[发明专利]一种挖掘机动臂势能电动回收及再利用节能装置

说明书

一种挖掘机动臂势能电动回收及再利用节能装置，包括动臂(1)、动臂液压缸(2)、钢丝绳(4)、滚筒(5)、电机(6)、若干传感器、控制器和电池，滚筒(5)和电机(6)固定于挖掘机上部转台，滚筒(5)中有减速器，电机(6)通过联轴器与减速器相连，钢丝绳(4)的一端缠绕在滚筒(5)上，钢丝绳4的另一端经拉杆3固定在动臂(1)上。电池经过逆变器与电机电连接。本发明的节能装置结构简单、体积小、重量轻、成本低、可靠性高，提高了液压系统的效率，避免了挖掘机液压系统因油液温度升高而导致的发热现象，降低了系统配备的散热器设备的规格，具有明显的节能效果。

技术领域

本发明涉及液压传动与控制领域，特别是液压工程机械领域，具体涉及一种挖掘机动臂势能电动回收及再利用节能装置。

背景技术

挖掘机是一种建筑工程机械，被广泛应用于水利工程、交通运输、电力工程和矿山采掘等机械施工中，用于减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。

传统的液压挖掘机中，发动机仅有20％的输出功率转变为挖掘机的有效功率。随着能源匮乏和环境污染的日益加重，能源的有效利用率成为评价挖掘机是否先进的重要标准之一。液压挖掘机工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置质量大，在下降过程中会释放出大量的势能，该能量绝大部分消耗在液压阀节流口并转换为热能。造成了能量浪费和系统发热，降低了液压元件的寿命。

能量回收研究是液压挖掘机等工程机械领域的热点问题之一，对挖掘机一个工作循环中各液压执行元件的能量利用状况进行定量计算，结果显示执行元件利用能量约占主泵输出能量的80.6％。对可回收能量的分析结果表明，动臂可回收能量约占主泵输出能量的17.7％。通过以上的分析可知，进行动臂下降势能的回收及再利用，是提高挖掘机效率的关键。

对于挖掘机动臂势能的回收，现在大部分采用液压式或液压加电气回收，液压元件和蓄能器成本高，对原系统改动大，限制了该回收方案在实际中的应用。

液压挖掘机在工作时，大质量动臂举升时产生的势能在其下降时经液压阀口节流转化为热能耗散，不仅浪费能源导致挖掘机液压系统效率低下，还使得液压油温度升高，为防止油液因过热而导致粘度下降而无法使用，需另加大规格冷却装置降温，增加了液压挖掘机的装机成本和工作功率。为提高液压挖掘机的能量利用率，减轻日益严重的环境问题，本发明提出了一种挖掘机动臂势能电动回收及再利用节能装置，根据各动臂操纵压力信号和动臂液压缸下腔压力值，控制器分析挖掘机当前工况，控制电机的运行状态和电磁阀动作。由于动臂下降时油缸下腔压力小于动臂上升时油缸下腔压力，现在很多液压式能量回收装置采用增压器把动臂下降时油缸下腔压力增压后存储在蓄能器中，等动臂上升时再释放蓄能器中的高压油举升动臂，这种方案中的增压器和液压蓄能器成本高体积大可靠性低。液压加气式能量回收装置采用液压马达把动臂下降时油缸下腔压力转化为机械能再驱动发电机转化为电能存储在电池里，当动臂上升时再用电动机将电池上的电能转化为机械驱动液压泵转化为液压能举升动臂，这种方案中同时用到液压和电气系统成本也高体积大可靠性低。

发明内容

本发明的目的是提供一种挖掘机动臂势能电动回收及再利用节能装置，不仅能实现回收动臂下降的势能转化为电机，还可以把电能转化为机械能助为动臂的上升。避免原液压系统动臂下降时液压能转化为热能引起油温升高的现现象，还节能燃油减少废气排放。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种挖掘机动臂势能电动回收及再利用节能装置，包括动臂1、动臂液压缸2、钢丝绳4、滚筒5、电机6、若干传感器、控制器和电池，滚筒5和电机6固定于挖掘机上部转台，滚筒5中有减速器，电机6的通过联轴器与减速器相连，钢丝绳4的一端缠绕在滚筒5上，钢丝绳4的另一端经拉杆3固定在动臂1上；传感器用于测量动臂液压缸2的下腔压力、动臂1上升和下降时的先导压力；电池经逆变器与电机电连接，传感器信号输出端与控制器的信号输入端相连，压力传感器安装在液压系统中，位置传感器安装在电机轴上。