專利名稱：彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在本發(fā)明涉及一種裝載機動臂勢能回收再生控制方法，更確切地說是一種彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法。
背景技術(shù)：
在裝載機裝載作業(yè)過程中，裝載機動臂需要頻繁的舉升和下降，在動臂舉升過程中，發(fā)動機驅(qū)動液壓泵經(jīng)液壓換向閥控制動臂油缸，將動臂連同鏟斗和搖臂一起舉升至卸料高度，鏟斗卸料后，發(fā)動機驅(qū)動液壓泵經(jīng)液壓換向閥控制動臂油缸，將動臂、鏟斗和搖臂一起下降至裝料高度，在動臂舉升和下降過程中，均需要發(fā)動機提供動力，且動臂重力勢能白白浪費，使裝載機存在油耗高、排放污染大等不足。現(xiàn)有的裝載機動臂勢能回收控制方法通常采用液壓回收或液壓驅(qū)動發(fā)電的回收方式，即將動臂油缸的回油腔連接一個液壓馬達，液壓馬達向液壓蓄能器泵入高壓油液；或?qū)⒁簤厚R達與電機同軸相連，在動臂下降時使電機發(fā)電，回收動臂下降的重力勢能。這種動臂勢能回收方法，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量轉(zhuǎn)化率低、動態(tài)響應(yīng)慢、重量大、成本高等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，提供一種可以根據(jù)駕駛員對動臂的操作意圖，實現(xiàn)動臂工作過程中勢能回收再生的彈性橡膠帶蓄能器式裝載機動臂勢能回收再生控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法，所述的彈性橡膠帶蓄能式裝載機配備動臂、定滑輪、鋼絲繩、彈性橡膠帶蓄能器、電控單元、動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)、動臂舉升限位開關(guān)、液壓電磁換向閥，其特征在于包括以下步驟。步驟1、檢測動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)信號，然后進行步驟2。步驟2、判斷動臂操縱桿是否在舉升擋位:當(dāng)動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)閉合時，判斷為動臂舉升，進行步驟3;否則，判斷為動臂不舉升，進行步驟6。步驟3、檢測動臂舉升限位開關(guān)信號，然后進行步驟4。步驟4、判斷動臂是否到舉升限位位置:當(dāng)動臂舉升限位開關(guān)閉合時，判斷為動臂舉升至限位位置，進行步驟10 ;否則，判斷為動臂舉升未至限位位置，進行步驟5。步驟5、進行能量釋放控制，電磁線圈通電，液壓電磁換向閥導(dǎo)通，彈性橡膠帶蓄能器釋放能量，然后回到步驟I。步驟6、檢測動臂操縱桿下降擋位開關(guān)信號，然后進行步驟7。步驟7、判斷動臂操縱桿是否在下降擋位:當(dāng)動臂操縱桿下降擋位開關(guān)閉合時，判斷為動臂下降，進行步驟8;否則，判斷為動臂不下降，進行步驟9。步驟8、進行能量儲存控制:電磁線圈通電，液壓電磁換向閥導(dǎo)通，彈性橡膠帶蓄能器儲存能量，然后回到步驟1。
步驟9、判斷為動臂操縱桿在浮動或中位位置，然后進行步驟10。步驟10、進行能量保持控制:電磁線圈保持斷電，液壓電磁換向閥復(fù)位關(guān)斷，彈性橡膠帶蓄能器的能量保持不變。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點是:
(1)本方法由電控單元根據(jù)檢測動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)、動臂舉升限位開關(guān)的信號，自動識別駕駛員對動臂的操作意圖，以及自動識別動臂是否舉升到限位位置，并自動控制彈性橡膠帶蓄能器儲存能量、釋放能量和保持能量過程；
(2)本方法在對動臂勢能回收和再生控制時，不影響駕駛員對動臂舉升、下降的操作，確保了裝載機的操作安全性。


圖1是本發(fā)明實施例的彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的彈性橡膠帶蓄能器的縱向剖面結(jié)構(gòu)及油缸控制油路示意圖。圖3是本發(fā)明實施例彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制系統(tǒng)組成原理圖。圖4是本發(fā)明實施例彈·性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法流程圖。圖中:1.動臂2.前橋車架3.定滑輪4.鋼絲繩6.油箱100.彈性橡膠帶蓄能器101.殼體IOla.安裝底座IOlb.殼體底板102.橡膠帶卡夾103.密封塞104.彈性橡膠帶105.連接盤106.分拉桿107.空腔封蓋107a.單向充氣閥108.拉力板109.拉桿 109a.拉桿法蘭109b.拉桿吊環(huán)110.活塞桿111.活塞112.油缸112a.第一進油口 113.油缸封蓋113a.第二進油口 114.有桿腔115.無桿腔500.電控單元501.動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)502.動臂操縱桿下降擋位開關(guān)503.動臂舉升限位開關(guān)504.液壓電磁換向閥504a.電磁線圈505.動臂操縱桿506.點火開關(guān)
