[发明专利]一种电液复合的动臂能量回收系统

说明书

本发明专利提供一种电液复合的动臂能量回收系统。平衡油缸活塞与电动‑发电机通过直线转旋转运动副相连，平衡油缸筒与电动/发电机相对位置保持不变。当动臂下降时，平衡油缸无杆腔中的高压油流进液压蓄能器中，将动臂下放过程中的部分势能和动能转化成液压能进行存储；同时，平衡油缸活塞带动运动副运动，运动副驱动动臂的部分势能和动能转换成电能存储在电储能单元中。当动臂上升时，液压蓄能器中的高压油流进平衡油缸无杆腔驱动动臂活塞上升；同时，电动/发电机从电储能单元中汲取电能驱动运动副旋转带动平衡油缸的活塞上升，平衡部分动臂和负载重量与原驱动油缸共同驱动动臂上升，以此来减小液压泵的输出能量。

技术领域

本发明涉及一种能量回收系统，特别是涉及一种电液复合的动臂能量回收系统。

背景技术

随着社会发展，大气污染和能源紧缺等问题日益凸显。为改善空气质量提高能源利用率，众多国际组织、机构先后推出严格的发动机尾气排放限制法规，各政府部门倡导开发与推广节能减排技术。液压挖掘机作为一种典型的工程机械机种，被广泛应用于建筑、煤矿以及水利等领域，但由于其低效率、高排放引起了工业界与学术界的高度关注。目前，国内外针对挖掘机的节能技术开展了大量的研究工作。其中，动臂的能量回收是一种典型有效的节能方案。

对于液压挖掘机动臂势能的回收，主要分为电气式和液压式两种。电气式能量回收是在动臂油缸的无杆腔连接液压马达-发电机将机械能转化为液压能再转化成电能进行能量存储来实现。动臂下放的速度通过液压马达-发电机的转速或通过液压马达-发电机和比例换向阀复合控制实现。其中，采用液压马达-发电机控制动臂下放速度往往存在控制特性差的问题。而采用液压马达-发电机和比例换向阀复合控制虽然可以较好的解决操控性问题，但是能量的再利用与能量的回收不是同一条途径，所有动臂能量需经过从机械能-驱动油缸-液压控制阀-液压马达-发电机-电池/电容-电动机-液压泵-液压控制阀-驱动油缸等的多次能量转化环节方可实现动臂能量的回收和再利用，该过程能量转换环节较多，影响了系统的能量的利用效率。液压式能量回收是另一种能量回收系统，它是以液压蓄能器作为能量电能储能单元，因液压蓄能器具有功率密度大、回收/释放能量速度快和能量储存时间长等优点而成为研究焦点，且采用液压蓄能器作为能量电能储能单元的能量回收系统成本较低。但采用液压蓄能器的能量回收系统仍存在以下不足：1)只有当外部压力高于液压蓄能器内部压力时，能量回收系统才能工作；且只有当液压蓄能器内压力高于其外部压力时才能实现能量释放。2)在能量回收过程中，液压蓄能器的压力将逐渐升高，这必然会影响执行器的操控性。3)在能量再利用时，由于液压蓄能器内部压力高于外部压力才能释放，而在释放的过程中，液压蓄能器的内部压力将逐渐减小，为有效控制液压蓄能器的释放压力，需在液压蓄能器出口外加控制阀来匹配压力，这势必会造成能量的再利用率降低。目前也有采用平衡油缸来回收动臂势能的方案，由于平衡油缸的运动为直线运动，而电气式能量回收的主要能源转化元件为电机。传统平衡油缸能量回收方案仍是采用平衡油缸-液压马达-发电机-电能储能单元的方法，但动臂势能回收和再利用必须经过能量的多次转换，降低了能量回收和再利用效率。因此一般对有平衡单元的动臂进行能量回收时，一般采用液压蓄能器作为能量电能储能单元，这也必然存在利用液压蓄能器后存在的上述不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，避免了传统电气式能量回收系统能量回收和再利用转换环节多造成能量利用率低的不足之处。同时，不存在液压式储能中液压蓄能器中，能量存储和释放的过程压力不受控制的弊端；不仅能对动臂势能进行回收和再利用，减少能量流转化路径，且在此过程中，原动臂的操控性不变。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电液复合的动臂能量回收系统，包括电动机、液压泵、溢流阀、多路阀、控制器、动臂先导控制手柄、原驱动油缸、平衡油缸、液压储能器、2/2换向阀、第一3/4换向阀、第二3/4换向阀、直线转旋转运动副、电动-发电机、电动-发电机控制器、电动机控制器和电能储能单元；