[发明专利]一种工程机械动臂节能驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及驱动系统领域技术，尤其是指一种工程机械动臂节能驱动系统。

背景技术

液压挖掘机作为国家基础建设的最重要的工程机械机种之一，已经广泛应用于建筑、交通、水利、矿山以及军事领域中。液压挖掘机的节能减排已引起了人们的广泛关注与重视。液压挖掘机在工作过程中，各执行机构频繁进行往复运动，且存在负值负载，在下降过程中，大量的重力势能消耗在节流口。

目前，常规的动臂势能回收方案主要基于电气式能量回收和液压式能量回收展开。电气式能量回收系统中动臂驱动液压缸的回油腔与液压马达相连，该液压马达与发电机同轴相连。驱动油缸回油腔的液压油驱动液压马达回转，将液压能转化为机械能输出，并带动发电机发电，三相交流电能经变频器整流为直流电能并储存在储能元件当中。当系统需要时，直流电能通过整流器逆变成目标频率的三相交流电能驱动电动机，与发动机共同驱动负载工作。该技术方案中所有动臂势能回收再利用都经过从势能-液压能-机械能-电能-电容-驱动变量泵的机械能的多次能量转化，系统中能量转换环节较多，影响了系统的能量回收效率。

液压式能量回收系统中一般直接通过某个控制阀块将动臂驱动油缸的无杆腔和液压蓄能器相连，动臂下放时，蓄能器的压力也会逐渐升高，使得动臂下放的速度逐渐减慢，影响了驾驶员的操作习惯。因此为了解决液压蓄能器压力对动臂速度的影响。当前提出了基于平衡油缸和液压蓄能器的能量回收方案。当目前的方案主要针对叉车、起重机等工程机械，驱动油缸只需要单方向输出力，驱动油缸的有杆腔始终通往油箱。为了克服液压蓄能器压力对执行器操控性的影响，在原驱动油缸的基础上再增加一组平衡油缸和液压蓄能器作为负载的平衡单元，将液压蓄能器压力的变化通过平衡油缸转换成力的变化直接和驱动油缸的输出力在动臂上进行耦合。平衡油缸通过液压蓄能器平衡动臂的重力，驱动油缸等效于驱动一个轻负载；当起重机的动臂下放时，蓄能器回收动臂势能；动臂上升时，其动臂油缸无杆腔的压力由负载和蓄能器压力决定。然而将该方案应用于对于液压挖掘机类似工程机械时，需要考虑挖掘机动臂具有上升、停止、下放和挖掘等工作模式，动臂驱动油缸需要双向输出力，驱动油缸的两腔都存在高压模式。因此当动臂挖掘时，此时动臂油缸的无杆腔如果仍然与液压蓄能器相连，会降低铲斗的挖掘力；此外，采用液压蓄能器和平衡油缸的无杆腔直接相连的方案中，在动臂能量回收和释放过程中，液压蓄能器压力的变化会导致驱动油缸的无杆腔的压力随之变化，而驱动油缸的无杆腔压力即为损耗的动臂势能；由于该方案中液压蓄能器压力和平衡油缸的无杆腔面积都不能主动控制，因此在驱动油缸的无杆腔仍然存在大量的压力液压油，损耗在驱动油缸的控制阀口上。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种工程机械动臂节能驱动系统，其既能回收动臂势能，同时不影响动臂的操作性。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种工程机械动臂节能驱动系统，包括有动力单元、液压泵、第一溢流阀、三通比例调速阀、二通比例调速阀、三位四通换向阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第一单向阀、第二单向阀、驱动油缸、第一平衡油缸、第二平衡油缸、第一两位三通换向阀、第二两位三通换向阀、第一两位两通换向阀、第二两位两通换向阀、第三两位两通换向阀、第四两位两通换向阀、液压蓄能器、第四溢流阀、动臂、第一压力传感器、第二压力传感器以及控制器；

该动力单元和液压泵同轴相连；该驱动油缸、第一平衡油缸和第二平衡油缸均与动臂机械刚性连接；

该液压泵的进油口和油箱相连，液压泵出口分别和第一溢流阀的进油口、三通比例调速阀的进油口相连，第一溢流阀的出油口接油箱，三通比例调速阀的回油口和油箱相连，三通比例调速阀的出油口和三位四通换向阀的油口P相连，三位四通换向阀的油口T和二通比例调速阀的进油口相连，二通比例调速阀的出油口和油箱相连；

该三位四通换向阀的油口A连接第二溢流阀的进油口、第一单向阀的出油口以及第三路接驱动油缸的有杆腔，第二溢流阀的出口接油箱，第一单向阀的进油口接油箱；

该三位四通换向阀的油口B连接第三溢流阀的进油口、第二单向阀的出油口以及驱动油缸的无杆腔，第三溢流阀的出口接油箱，第二单向阀的进油口接油箱；