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明的彈性橡膠帶蓄能器式裝載機動臂勢能回收再生裝置，包括動臂1、前橋車架2、彈性橡膠帶蓄能器100、定滑輪3、鋼絲繩4、油箱6、電控單元500、動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502、動臂舉升限位開關(guān)503、液壓電磁換向閥504、點火開關(guān)506。如圖2所示，本發(fā)明的彈性橡膠帶蓄能器100包括:殼體101、安裝底座101a、橡膠帶卡夾102、密封塞103、彈性橡膠帶104、連接盤105、分拉桿106、空腔封蓋107、單向充氣閥107a、拉力板108、拉桿109、活塞桿110、活塞111、油缸112、油缸封蓋113。彈性橡膠帶蓄能器100的安裝底座IOla固定安裝在前橋車架2上，定滑輪3固定安裝在前橋車架2的滑輪支架上，拉桿109的一端設(shè)有拉桿吊環(huán)10%，鋼絲繩4的一端與拉桿109的拉桿吊環(huán)109b —端固定連接,鋼絲繩4另一端繞過定滑輪3與動臂I的中部固定鉸接。拉桿109的另一端設(shè)有拉桿法蘭109a，拉桿109的拉桿法蘭109a端與拉力板108的一端面固定連接，拉力板108的另一端面與活塞桿110的一端固定連接，活塞桿110的另一端穿過油缸封蓋113的中心通孔與活塞111固定連接；活塞111裝入油缸112內(nèi)，活塞111將油缸空腔分為有桿腔114和無桿腔115，拉桿109的縱向軸線與拉力板108的縱向軸線、活塞桿110的縱向軸線、活塞111的縱向軸線、油缸112的縱向軸線在同一條直線上；殼體101的縱向中央位置處設(shè)有一個圓柱通孔，圓柱通孔的底部設(shè)有周向凸臺，通過該周向凸臺將油缸112固定安裝在殼體101的該圓柱通孔上；拉力板108另一端面的外周上還與六個分拉桿106的一端固定連接,這六個分拉桿106以拉力板108的縱向軸線對稱布置，每個分拉桿106的另一端穿過空腔封蓋107上的中心通孔與連接盤105的一個端面固定連接，每個連接盤105置于殼體101的空腔內(nèi)；每個連接盤105的另一個端面和殼體底板IOlb之間固定連接有十六條彈性橡膠帶104，每條彈性橡膠帶104的一端用橡膠帶卡夾102固定在連接盤105上，每條彈性橡膠帶104的另一端也用橡膠帶卡夾102固定在殼體底板IOlb 上。油缸112的底部設(shè)有第一進油口 112a，第一進油口 112a連通至無桿腔115 ;油缸封蓋113上還設(shè)有第二進油口 113a，第二進油口 113a連通至有桿腔114。液壓電磁換向閥504為二位四通液壓電磁換向閥，液壓電磁換向閥504的A油口通過液壓管路連接至第一進油口 112a，液壓電磁換向閥504的B油口通過液壓管路連接至第二進油口 113a，液壓電磁換向閥504的P、T油口通過液壓管路連接至油箱6。動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502分別安裝在動臂操縱桿舉升位置和下降位置的固定支架上，動臂舉升限位開關(guān)503固定在前橋車架2上。彈性橡膠帶蓄能器100的殼體101和空腔封蓋107形成封閉空腔，通過單向充氣閥107a向封閉空腔充入氮氣， 充入氮氣的壓力為IOOkPa,以防止大氣對彈性橡膠帶的侵蝕和老化作用，延長彈性橡膠帶的使用壽命。彈性橡膠帶蓄能器100的最大拉伸量大于動臂I從限位位置下降到最低位置時鋼絲繩4拉伸量的10% 20%，以防止彈性橡膠帶被過度拉伸，確保使用安全。將定滑輪3、鋼絲繩4，彈性橡膠帶蓄能器100在前橋車架2的左右兩側(cè)各布置一套，且兩套裝置以前橋車架2的縱向軸線對稱安裝。如圖3所示，本發(fā)明的彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制系統(tǒng)包括:電控單元500、動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502、動臂舉升限位開關(guān)503、液壓電磁換向閥504、點火開關(guān)506 ;其中，動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501用于檢測動臂操縱桿擋位是否在舉升位置，動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502用于檢測動臂操縱桿擋位是否在下降位置，動臂舉升限位開關(guān)503用于檢測動臂舉升是否到限位位置；電控單元500采用單片機，其輸入端連接動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502、動臂舉升限位開關(guān)503、點火開關(guān)506，用于判斷駕駛員對裝載機工作裝置動臂I的操作意圖以及動臂I是否舉升到限位位置時的安全限位，其輸出端連接液壓電磁換向閥504的電磁線圈504a，用于對彈性橡膠帶蓄能器100儲存能量和釋放能量的控制，即動臂I勢能回收和再生的控制。
