升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种升降设备在非稳定载荷下势能回收系统及使用方法，本系统第一电磁换向阀第一出油口连接第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀入油口；第一电磁换向阀的第二出油口连接第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀入油口；第五电磁换向阀通过功能阀组与第一液控单向阀出油口相通并与第二势能回收缸无杆腔油口连接，第五电磁换向阀回油口和第一液控单向阀入油口与第一、第二势能回收缸有杆腔油口相通且均与油箱第一回油口连接。本方法步骤：确定势能回收系统分担的载荷、势能回收缸和蓄能器规格、势能回收缸辅助推动载荷上升，压力传感器检测设备升降时蓄能器压力及升降缸承受的载荷。本发明能分别将下降时被浪费的部分重力势能回收。
【专利说明】升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种升降设备的势能回收系统及其使用方法，具体的说是升降设备在稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]升降及步进机械在各个行业占了很大的比重，且其大部分都属于重载、连续生产工况，这些设备的升降运动大部分采用液压驱动，上升时由液压缸提供动力，下降时靠自重或动力加辅助背压。设备在下降过程中释放的重力势能大部分转化为热量被白白消耗，而此部分能量占到了提升时能耗总量的50%到70%，甚至更高。
[0003]以步进式加热炉为例，其主驱动液压系统根据步进梁上升时的最大载荷(步进梁自重、炉内钢坯最大载荷)进行配置，上升时由升降液压缸驱动，下降则靠自重。在下降过程中，步进梁以及炉内钢坯的重力势能基本都被转化为热量(节流损失、摩擦损失)被白白消耗。同时，按最大载荷配置的主驱动液压系统，其主泵电机的总功率偏大，即使在空载时，这些电机也会消耗工作状态下35%左右的电量。除步进式加热炉外，步进梁运输机、步进式冷床、升降式称重设备、液压升降机等都存在相同的问题:下降过程中大部分重力势能被白白消耗，造成了能源的极大浪费。如果能将此部分的势能进行回收再利用，将会产生巨大的经济效益和行业影响。
[0004]升降及步进机械除了采用液压驱动以外，也有采用电机驱动的形式，也存在同样的问题。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种升降设备在稳定载荷下的势能回收系统及其使用方法，能分别单独将下降过程中被浪费的部分重力势能回收。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的:
一种升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统，其特征在于:它包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、第一蓄能器组、第二蓄能器组、第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、功能阀组、第一溢流阀、第二溢流阀、补油泵、单向阀、安全阀和油箱；
补油泵的吸油口与油箱的出油口连接，补油泵的出油口分别连接单向阀的入油口和安全阀的入油口，单向阀的出油口分别连接第一电磁换向阀的入油口、第二电磁换向阀的入油口和第三电磁换向阀的入油口，安全阀的出油口连接油箱的第四回油口；
第一电磁换向阀的第一出油口分别连接第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口，第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口相通且均与第一溢流阀的入油口连接，第一压力传感器安装于第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀入油口之间的管路上，第一溢流阀的出油口连接油箱的第二回油口 ；第一电磁换向阀的第二出油口分别连接第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口，第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口相通且均与第二液控单向阀的入油口连接，第二压力传感器安装于第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀入油口之间的管路上，第二液控单向阀的出油口连接第二溢流阀的入油口，第二溢流阀的出油口连接油箱的第三回油口；
第二电磁换向阀的出油口连接第二液控单向阀的控制油口；
第三电磁换向阀的出油口连接第一液控单向阀的控制油口；
第四电磁换向阀的出油口连接第一势能回收缸的无杆腔油口；
第五电磁换向阀的出油口连接功能阀组的入油口，功能阀组的出油口和第一液控单向阀的出油口都与第二势能回收缸的无杆腔油口连接，第五电磁换向阀的回油口和第一液控单向阀的入油口与第一势能回收缸的有杆腔油口和第二势能回收缸的有杆腔油口相通且均与油箱的第一回油口连接。
[0007]所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收液压控制系统，其特征在于:所述第二溢流阀为比例溢流阀。
[0008]所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，本方法中涉及的设备包括升降设备，所述升降设备包括载物架和升降缸，升降缸设于载物架的下部，其特征在于，所述升降设备还包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、固定框架以及置于固定框架上部的载荷，第一势能回收缸和第二势能回收缸均设于载物架的下部，固定框架位于载物架上方，升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动，第一势能回收缸和第二势能回收缸通过回收的重力势能辅助升降缸动作，其中第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的部分重力势能，第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的部分重力势能，在载荷运动行程起作用，本方法包括如下步骤:
