯性能量经发电机转化为电能存储在蓄电池和电容内，启动时再放电驱动电动机回转，但制动回收的电能不够用于启动的需求，所以一般还需要回收其它机构例如动臂下降的能量，为了利用多余的电能，还需要一台电动机与发动机串联驱动液压泵。油电混合动力系统的缺点是：由于能量转换经历了柴油机、发电机、蓄电池、电动机、液压泵、液压马达等多个环节，每一个环节都存在能量损失，因此导致整个转换过程中的能量损失仍然较大，最关键的是系统复杂，成本高，电池寿命，电源转换效率，重量，可靠性等存在一定问题，从而在一定程度上抵消了采用这种技术所能取得的节能效果。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供一种操作便捷、结构简单的液压挖掘机回转节能系统，在保持原有挖掘机的回转启动、制动性能不变的同时节约了能源。

本发明技术方案如下：

一种液压挖掘机回转节能系统，包括挖掘机回转液压系统，该回转液压系统包括主控换向阀、过载补油阀组、液压马达、先导操纵阀，所述过载补油阀组由2个单向阀和2个过载阀构成，所述先导操纵阀包括了2个先导阀；该2个单向阀的进口与2个过载阀的出口共同连接在一起，并再与油箱连接，该2个单向阀的出油口分别连接液压马达的进出主油路；2个过载阀的进油口分别与液压马达的进出主油路连接，所述主控换向阀的P油口接油泵、O油口接油箱，所述主控换向阀的两侧液控口分别连接2个先导阀的输出口；

所述回转节能系统还包括第二单向阀组、二位四通换向阀、蓄能器、三位四通液控换向阀、储气筒；

所述第二单向阀组由2个单向阀构成，该2个单向阀的出口相连、另外两个进口分别连接液压马达的进出主油路；