一種用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)，包括能量回收及釋放機構和控制單元，控制單元包括控制器和第一壓力傳感器，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元、電磁換向閥、液壓馬達、順序閥、第一單向閥和第二單向閥。本實用新型能夠將工程機械回轉制動時產生的動能通過液壓能存儲單元儲存起來，控制器根據主變量泵負載控制電磁換向閥釋放液壓能存儲單元儲存的能量，驅動液壓馬達為主變量泵提供扭矩，以降低發(fā)動機的燃油消耗，提高工程機械的工作效率。
【專利說明】—種用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于工程機械能量回收的系統(tǒng)，尤其涉及一種用于工程機械回轉制動能量回收及釋放的電液系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發(fā)展，能源的消耗以及環(huán)境的惡化已經成為全球性的問題，目前，世界各國都將節(jié)能減排工作放在十分重要的位置。工程機械在使用中能源消耗大，排放污染多，而且使用量極大，對能源的浪費和環(huán)境的污染帶來很大的影響，因此研究工程機械的節(jié)能問題具有十分重要的意義。許多工程機械存在頻繁的回轉工況，而在回轉過程中，由于負載慣性較大，制動過程中會釋放出大量的能量，在目前絕大多數(shù)回轉工程機械中，這部分能量是通過溢流損失消耗掉，這不僅造成了能量的浪費，溢流產生的熱量也會縮短器件的使用壽命，甚至對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。
[0003]目前，工程機械節(jié)能的形式主要是混合動力。其中，油電混合方式因其結構簡單，易于實現(xiàn)，成為混合動力的主要形式。油電混合動力將工程機械回轉制動或者液壓缸下降的能量轉換為電能儲存起來。釋放的時候，再將這部分能量轉化為機械能，為發(fā)動機提供功率。轉換成電能需要超級電容或者蓄電池，由于超級電容和蓄電池的功率密度小，且造價很高，在頻繁回轉的工況下，效果欠佳。
實用新型內容
[0004]本實用新型提供一種用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)，能夠自動將工程機械回轉制動時產生的能量通過液壓能存儲單元儲存起來，控制器根據主泵需求控制第一電磁換向閥釋放液壓能存儲單元所存儲的能量，驅動變量液壓馬達為主泵提供扭矩，以降低發(fā)動機的負載功率，減少工程機械的油耗，提高工程機械的工作效率。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術方案是:本實用新型用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)包括能量回收及釋放機構和控制單元，所述控制單元包括控制器和第一壓力傳感器，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元、第一電磁換向閥、液壓馬達、順序閥、第一單向閥和第二單向閥，所述液壓馬達與工程機械的主變量泵同軸連接，液壓馬達的A 口與第一電磁換向閥的一個端口連通，第一電磁換向閥的另一個端口、液壓能存儲單元、順序閥的出口和第一壓力傳感器相互連通，液壓馬達的B 口與工程機械的油箱連通，順序閥的入口同時與第一單向閥的出口、第二單向閥的出口連通，第一單向閥的入口與工程機械的回轉馬達的一個油口連通，第二單向閥(13)的入口與工程機械的回轉馬達的另一個油口連通；控制器分別與第一壓力傳感器、液壓馬達、第一電磁換向閥電連接;
[0006]當?shù)谝粔毫鞲衅鳈z測到液壓能存儲單元的壓力值大于或等于液壓能存儲單元的最低工作壓力值時，控制器使第一電磁換向閥得電開啟，液壓能存儲單元內的高壓油經液壓馬達釋放出去；當?shù)谝粔毫鞲衅鳈z測到液壓能存儲單元的壓力值低于液壓能存儲單元的最低工作壓力值時，控制器使第一電磁換向閥斷電關閉，同時控制器調節(jié)液壓馬達的
