一种液压铲工作装置的控制回路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制液压铲工作装置的液压系统，用于液压铲动臂和斗杆举升机构，降低其工作能耗的控制回路。
【背景技术】
[0002]在挖掘机，装载机以及其它由液压缸驱动，需要工作装置频繁上下往复运动的机械装置中，通常由于工作装置自身重量较大，液压缸驱动其上升时，液压系统需要克服其重力做工，工作装置下降时，工作装置的势能经液压阀节流转换为热能消耗掉，不仅浪费能源，且会使液压系统油温升高，增加系统故障概率，影响液压系统的使用寿命。尤其像液压铲这样的重型设备，工作装置自重大，每次举升动作都需要消耗巨大的能量用于举升工作装置本身。
[0003]若能将此类工作装置具有的势能回收利用，将会有可观的节能效果，且能延长液压系统的寿命。为了利用这部分能量，德国利勃海尔公司申请了使用能量回收缸平衡工作装置重力，减小这部分能耗的发明专利(CN 102561442 A)，我国杨双来也申请了在挖掘机原有双液压缸驱动工作装置的基础上，增设气液储能缸平衡工作装置重量的发明专利(CN102518606 A)。但这种方法需要在原有双液压缸的基础上增加第三个液压缸，会改变原有机械装置的结构，布置也较为困难。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中的不足，提供了一种结构简单，不改变原有工作装置的结构，且可回收并再利用工作装置势能的一种液压铲工作装置的控制回路。
[0005]本发明结构紧凑，集成度高，不影响机械装置的原有液压系统，适用于多种液压系统，有多种组合解决方案。
[0006]本发明的控制回路包括液压缸液-气储能平衡回路和液压缸驱动回路两部分，使用的液压缸为具有三个容腔的液压缸。
[0007]所述液压缸液-气储能平衡回路包括高压蓄能器、低压蓄能器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、原动机、液压栗马达、压力传感器、第二控制器、安全阀、单向阀、油箱、位移传感器。动臂液压缸第三工作油口通过第一截止阀与高压蓄能器相连;液压栗马达的一个工作油口通过第二截止阀与高压蓄能器相连，液压栗马达的另一个工作油口通过第三截止阀与低压蓄能器相连。
[0008]在每个蓄能器的油口处均连接安全阀和单向阀，其中安全阀高压侧连接蓄能器，低压侧连接油箱。每个蓄能器均连接一个单向阀，单向阀连接油箱，允许的油液流动方向为从油箱到蓄能器。在两组蓄能器的油口处均安装有压力传感器，压力传感器采集到的油压信号输送至第二控制器。原动机与液压栗马达通过联轴器连接，用于驱动液压栗马达。在液压缸上装有位移传感器，有位移传感器采集液压缸伸出的位移信号输送至第二控制器。由第二控制器采用合适的控制方法控制三个截止阀以及原动机。
[0009]使用时，低压蓄能器预先充入较低压力的气体或不充入气体，而高压蓄能器需要预先充入一定的高压气体，并通过第一截止阀与液压缸的一个油口(Pa和Pc中的一个)连接，通常第一截止阀处于打开状态，第二截止阀和第三截止阀处于关闭状态。此时与高压蓄能器相连的腔室具有与高压蓄能器一样的压力，通过调定预充的压力，即可使与高压蓄能器相连的腔室具有足够的平衡力来平衡工作装置的重量。当液压缸驱动回路驱动液压缸缩回时，工作装置下降，与高压蓄能器相连的腔室体积减小，该腔室油液进入高压蓄能器，工作装置的势能转换并储存在高压蓄能器中，避免了在液压阀口处由于节流作用损失。液压缸驱动回路驱动液压缸伸出时，工作装置上升，与高压蓄能器相连的腔室体积增大，高压蓄能器中的油液进入该腔室，储存在高压蓄能器中的能量装换为工作装置的势能，减少液压栗输出能量，具有较好的节能效果。
[0010]由于蓄能器内油液压力会随着体积的变化而变化，因此设置低压蓄能器及相关元件用以调节高压蓄能器的压力。第二控制器具有三种工作模式:
(I)静态工作点模式
在该模式下，第二控制器内设有三个压力阈值P1，P2和P3，且P1>P2>P3。其中pi为高压蓄能器的最高工作压力，P3为高压蓄能器的最低工作压力，P2为高压蓄能器的预设工作压力。第二控制器通过压力传感器实时监测高压蓄能器的压力P。
[0011]当P>P1时，打开第二截止阀和第三截止阀，并启动原动机，原动机驱动液压栗马达将高压蓄能器中的油液转移至低压蓄能器，直至P <p2时停止原动机，同时关闭第二截止阀和第三截止阀，从而降低高压蓄能器的压力，并趋于预设工作压力P2。该过程中，若第二控制器通过压力传感器监测到低压蓄能器压力超过安全限定值时，同样停止原动机，同时关闭第二截止阀和第三截止阀。
[0012]当P<P3时，打开第二截止阀和第三截止阀，并启动原动机，原动机驱动液压栗马达将低压蓄能器中的油液转移至高压蓄能器，直至P >p2时停止原动机，同时关闭第二截止阀和第三截止阀，从而提高高压蓄能器的压力，并趋于预设工作压力P2。
[0013]两个安全阀防止蓄能器压力超过安全值，两个单向阀防止蓄能器被吸空。
[0014](2)动态工作点一预设压力曲线模式
通过在第二控制器中预设压力与位移关系曲线，通过位移传感器33实时采集位移信号，对比预设曲线，得出实时理想压力值PO。
[0015]gp>po时，打开第二截止阀和第三截止阀，并启动原动机，原动机驱动液压栗马达将高压蓄能器中的油液转移至低压蓄能器，直至P =PQ时停止原动机，同时关闭第二截止阀和第三截止阀，从而降低高压蓄能器的压力至Po。该过程中，若第二控制器通过压力传感器监测到低压蓄能器压力超过安全限定值时，同样停止原动机，同时关闭第二截止阀和第三截止阀。
[0016]若P<PQ时，打开第二截止阀和第三截止阀，并启动原动机，原动机驱动液压栗马达将低压蓄能器中的油液转移至高压蓄能器，直至P =PQ时停止原动机，同时关闭第二截止阀和第三截止阀，从而提高高压蓄能器的压力至PO。
[0017](3)动态工作点一压力匹配模式
第一控制器与第二控制器可以实时通信。第一控制器通过压力传感器实时采集液压缸各腔压力值，计算出高压蓄能器所需的压力，并实时调节高压蓄能器油液压力至理想值。
[0018]该液压缸液-气储能平衡回路根据需要可简化为只包含高压蓄能器，安全阀和单向阀的简单系统，动臂液压缸工作油口PA(或PC)与高压蓄能器油口连接，同时高压蓄能器油口连接安全阀和单向阀。其中安全阀高压侧连接蓄能器，低压侧连接油箱。单向阀连接蓄能器和油箱，允许的油液流动方向为从油箱到蓄能器。同样具有良好的节能效果。
[0019]液压缸驱动回路具有多种形式:开式液压系统、闭式栗控系统等。
[0020]所述开式液压系统包含:操纵手柄，第一控制器，液压栗，原动机，换向阀，油箱，安全阀，压力传感器，流量再生阀。
[0021]该系统在驱动液压缸时，第一控制器根据操纵手柄的信号，控制换向阀处于不同的位置，从而实现液压缸伸出与缩回。压力传感器采集两个工作油口压力信号，实时传输至第一控制