一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收节能装置

1.本发明涉及液压工程机械领域，具体是一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收节能装置。


背景技术：

2.随着国家大规模的基础设施建设、城镇化建设等政策的进行，工程机械行业取得了快速的发展。液压挖掘机作为工程机械之一，已被广泛应用在工业生产、交通运输、矿山开采、基础设施建设等许多领域。
3.传统的液压挖掘机存在能耗高，能量利用率低的问题，发动机仅有20％的输出功率转变为挖掘机的有效功率。在挖掘机进行升降作业时，动臂频繁升降，由于工作装置质量大，下放过程中释放出大量的势能，该能量绝大部分消耗在液压阀节流口并转换为热能，造成了能量的浪费和油液发热，影响整个系统稳定性。
4.在挖掘机的可回收能量中，动臂液压缸可回收能量占有很大比例。因此，对挖掘机进行动臂下降势能回收再利用研究，是提高挖掘机能量利用率的重要一步，同时，也能起到节能减排、保护环境的作用。
5.在液压挖掘机动臂频繁升降过程中，如果没有安装节能装置，动臂的势能会以热能形式耗散在节流阀口，造成巨大的能量浪费，而且会导致油温升高，需要额外添加大功率的散热器，增加了挖掘机的装机成本。
6.随着节能技术的发展，液压挖掘机动臂势能回收技术有了一定的进展。对于挖掘机动臂势能的回收，目前大多数对动臂下降势能的研究都集中在液压式和电气式能量回收这两个方面，电气式能量回收系统设备复杂，电储能元件及发电机的成本较高，限制了该回收方案在实际中的应用，而且能量回收过程中，有较多的转换环节，能量回收利用率受到制约；液压式能量回收系统将动臂下降势能以液能形式储存于液压蓄能器中，但是现有液压蓄能器存在储能密度不够高的问题，导致其体积较大，需要较大的安装空间，成本也过高，在一定程度上限制了其实际应用。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收节能装置，以解决现有技术中的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收节能装置，包括动臂液压缸，和液压系统，
9.所述液压系统包括先导控制阀、变量泵、冷却马达、辅助泵单向阀、冷却器、比例换向阀、上腔过载补油阀和下腔过载补油阀、动臂锁定阀和液控换向阀，
10.所述先导控制阀包括上升先导控制阀和下降先导控制阀，所述上升先导控制阀的出口xbma连接至比例换向阀的右控制端，所述下降先导控制阀的出口xbmb连接至比例换向阀的左控制端和液控换向阀的控制端，
11.所述先导控制阀通过辅助泵单向阀和冷却马达连接至冷却器，
12.所述辅助泵单向阀通过辅助泵连接至油箱，
13.所述冷却器连接至比例换向阀，
14.所述比例换向阀通过变量泵连接至油箱，
15.所述比例换向阀的工作油口d通过上腔过载补油阀和下腔过载补油阀连接至动臂锁定阀，
16.所述动臂锁定阀连接至液控换向阀，
17.所述比例换向阀的工作油口d连接至动臂液压缸的活塞腔，
18.为一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收直接利用节能装置，还包括节能装置阀块，
19.所述节能装置阀块包括分流前换向阀，
20.所述动臂液压缸的活塞腔连接至分流前换向阀的工作油口c，
21.所述分流前换向阀的工作油口b连接至所述比例换向阀的工作油口e，挖掘机动臂下降时，动臂液压缸下腔油液经分流阀，一半流量流向油缸上腔，实现流量再生，另一半在挖掘机还有其它动作时直接再利用。
22.进一步的，所述节能装置阀块还包括分流阀和分流后换向阀，
23.所述分流前换向阀的工作油口a通过分流阀的工作油口b连接至比例换向阀的工作油口e，所述分流阀的工作油口a连接至变量泵。
24.进一步的，所述节能装置阀块还包括分流后换向阀和增压器，所述分流阀的工作油口a连接至分流后换向阀的工作油口c，所述分流后换向阀的工作油口b经增压器连接至变量泵，所述增压器的回油口连接至油箱。
25.进一步的，所述分流后换向阀的工作油口a连接至冷却马达，当挖掘机动臂下降后没有其它动作时，动臂液压缸下腔油液经分流阀后的另一半流量驱动冷却马达，对冷却器进行散热。
26.进一步的，所述液压系统还包括动臂锁定阀，
27.所述节能装置阀块还包括液控切换阀，
28.所述分流阀的工作油口b通过液控切换阀和动臂锁定阀连接至比例换向阀的工作油口e。
29.进一步的，所述液控切换阀的出口xbmb连接至比例换向阀的左控制端。
30.进一步的，所述分流后换向阀的控制端xc连接至变量泵控制端。
31.进一步的，所述分流前换向阀的控制端xbmb连接至比例换向阀的右控制端。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
33.1、本发明中挖掘机动臂下降时，动臂油缸下腔油液经分流阀，一半流量去油缸上腔，实现流量再生，减少了变量泵的供油，降低发动机燃油消耗。在挖掘机还有其他动作时，另一半流量可以直接再利用，实现节能减排；挖掘机没有其他动作时，另一半流量用于驱动冷却风扇旋转，提高挖掘机的散热能力；
34.2、本发明采用的基于分流和增压的挖掘机动臂势能回收直接利用利用方案与现有挖掘机动臂势能回收直接利用装置相比，只由很少的液压件组成，不需要蓄能器和电控系统，成本低，可靠性高。这种方案在一定程度上减少了液压泵的供油量，降低了发动机的
燃油消耗，有效提高了液压系统效率，达到了节能减排的目的。
附图说明
35.图1为本发明一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收节能装置的连接关系图。