排量至最小排量值。
[0007]本實用新型另一種用于工程機械回轉制動能量回收及釋放的電液系統(tǒng)包括能量回收及釋放機構和控制單元，所述控制單元包括控制器、第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、液壓馬達、順序閥、第一單向閥、第二單向閥、第三單向閥和第四單向閥，液壓馬達與工程機械的主變量泵的泵軸同軸連接，液壓馬達的A 口同時與第一電磁換向閥的一個端口、第四單向閥的出口連通，第一電磁換向閥的另一個端口、液壓能存儲單元、順序閥的出口、第三單向閥的出口和第一壓力傳感器相互連通，液壓馬達的B 口與第二電磁換向閥的P 口連通，第二電磁換向閥的A 口與第三單向閥的入口連通，第二電磁換向閥的B 口與工程機械的油箱連通，順序閥的入口同時與第一單向閥、第二單向閥的出口連通，第一單向閥的入口與工程機械的回轉馬達的一個油口連通，第二單向閥的入口與所述回轉馬達的另一個油口連通，第二壓力傳感器與工程機械的主變量泵的出口連通；控制器分別與第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、液壓馬達、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥電連接；
[0008]控制器能夠根據第二壓力傳感器檢測到的主變量泵的出口壓力獲得工程機械的發(fā)動機的負載功率，當所述發(fā)動機的負載功率大于其額定功率時，控制器使第一電磁換向閥得電，控制器通過調節(jié)液壓馬達的排量使發(fā)動機的負載功率等于額定功率；當所述發(fā)動機的負載功率低于其額定功率時，控制器使第一電磁換向閥斷電且使第二電磁換向閥得電，控制器通過調節(jié)液壓馬達的排量使發(fā)動機的負載功率等于其額定功率。
[0009]進一步地，本實用新型還包括安全閥，所述安全閥的入口與液壓能存儲單元連通，安全閥的出口與所述油箱連通。
[0010]進一步地，本實用新型所述液壓馬達為變量馬達或定量馬達。
[0011]進一步地，本實用新型所述液壓馬達為泵/馬達。
[0012]進一步地，本實用新型所述液壓能存儲單元為蓄能器。
[0013]本實用新型電液系統(tǒng)將工程機械回轉啟動及制動過程溢流所產生的液壓能用液壓能存儲單元存儲起來，所存儲的液壓能通過液壓馬達轉化成機械能釋放到工程機械的主變量泵，和工程機械的發(fā)動機混合驅動主變量泵。
[0014]與【背景技術】相比，本實用新型具有的有益效果是:
[0015](I)在本實用新型中，回轉制動動能回收采用蓄能器作為能量存儲元件，釋放時直接用油液驅動液壓馬達，較超級電容及蓄電池而言，減少了能量轉換的環(huán)節(jié)，提高了能量轉換的效率。而且蓄能器帶動液壓馬達輸出的功率密度較大，能夠瞬時提供大量的能量，在工程機械這種快速工作場合下更為適用。其次，工程機械的環(huán)境復雜，有的甚至十分惡劣，應用蓄能器的電液系統(tǒng)對環(huán)境的要求遠低于蓄電池對環(huán)境的要求。
[0016](2)本實用新型獨立于現(xiàn)有工程機械的液壓系統(tǒng)之外，對工程機械的現(xiàn)有系統(tǒng)不進行太大的改動，不影響操作人員對工程機械的操作習慣。此外，本實用新型中的能量回收及釋放機構原理簡單，元件較少，而且與采用蓄電池的混合動力系統(tǒng)相比，價格十分低廉，降低了整套系統(tǒng)的成本。
[0017](3)本實用新型通過使用第一單向閥和第二單向閥將工程機械的回轉馬達的制動能量存儲進液壓能存儲單元里，無需識別回轉馬達的制動方向。[0018](4)本實用新型能夠自動根據主變量泵負載需求，通過控制器對液壓馬達的調節(jié)，以維持發(fā)動機工作在一個較低的恒定輸出功率，節(jié)能效果顯著。簡化了能量回收系統(tǒng)的液壓回路，對信號的控制也提供了很大的方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型第一種實施方式的電液系統(tǒng)的結構理圖；