如圖4所示，彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法流程為。接通點火開關(guān)506后，電控單元500上電開始，電控單元500完成上電開始后，進行步驟SlO。在步驟SlO中，檢測動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501信號，然后進行步驟S11。在步驟Sll中，電控單元500判斷動臂操縱桿是否在舉升擋位:當(dāng)動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501閉合時，判斷為動臂I舉升，進行步驟S12 ;否則，判斷為動臂I不舉升，進行步驟S20。在步驟S12中，檢測動臂舉升限位開關(guān)503信號，然后進行步驟S13。在步驟S13中，電控單元500判斷動臂是否到舉升限位位置:若動臂舉升限位開關(guān)503閉合，則判斷為動臂舉升至限位位置，進行步驟S40 ;否則，若動臂舉升限位開關(guān)503斷開，則判斷為動臂未舉升至限位位置，進行步驟S14。在步驟S14中，進行能量釋放控制:電控單元500控制電磁線圈504a通電，液壓電磁換向閥504導(dǎo)通，彈性橡膠帶蓄能器100釋放能量，然后回到步驟S10。在步驟S20中，檢測動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502信號，然后進行步驟S21。在步驟S21中，判斷動臂操縱桿是否在下降擋位:若動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502閉合則判斷為動臂I下降，進行步驟S22 ;否則，判斷為動臂I不下降，進行步驟S30。在步驟S22中，進行能量儲存控制:電控單元500控制電磁線圈504a通電，液壓電磁換向閥504導(dǎo)通，彈性橡膠帶蓄能器100儲存能量，然后回到步驟I。在步驟S30中，電控單元500判斷為動臂操縱桿505在浮動或中位位置，然后進行步驟S40。在步驟S40中、進行能量保持控制:電控單元500控制電磁線圈504a斷電，液壓電磁換向閥504位關(guān)斷，彈性橡膠帶蓄能器100的能量保持不變。通過上述彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法，可實現(xiàn)彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生過程的自動識別與控制。在裝載機作業(yè)過程中，當(dāng)駕駛員將動臂操縱桿505推至下降擋位，動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502閉合，裝載機動臂I開始下降，電控單元500檢測到動臂操縱桿下降擋位開關(guān)502的閉合信號后，電控單兀500控制液壓電磁換向閥504的電磁線圈504a通電,液壓電磁換向閥504通電動作；隨著裝載機動臂I的下降，固定在動臂I上的鋼絲繩4拉動彈性橡膠帶蓄能器100的拉桿109向上運動，拉桿109通過拉力板108拉動分拉桿106，分拉桿106再經(jīng)連接盤105將彈性橡膠帶104拉伸；同時拉桿109通過拉力板108拉動活塞桿110，活塞桿110拉動活塞111 一起上升，有桿腔114的液壓油從第二進油口 113a排出，經(jīng)過液壓電磁換向閥504流回油箱6，無桿腔115由于活塞111的上移而形成真空，液壓油經(jīng)油箱6和液壓電磁換向閥504通過第一進油口 112a，被吸入到無桿腔115 ;停止動臂I下降時則液壓電磁換向閥504回位至關(guān)閉位置，此時無桿腔115的第一進油口 112a和有桿腔114的第二進油口 113a均被液壓電磁換向閥504關(guān)斷，活塞111被固定不動，活塞桿110、拉力板108、拉桿109、分拉桿106、連接盤105均保持固定不動，彈性橡膠帶104保持拉伸狀態(tài)不變，這樣就將動臂I下落的重力勢能轉(zhuǎn)換為彈性橡膠帶蓄能器100的彈性勢能儲存起來。