36.图中：1、动臂液压缸；10、变量泵；11、主泵单向阀；12、比例换向阀；13、上腔过载补油阀；14、下腔过载补油阀；15、动臂锁定阀；16、液控换向阀；17、辅助泵；18、上升先导控制阀；19、下降先导控制阀；20、冷却器；21、冷却马达；22、辅助泵单向阀；30、分流前换向阀；31、液控切换阀；32、分流阀；33、分流后换向阀；34、增压器。
具体实施方式
37.下为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
38.实施例1：如图1所示，一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收节能装置，包括动臂液压缸1，和液压系统，
39.液压系统包括先导控制阀、变量泵10、冷却马达21、辅助泵单向阀22、冷却器20、比例换向阀12、上腔过载补油阀13和下腔过载补油阀14、动臂锁定阀15和液控换向阀16，
40.先导控制阀包括上升先导控制阀18和下降先导控制阀19，上升先导控制阀18的出口xbma连接至比例换向阀12的右控制端，下降先导控制阀19的出口xbmb连接至比例换向阀12的左控制端和液控换向阀16的控制端，
41.先导控制阀通过辅助泵单向阀22和冷却马达21连接至冷却器20，
42.辅助泵单向阀22通过辅助泵17连接至油箱，
43.冷却器20连接至比例换向阀12，
44.比例换向阀12通过变量泵10连接至油箱，
45.比例换向阀12的工作油口d通过上腔过载补油阀13和下腔过载补油阀14连接至动臂锁定阀15，
46.动臂锁定阀15连接至液控换向阀16，
47.比例换向阀12的工作油口d连接至动臂液压缸1的活塞腔，
48.为一种基于分流和增压技术的挖掘机动臂势能回收直接利用节能装置，还包括节能装置阀块，
49.节能装置阀块包括分流前换向阀30，
50.动臂液压缸1的活塞腔连接至分流前换向阀30的工作油口c，
51.分流前换向阀30的工作油口b连接至比例换向阀12的工作油口e，
52.挖掘机工作时，先导控制阀驱动，变量泵10输出的油液经比例换向阀12的工作油口d进入动臂液压缸的活塞腔，动臂液压缸1活塞腔内的油液进入分流阀32，分流阀32的工作油口b输出一半油液进入比例换向阀12的工作油口e，和比例换向阀12的工作油口d合流，再次供给动臂液压缸1的活塞腔，实现流量再生。
53.节能装置阀块还包括分流阀32和分流后换向阀33，
54.分流前换向阀30的工作油口a通过分流阀32的工作油口b连接至比例换向阀12的工作油口e，
55.分流阀32的工作油口a连接至变量泵10。
56.节能装置阀块还包括分流后换向阀33和增压器34，分流阀32的工作油口a连接至分流后换向阀33的工作油口c，分流后换向阀33的工作油口b经增压器34连接至变量泵10，增压器34的回油口连接至油箱。
57.挖掘机动臂下降后，若挖掘机还有其它动作，分流阀32的工作油口a输出另一半油液经分流后换向阀33的工作油口b输出至增压器34，增压器34增压后的油液与变量泵10输出的油液合流后进入比例换向阀12，供挖掘机工作，变量泵10的供油量进一步减少。
58.分流后换向阀33的工作油口a连接至冷却马达21。
59.挖掘机没有其它动作时，变量泵10输出的压力低，动臂液压缸1下腔经分流阀32流入分流后换向阀33的油液不换向，分流阀32的工作油口a输出的油液经分流后换向阀33的工作油口a后，与辅助泵17输出的油液合流进入冷却马达21，冷却马达21驱动风扇旋转，为冷却器20散热。
60.液压系统还包括动臂锁定阀15，
61.节能装置阀块还包括液控切换阀31，
62.分流阀32的工作油口b通过液控切换阀31和动臂锁定阀15连接至比例换向阀12的工作油口e。
63.液控切换阀31的出口xbmb连接至比例换向阀12的左控制端。
64.分流后换向阀33的控制端xc连接至变量泵10控制端。
65.分流前换向阀30的控制端xbmb连接至比例换向阀12的右控制端。
66.本发明的工作原理是：
67.当司机操作挖掘机手柄，下降先导控制阀19压下，控制信号xbmb使分流前换向阀30和液控切换阀31换向，控制信号xbmb也使液控换向阀16换向，动臂锁定阀15的控制腔接油箱，动臂锁定阀15反向打开，同时控制信号xbmb使比例换向阀12左位工作，变量泵10输出的油液经主泵单向阀11和比例换向阀12，从比例换向阀12的d口输出进入动臂液压缸1的活塞腔。动臂液压缸1活塞腔油液经分流前换向阀30从a口输出进入分流阀32，分流阀32b口输出的一半油液经动臂锁定阀15进入比例换向阀12的e口，和d口进入的油液合流供给动臂液压缸1的活塞腔实现流量再生，变量泵10供油量减少，发动机燃油量也减少。
68.如果此时挖掘机还有其它动作，变量泵10输出高压，控制信号xc高于分流后换向阀33弹簧的设定值时，分流后换向阀33换向，分流阀32a口输出的另一半油液经分流后换向阀33从b口输出进入增压器34，增压器34增压后的油液与变量泵10输出的油液合流进入比例换向阀12进口供挖掘机工作，变量泵10的供油量进一步减少，发动机燃油量也进一步减少，把动臂下降的势能转化为液压能达到节能减排的目的。
69.如果此时挖掘机没有其它动作，变量泵10输出的压力低，控制信号xc低于分流后换向阀33弹簧的设定值，分流后换向阀33不换向，分流阀32a口输出的油液经分流后换向阀33从a口输出与辅助泵17输出的油液合流进入冷却马达21，冷却马达21驱动风扇旋转排出空气让冷却器20散热，这样就提高了挖掘机的散热能力。
70.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
71.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。