[0020]圖2為本實用新型第二種實施方式的電液系統(tǒng)的結構原理圖；
[0021]圖中，1.液壓馬達、2.液壓能存儲單元、3.第一電磁換向閥、4.順序閥、5.安全閥、
6.控制器、7.第一壓力傳感器、8.第二壓力傳感器、9.第三單向閥、10.第二電磁換向閥、
11.第四單向閥、12.第一單向閥、13.第二單向閥、14.回轉馬達、15.發(fā)動機、16.主變量泵、17.油箱。
【具體實施方式】
[0022]在本實用新型中，工程機械是指挖掘機械、鏟土運輸機械、全回轉拔樁機械等用于工程建設中的回轉運動頻繁的施工機械。
[0023]圖1示出了本實用新型的一種結構的電液系統(tǒng)的工作原理圖。如圖1所示，本實用新型電液系統(tǒng)主要包括能量回收及釋放機構和控制單元，其中，控制單元包括控制器6和第一壓力傳感器7，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元2、第一電磁換向閥3、液壓馬達1、順序閥4、第一單向閥12和第二單向閥13。液壓馬達I與工程機械的主變量泵16同軸連接，液壓馬達I的A 口與第一電磁換向閥3的一個端口連通，第一電磁換向閥3的另一個端口、液壓能存儲單元2、順序閥4的出口和第一壓力傳感器7相互連通，液壓馬達I的B 口與工程機械的油箱17連通，順序閥4的入口同時與第一單向閥12的出口、第二單向閥13的出口連通，第一單向閥12的入口與工程機械的回轉馬達14的一個油口連通，第二單向閥13的入口與工程機械的回轉馬達14的另一個油口連通，控制器6分別與第一壓力傳感器7、液壓馬達1、第一電磁換向閥3電連接。
[0024]本實用新型第一種實施方式的電液系統(tǒng)工作時，當?shù)谝粔毫鞲衅?檢測到液壓能存儲單元2內的壓力值大于或等于液壓能存儲單元2的最低工作壓力值時，控制器6使第一電磁換向閥3得電開啟，液壓能存儲單元2內的高壓油經液壓馬達I釋放出去；當?shù)谝粔毫鞲衅?所檢測的液壓能存儲單元2內的壓力值低于液壓能存儲單元2的最低工作壓力值時，控制器6使第一電磁換向閥3斷電關閉，同時控制器6調節(jié)液壓馬達的排量至最小排量值。
[0025]在本實用新型第一種實施方式中，回轉馬達14的兩個油口的分別與第一單向閥12的入口及第二單向閥13的入口連通，第一單向閥12和第二單向閥13的出口合流后與順序閥4的入口連通，順序閥4的出口與液壓能存儲單元2連通，當回轉馬達14制動時，本實用新型電液系統(tǒng)無需識別回轉馬達14的制動方向，即可將壓力油充入液壓能存儲單元2中。只要液壓能存儲單元2中存在可以釋放的高壓油就能使第一電磁換向閥7得電開啟，液壓能存儲單元2內的高壓油通過液壓馬達I以機械能的形式釋放到工程機械的負載泵上；當液壓能存儲單元2內的高壓油釋放完時，控制器6調節(jié)液壓馬達I的排量到最小排量處，以減少對工程機械的性能的影響。本實用新型第一種實施方式無需實時調節(jié)液壓馬達I的排量，簡單易行、成本低。
[0026]圖2示出了本實用新型的第二種實施方式的電液系統(tǒng)的工作原理圖。如圖2所示，本實用新型用于工程機械回轉制動能量回收及釋放的電液系統(tǒng)主要包括能量回收及釋放機構和控制單元，其中，控制單元包括控制器6、第一壓力傳感器7和第二壓力傳感器8，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元2、第一電磁換向閥3、第二電磁換向閥10、液壓馬達1、順序閥4、第一單向閥12、第二單向閥13第三單向閥9和第四單向閥11，液壓馬達I與工程機械的主變量泵16的泵軸同軸連接，液壓馬達的A 口同時與第一電磁換向閥3的一個端口、第四單向閥11的出口連通，第一電磁換向閥3的另一個端口、液壓能存儲單元2、順序閥4的出口、第三單向閥9的出口和第一壓力傳感器7相互連通，液壓馬達的B 口與第二電磁換向閥10的P 口連通，第二電磁換向閥10的A 口與第三單向閥9的入口連通，第二電磁換向閥10的B 口與油箱連通，順序閥4的入口同時與第一單向閥12、第二單向閥13的出口連通，第一單向閥12的入口與工程機械的回轉馬達14的一個油口連通，第二單向閥13的入口與工程機械的回轉馬達14的另一個油口連通；控制器6分別與第一壓力傳感器7、第二壓力傳感器8、液壓馬達1、第一電磁換向閥3、第二電磁換向閥10電連接。
