[发明专利]一种扭矩耦合式挖掘机动臂势能回收与再利用系统

说明书

一种扭矩耦合式挖掘机动臂势能回收与再利用系统，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A口与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第一液压马达的A口连接，第一液压马达的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；第一液压马达依次通过单向离合器、第一离合器与飞轮的一端连接，飞轮的另一端通过第二离合器与辅助液压泵单元同轴连接；辅助液压泵单元的出油口B与第二液压马达的进油口P连接，第二液压马达与原动机、液压泵同轴连接。该系统能回收动臂的势能，并能将回收的能量用于动臂的提升。

技术领域

本发明属于液压传动技术领域，具体是一种扭矩耦合式挖掘机动臂势能回收与再利用系统。

背景技术

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（3～6 s），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。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种扭矩耦合式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，从而减小原动机的型号，该系统具有显著的节能效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种扭矩耦合式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，液压泵的吸油口S与油箱连接，主换向阀的T口和油箱连接，主换向阀的A口和动臂液压缸的有杆腔连接；

主换向阀的A口与动臂液压缸的有杆腔相连的油路上设置有压力传感器，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第一液压马达的A口连接，第一液压马达的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；