在裝載機作業(yè)過程中，當(dāng)駕駛員將動臂操縱桿505推至舉升擋位時，動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501閉合，裝載機動臂I開始舉升，電控單 元500檢測到動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)501的閉合信號后，電控單兀500控制液壓電磁換向閥504的電磁線圈504a通電,液壓電磁換向閥504通電動作；彈性橡膠帶104收縮,經(jīng)連接盤105拉動分拉桿106,分拉桿106再經(jīng)拉力板108拉動拉桿109向下運動,拉桿109通過鋼絲繩4拉動動臂I上升；同時拉力板108拉動活塞桿110向下運動并推動活塞111向下移動，無桿腔115的液壓油從第一進油口 112a排出，經(jīng)過液壓電磁換向閥504流回油箱6,有桿腔114由于活塞111的下移而形成真空，液壓油經(jīng)油箱6和液壓電磁換向閥504通過第二進油口 113a，被吸入到有桿腔114 ;此時彈性橡膠帶104的彈性勢轉(zhuǎn)換為動臂I的重力勢能；停止動臂I上升時則液壓電磁換向閥504回位至關(guān)閉位置，此時無桿腔115的第一進油口 112a和有桿腔114的第二進油口 113a均被液壓電磁換向閥504關(guān)斷，活塞111被固定不動，活塞桿110、拉力板108、拉桿109、分拉桿106、連接盤105均保持固定不動，彈性橡膠帶104被保持在收縮狀態(tài)，這樣就將彈性橡膠帶蓄能器100的彈性勢能轉(zhuǎn)換為動臂I上升的重力勢能。當(dāng)動臂I舉升至舉升限位高度，動臂舉升限位開關(guān)503閉合，電控單元500控制電磁線圈504a斷電，彈性橡膠帶蓄能器100處于能量保持狀態(tài)。當(dāng)裝載機進行刮平作業(yè)或動臂I不舉升、不下降時，此時動臂操縱桿505置于浮動位置或中位，此時電控單元500控制液壓電磁換向閥504會保持斷電位置，有桿腔114和無桿腔115的液壓油不再相互流動，彈性橡膠帶蓄能器100處于能量保持狀態(tài)。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。 ·
權(quán)利要求
1.一種彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法，所述的彈性橡膠帶蓄能式裝載機配備動臂(I)、定滑輪(3)、鋼絲繩(4)、彈性橡膠帶蓄能器(100)、電控單元(500)、動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)(501)、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)(502)、動臂舉升限位開關(guān)(503 )、液壓電磁換向閥(504 )，其特征在于所述控制方法包括以下步驟: 步驟1、檢測動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)(501)信號，然后進行步驟2 ； 步驟2、判斷動臂操縱桿是否在舉升擋位:當(dāng)動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)(501)閉合時，判斷為動臂(I)舉升，進行步驟3;否則，判斷為動臂(I)不舉升，進行步驟6; 步驟3、檢測動臂舉升限位開關(guān)(503)信號，然后進行步驟4 ； 步驟4、判斷動臂(I)是否到舉升至限位位置:當(dāng)動臂舉升限位開關(guān)(503)閉合時，判斷為動臂(I)舉升至限位位置，進行步驟10 ;否則，判斷為動臂(I)未舉升至限位位置，進行步驟5 ; 步驟5、進行能量釋放控制:電磁線圈(504a)通電，液壓電磁換向閥(504 )導(dǎo)通，彈性橡膠帶蓄能器(100)釋放能量，然后回到步驟I ; 步驟6、檢測動臂操縱桿下降擋位開關(guān)(502)信號，然后進行步驟7 ； 步驟7、判斷動臂操縱桿 是否在下降擋位:當(dāng)動臂操縱桿下降擋位開關(guān)(502)閉合時，判斷為動臂(I)是下降，進行步驟8 ;否則，判斷為動臂(I)不下降，進行步驟9 ; 步驟8、進行能量儲存控制:電磁線圈(504a)通電，液壓電磁換向閥(504)導(dǎo)通，彈性橡膠帶蓄能器(100)儲存能量，然后回到步驟I ; 步驟9、判斷為動臂操縱桿(505)在浮動或中位位置，然后進行步驟10 ； 步驟10、進行能量保持控制:電磁線圈(504a)保持斷電，液壓電磁換向閥(504)復(fù)位關(guān)斷，彈性橡膠帶蓄能器(100)的能量保持不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種彈性橡膠帶蓄能式裝載機動臂勢能回收再生控制方法，所述控制方法由電控單元通過檢測動臂操縱桿舉升擋位開關(guān)、動臂操縱桿下降擋位開關(guān)、動臂舉升限位開關(guān)的信號，自動識別駕駛員對裝載機工作裝置動臂的操作意圖，控制液壓電磁換向閥，進行彈性橡膠帶彈性勢能儲存和釋放的控制，從而實現(xiàn)動臂勢能的回收和再生控制，降低裝載機工作過程中的燃油消耗。
文檔編號E02F3/42GK103225321SQ20131016507
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月7日
發(fā)明者曲金玉, 王儒, 李訓(xùn)明, 魏偉, 田香玉 申請人:山東理工大學(xué)