[0027]本實用新型第二種實施方式的電液系統(tǒng)工作時，第二壓力傳感器8檢測主變量泵16的出口壓力反饋給控制器6，控制器6由此獲得發(fā)動機的負載功率。當工程機械的發(fā)動機15的負載功率大于其額定功率時,控制器6使第一電磁換向閥3得電,控制器6調節(jié)液壓馬達I的排量使發(fā)動機的負載功率等于額定功率；當發(fā)動機15的負載功率低于其額定功率時，控制器6使第一電磁換向閥3斷電且使第二電磁換向閥10得電，調節(jié)液壓馬達的排量使發(fā)動機負載功率等于其額定功率。
[0028]對本實用新型的第二種實施方式而言，當回轉馬達制動時，回轉馬達14的兩個油口的分別與第一單向閥12的入口及第二單向閥13的入口連通，第一單向閥和第二單向閥的出口合流后與順序閥4的入口連通，順序閥4的出口與液壓能存儲單元2連通，當回轉馬達14制動時，本實用新型電液系統(tǒng)無需識別回轉馬達14的制動方向，即可將壓力油充入液壓能存儲單元2中?？刂破?根據工程機械的主變量泵16的負載大小及液壓能存儲單元2內的儲能壓力值來控制第一電磁換向閥3、第二電磁換向閥10及液壓馬達I的排量，維持發(fā)動機15的輸出功率在平均功率點及最佳功率點上，以實現(xiàn)降低發(fā)動機的油耗的效果。在回轉工作的一個循環(huán)工況中，如果在一段時間內，工程機械的發(fā)動機15的負載基本不變，那么控制器6會控制發(fā)動機5保持在某一個恒定的輸出功率，該功率是此段時間內做功的平均功率。當原系統(tǒng)的回轉馬達14回轉啟動時，需要的功率較大，而此時發(fā)動機15又維持在特定的平均功率不能滿足輸出條件，那么就需要液壓能存儲單元2驅動液壓馬達來提供功率。隨著釋放的進行，液壓能存儲單元2中的壓力是非線性的改變的，控制器控制液壓馬達I的排量，使輸出的功率滿足條件。與現(xiàn)有的工程機械節(jié)能設備相比，本實用新型可以在保證原工程機械工作效率不降低的情況下降低發(fā)動的油耗，節(jié)能效果十分明顯。此外，本實用新型獨立于現(xiàn)有工程機械的油路系統(tǒng)，對工程機械的液壓回路改動很小，不影響操作人員對工程機械的使用習慣。
[0029]為了保證液壓能存儲單元2的工作壓力不至于超過其所允許的最高額定壓力，本實用新型電液系統(tǒng)還可進一步包括安全閥5。安全閥5的入口與液壓能存儲單元2連通，安全閥5的出口與工程機械的油箱連通。本實用新型電液系統(tǒng)工作時，液壓能存儲單元2的工作壓力超過安全閥5設定的壓力時，液壓能存儲單元2內的高壓油經安全閥5流入油箱，以限定其最高工作壓力。
[0030]在本實用新型中，液壓馬達I優(yōu)選為變量馬達、定量馬達或泵/馬達，液壓能存儲單元2優(yōu)選為蓄能器。
[0031]與現(xiàn)有的能量回收及混合動力系統(tǒng)相比，本實用新型電液系統(tǒng)采用第一單向閥
12、第二單向閥13實現(xiàn)自動將制動高壓油引入液壓能存儲單元2中回收，通過液壓馬達I將液壓能存儲單元2中的高壓油以機械能的形式回收利用。本實用新型優(yōu)選采用蓄能器作為液壓能存儲單元，較超級電容及蓄電池有更高的功率密度及釋放的快速性，而且油路簡單，不用經過發(fā)電機15的轉換，且成本低，易于實現(xiàn)工程化應用。此外，本實用新型通過控制器6調節(jié)液壓馬達I的排量，可以改變發(fā)動機的負載功率，這樣就可以使發(fā)動機15工作在最佳燃油功率點附近，節(jié)能效果更加顯著。
【權利要求】