步骤一:确定第一势能回收缸分担的载荷重量
W1(O
式(I)中，G12:第一势能回收缸分担的载物架自重的部分载荷重量；
G2:载物架的自重；
S12:第一势能回收缸分担载物架重量的系数，该系数取值范围为O~I之间；
步骤二:根据式(I)得出G12后，确定第一势能回收缸的规格
【权利要求】
1.一种升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统，其特征在于:它包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、第一蓄能器组、第二蓄能器组、第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、第五电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、功能阀组、第一溢流阀、第二溢流阀、补油泵、单向阀、安全阀和油箱； 补油泵的吸油口与油箱的出油口连接，补油泵的出油口分别连接单向阀的入油口和安全阀的入油口，单向阀的出油口分别连接第一电磁换向阀的入油口、第二电磁换向阀的入油口和第三电磁换向阀的入油口，安全阀的出油口连接油箱的第四回油口； 第一电磁换向阀的第一出油口分别连接第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口，第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀的入油口相通且均与第一溢流阀的入油口连接，第一压力传感器安装于第一蓄能器组连接油口和第四电磁换向阀入油口之间的管路上，第一溢流阀的出油口连接油箱的第二回油口； 第一电磁换向阀的第二出油口分别连接第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口，第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀的入油口相通且均与第二液控单向阀的入油口连接，第二压力传感器安装于第二蓄能器组连接油口和第五电磁换向阀入油口之间的管路上，第二液控单向阀的出油口连接第二溢流阀的入油口，第二溢流阀的出油口连接油箱的第三回油口； 第二电磁换 向阀的出油口连接第二液控单向阀的控制油口； 第三电磁换向阀的出油口连接第一液控单向阀的控制油口； 第四电磁换向阀的出油口连接第一势能回收缸的无杆腔油口； 第五电磁换向阀的出油口连接功能阀组的入油口，功能阀组的出油口和第一液控单向阀的出油口都与第二势能回收缸的无杆腔油口连接，第五电磁换向阀的回油口和第一液控单向阀的入油口与第一势能回收缸的有杆腔油口和第二势能回收缸的有杆腔油口相通且均与油箱的第一回油口连接。
2.根据权利要求1所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收液压控制系统，其特征在于:所述第二溢流阀为比例溢流阀。
3.—种如权利要求1或2所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，本方法中涉及的设备包括升降设备，所述升降设备包括载物架和升降缸，升降缸设于载物架的下部，其特征在于，所述升降设备还包括第一势能回收缸、第二势能回收缸、固定框架以及置于固定框架上部的载荷，第一势能回收缸和第二势能回收缸均设于载物架的下部，固定框架位于载物架上方，升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动，第一势能回收缸和第二势能回收缸通过回收的重力势能辅助升降缸动作，其中第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的部分重力势能，第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的部分重力势能，在载荷运动行程起作用，本方法包括如下步骤: 步骤一:确定第一势能回收缸分担的载荷重量 W1(I) 式(I)中，G12:第一势能回收缸分担的载物架自重的部分载荷重量； G2:载物架的自重； S12:第一势能回收缸分担载物架重量的系数，该系数取值范围为O~I之间；步骤二:根据式(I)得出G12后，确定第一势能回收缸的规格
式(2)中=D12:第一势能回收缸无杆腔直径； N12:第一势能回收缸的数量； P12 =G12对应的第一蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10~16MPa之间； A:升降系数； 步骤三:确定第一蓄能器组的有效容积
式(3)中=Vtl2:第一蓄能器组的有效容积；
L:第一势能回收缸的工作行程； 步骤四:确定第一蓄能器组的总容积
式(4)中:Vw2:第一蓄能器组的总容积； P02:第一蓄能器组的充气压力； P22 =G12对应的第一蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P22=1.1~1.2 P12)； k:多变指数，常温状态:k=l，多变状态:k=1.4 ; 步骤五:确定第一蓄能器组的数量和规格