1.一種用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)，其特征在于:包括能量回收及釋放機構和控制單元，所述控制單元包括控制器(6)和第一壓力傳感器(7)，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元(2)、第一電磁換向閥(3)、液壓馬達(I)、順序閥(4)、第一單向閥(12)和第二單向閥(13)，所述液壓馬達(I)與工程機械的主變量泵(16)同軸連接，液壓馬達(I)的A 口與第一電磁換向閥(3)的一個端口連通，第一電磁換向閥(3)的另一個端口、液壓能存儲單元(2)、順序閥(4)的出口和第一壓力傳感器(7)相互連通，液壓馬達(I)的B 口與工程機械的油箱(17)連通，順序閥(4)的入口同時與第一單向閥(12)的出口、第二單向閥(13)的出口連通，第一單向閥(12)的入口與工程機械的回轉馬達(14)的一個油口連通，第二單向閥(13)的入口與工程機械的回轉馬達(14)的另一個油口連通；控制器(6)分別與第一壓力傳感器(7)、液壓馬達(I)、第一電磁換向閥(3)電連接； 當?shù)谝粔毫鞲衅?7)檢測到液壓能存儲單元(2)的壓力值大于或等于液壓能存儲單元的最低工作壓力值時，控制器(6)使第一電磁換向閥(3)得電開啟，液壓能存儲單元(2)內的高壓油經液壓馬達(I)釋放出去；當?shù)谝粔毫鞲衅?7)檢測到液壓能存儲單元的壓力值低于液壓能存儲單元的最低工作壓力值時，控制器(6)使第一電磁換向閥(3)斷電關閉，同時控制器(6 )調節(jié)液壓馬達(I)的排量至最小排量值。
2.一種用于工程機械回轉制動的能量回收及釋放的電液系統(tǒng)，其特征在于:包括能量回收及釋放機構和控制單元，所述控制單元包括控制器(6)、第一壓力傳感器(7)和第二壓力傳感器(8)，能量回收及釋放機構包括液壓能存儲單元(2)、第一電磁換向閥(3)、第二電磁換向閥(10)、液壓馬達(I)、順序閥(4)、第一單向閥(12)、第二單向閥(13)、第三單向閥(9)和第四單向閥(11)，液壓馬達(I)與工程機械的主變量泵(16)的泵軸同軸連接，液壓馬達(I)的A 口同時與第一電磁換向閥(3)的一個端口、第四單向閥(11)的出口連通，第一電磁換向閥(3)的另一個端口、液壓能存儲單元(2)、順序閥(4)的出口、第三單向閥(9)的出口和第一壓力傳感器(7)相互連通，液壓馬達(I)的B 口與第二電磁換向閥(10)的P 口連通，第二電磁換向閥(10)的A 口與第三單向閥(9)的入口連通，第二電磁換向閥(10)的B 口與工程機械的油箱(17)連通，順序閥(4)的入口同時與第一單向閥(12)、第二單向閥(13)的出口連通，第一單向閥(12)的入口與工程機械的回轉馬達(14)的一個油口連通，第二單向閥(13)的入口與所述回轉馬達(14)的另一個油口連通，第二壓力傳感器(8)與工程機械的主變量泵(16)的出口連通；控制器(6)分別與第一壓力傳感器(7)、第二壓力傳感器(8)、液壓馬達(I)、第一電磁換向閥(3)、第二電磁換向閥(10)電連接； 控制器(6)能夠根據第二壓力傳感器(8)檢測到的主變量泵(16)的出口壓力獲得工程機械的發(fā)動機(15)的負載功率,當所述發(fā)動機(15)的負載功率大于其額定功率時,控制器(6)使第一電磁換向閥(3)得電，控制器(6)通過調節(jié)液壓馬達(I)的排量使發(fā)動機(15)的負載功率等于額定功率；當所述發(fā)動機(15)的負載功率低于其額定功率時，控制器(6)使第一電磁換向閥(3)斷電且使第二電磁換向閥(10)得電，控制器(6)通過調節(jié)液壓馬達(O的排量使發(fā)動機(15)的負載功率等于其額定功率。
3.根據權利要求1或2所述的電液系統(tǒng)，其特征是:還包括安全閥(5)，所述安全閥(5)的入口與液壓能存儲單元(2)連通，安全閥(5)的出口與所述油箱連通。
4.根據權利要求1或2所述的電液系統(tǒng)，其特征在于:所述液壓馬達(I)為變量馬達或定量馬達。
5.根據權利要求1或2所述的電液系統(tǒng)，其特征在于:所述液壓馬達(I)為泵/馬達。
6.根據權利要求1或2所述的電液系統(tǒng)，其特征在于:所述液壓能存儲單元(2)為蓄能器。
【文檔編號】F15B21/08GK203655796SQ201320865985
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權日:2013年12月26日
【發(fā)明者】魏然, 朱高松, 賴振宇, 王貴成 申請人:浙江德泰機電工程有限公司