式(5)中-M2:所选第一蓄能器组的规格； nx2:第一蓄能器组的数量； 步骤六:第一势能回收缸的势能回收功能启动时，第四电磁换向阀得电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组保持连通； 步骤七:在上升过程中，升降缸推动载物架上升，第一势能回收缸同步辅助推动其上升，其动力由第一蓄能器组提供，期间一旦第一压力传感器检测到的压力低于最低工作压力P12，第一电磁换向阀的线圈b得电，补油泵向第一蓄能器组中补油，直到压力到达P12后，第一电磁换向阀失电，补油停止，确保第一蓄能器组中的压力不低于P12; 步骤八:第一势能回收缸用于回收载物架下降时释放的重力势能，在下降过程中，升降缸无杆腔的液压油流回油箱，第一势能回收缸无杆腔液压油被压至第一蓄能器组中，一旦第一压力传感器检测到的压力高于最高工作压力P22时，则多余液压油从第一溢流阀流回油箱，由于载物架的自重相对恒定，故第一溢流阀的设定压力也恒定； 步骤九:载物架再一次作升降运动时，第一蓄能器组中的压力始终在P12~P22之间变化，即第一势能回收缸通过回收势能承担的载荷重量始终不少于G12 ； 步骤十:当第一势能回收缸的势能回收功能取消时，第四电磁换向阀失电，使第一势能回收缸无杆腔与第一蓄能器组断开；步骤十一:确定第二势能回收缸分担的载荷重量
式(6)中，G13:第二势能回收缸分担的载荷的部分载荷重量； G3:载荷的自重； S13:第二势能回收缸分担载荷重量的系数，该系数取值范围为O~I之间； 步骤十二:根据式(6)得出G13后，确定第二势能回收缸的规格
式(7)中=D13:第二势能回收缸无杆腔直径； N13:第二势能回收缸的数量； P13 =G13对应的第二蓄能器组的最低工作压力，其取值范围为10~16MPa之间； A:升降系数； 步骤十三:确定第二蓄能器组的有效容积
式(8)中=Vtl3:第二蓄能器组的有效容积；
L1:第二势能回收缸的工作行程； 步骤十四:确定第二蓄能器组的总容积
式(9)中:Vw3:第二蓄能器组的总容积； P03:第二蓄能器组的充气压力； P23 =G13对应的第二蓄能器组的最高工作压力，其取值范围为P23=L I~L 2 P13)； 步骤十五:确定第二蓄能器组的数量和规格
式(10)中:v3:所选第二蓄能器组的规格； nx3:第二蓄能器组的数量； 步骤十六:当第二势能回收缸的势能回收功能启动时，第二溢流阀得电； 步骤十七:当载物架在固定框架以下上升时，第二势能回收缸在空载状态下随载物架一起动作，第二势能回收缸无杆腔需要的液压油从油箱和第二势能回收缸有杆腔经第一液控单向阀补充； 步骤十八:当载物架上升至固定框架时，载荷被抬起，此时: 第五电磁换向阀得电，使第二蓄能器组经功能阀组与第二势能回收缸无杆腔小流量连通，其余所需流量经第一液控单向阀从油箱自动补充； 第五电磁换向阀得电后，延时时间0.1~0.5秒后，功能阀组自动切换，使第二蓄能器组与第二势能回收缸无杆腔大流量连通，第二蓄能器组中回收的势能推动第二势能回收缸动作；步骤十九:当载物架及载荷在固定框架以上上升时: 第二势能回收缸同步辅助升降缸推动载荷及载物架上升，期间一旦第二压力传感器检测到的压力低于P13时，第一电磁换向阀的线圈a得电，补油泵向第二蓄能器组中补油，直到压力到达P13 ； 当第一蓄能器组和第二蓄能器组同时需要补油时，第二蓄能器组优先补油； 载物架到达上升位置停止后，功能阀组与第五电磁换向阀保持状态不变； 步骤二十:当载物架及载荷在固定框架以上下降时: 第二势能回收缸用于回收载荷下降时释放的重力势能，第二势能回收缸无杆腔的液压油被压至第二蓄能器组中，第二电磁换向阀得电，使第二液控单向阀反向打开，一旦第二压力传感器检测到的压力高于P23时，第二溢流阀的控制信号降低，直到第二压力传感器检测到的压力低于P23后停止； 下一个动作循环开始时，第二溢流阀的控制信号的给定值仍然是初始设定值； 步骤二十一:当载物架及载荷下降至固定框架时，载荷被放到固定框架上，此时: 功能阀组自动切断，第五电磁换向阀同时失电，第二势能回收缸无杆腔与油箱小流量连通； 延时时间0.1~0.5秒后，第三电磁换向阀得电，使第一液控单向阀反向打开，第二势能回收缸无杆腔的压力全部释放，变为空载状态； 步骤二十二:当载物架在固定框架以下下降时: 第二势能回收缸以空载状态随载物架下降，载物架到达下降位置后停止； 步骤二十三:在载荷及载物架升降过程中，第一蓄能器组中的压力始终在P12~P22之间变化，第二蓄能器组中在固定框架以上的压力始终在P13~P23之间变化，即通过回收的势能，第一势能回收缸在整个工作行程承担的载荷重量始终不少于G12，第二势能回收缸在固定框架以上承担的载荷重量始终不少于G13，升降缸承担的载荷重量满足: 固定框架以下: G4￡(1-?-Gi(11) 固定框架以上:+ Gi (12) 步骤二十四:当载荷重量G3发生变化时，G12保持不变，G13同步发生变化，相应的第二蓄能器组的最低工作压力P13和最高工作压力P23也发生变化，使第二势能回收缸的势能回收载荷重量G13可根据载荷自重的变化自动调整。
4.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于:步骤一中所述系数S12取0.4~0.6。
5.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于:步骤四中的第一蓄能器组的充气压力Ptl2=0.9 P120
6.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于:步骤十一中所述系数S13取0.4~0.6。
7.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于:步骤十四中的第二蓄能器组的充气压力Ptl3=0.9 P130
8.根据权利要求3所述的升降设备在非稳定载荷下的势能回收系统的使用方法，其特征在于:所述升降缸推动载物架和载荷沿升降斜坡作升降运动的形式为垂直升降式或螺旋升降式。
【文档编号】F15B21/14GK104047932SQ201310082397
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】张久林, 谷硕, 王达, 薛峰 申请人:宝钢工业炉工程技术有限公司