结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统的制作方法

本发明涉及液压系统，具备涉及结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统。

背景技术：

采用液压蓄能器实现动臂能量的回收以及再利用，蓄能器和平衡油缸的无杆腔相连，这样可以实现对动臂的势能的回收以及再利用.目前针对挖掘机势能回收控制装置的研究有很多。例如申请号为201620875606.4、2016.08.12授权的中国实用新型专利，该专利公开了通过液控换向阀的控制口压力变化使换向阀自动换向,从而切断或接通溢流能量回收与释放油路,实现溢流损耗能量的回收与再利用。再如申请号为201420029590.6,2014.01.17授权的中国实用新型专利，该专利公开了通过设置第一平衡阀用作微动作回路,第二平衡阀用作快速动作回路,能够区别对待动臂下降的微操作和快速下降操作,实现动臂下降微动作时操控性高,对动臂势能进行回收快速动作时操控性不高,集成度高、移植性好。

但是，现有的液压蓄能器的参数一旦设置好以后就无法改变。节能系统只能基于一种最典型的动臂姿态进行参数设置。但是液压挖掘机在实际工作的过程中，工况复杂多变，因此挖掘机的动臂姿态是不断被变化的，而液压蓄能器不一定能完全适应所有情况的动臂姿态。当前关于使用液压蓄能器的能量回收技术主要是基于一种典型姿态解决动臂的能量回收以及再利用，尚无人提出可以解决液压蓄能无法适应所有动臂姿态的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于液压平衡思想的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，通过液压蓄能器、液压马达、发电机、整流器和蓄电池/超级电容等的有机组合作用，可使该系统能够适应挖掘机动臂姿态导致的负载变化，通过液压马达实现该节能系统可以适应所有情况下的负载变化，同时通过液压蓄能器作为储能单元，实现能量的回收以及再利用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，包括油箱、液压泵、换向阀、驱动油缸、平衡油缸、液压蓄能器、液压马达、发电机和储电设备，油箱、液压泵、换向阀依次相连，驱动油缸的有杆腔连接换向阀的进油口a，驱动油缸的无杆腔连接换向阀的出油口b，液压泵的出油口连接换向阀的进油口p，换向阀的出油口t接油箱，平衡油缸无杆腔连接液压马达和液压蓄能器，液压马达的输出轴与发电机的输入轴相连，发电机与储电设备电连接。

进一步的，所述发电机为直流发电机。

进一步的，所述发电机为交流发电机，发电机与储电设备之间具有逆变器。

进一步的，所述储电设备为蓄电池或超级电容。

进一步的，所述液压马达为定理马达或变量马达。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的挖掘机动臂能量回收利用系统利用液压蓄能器、平衡油缸、液压马达、发电机、蓄电池/超级电容和逆变器实现动臂能量的回收以及再利用。该系统结合了油液混合和油电混合的优点，一方面可以进行能量回收，另一方面通过马达回路间接解决了蓄能器压力变化无法适应挖掘机众多工况所带来的操控性问题。此外，马达回路的能量被储电装置吸收可用于车载设备的供电。基于此，该发明结构简单，能量利用率高，具有多种功能，实用性好，系统稳定性好，可以应用此类液压系统中实现能量的回收再利用。

附图说明

图1是本发明实施例1中的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统的结构示意图；

图3本发明实施例3中的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统的结构示意图；

以上图1中，1、油箱；2、液压泵；3、换向阀；4、三腔室液压缸；5、液压马达；6、发电机；7、整流器；8、蓄电池/超级电容；9、蓄能器；10、驱动油缸；11、平衡油缸；12、四腔室液压缸。

具体实施方式：

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，包括油箱1、液压泵2、换向阀3、三腔室液压缸4、液压马达5、发电机6、整流器7、蓄电池或超级电容8以及蓄能器9。系统包括驱动部分和平衡部分，液压泵2通过换向阀3连接三腔室平衡缸的有杆腔和无杆腔作为系统的驱动部分；蓄能器连接蓄能腔作为平衡部分。液压马达5连接发电机6，发电机6可以是交流或是直流电，当发电机6是直流电机时，发电机6直接连接蓄电池/超级电容8；当发电机6是交流电时，发电机6和蓄电池/超级电容8连接时中间需要增加整流器。增加马达回路的目的是为了调整蓄能器的回收流量，从而间接调整蓄能器的压力以适应不同的负载需求。而马达回路的能量可以转换为电能存储，从而将油液混合和油电混合进行取长补短得到新系统。

动臂下降的时候，三腔室液压缸4的蓄能腔的液压油一部分进入蓄能器9中，这时的动臂势能转换成液压能，蓄能器9作为储能元件。蓄能腔中另外一部分油液进入液压马达带动电机转动从而将液压能转化为电能。由于蓄能器压力动态和进入蓄能器的流量近似成正比，因此通过调整马达排量或电机扭矩可以动态调整蓄能器压力从而在最大程度上匹配负载力使操控性达到最优。动臂提升的时候，蓄能器9中的油液释放到三腔室液压缸4的蓄能腔，提供部分的驱动力，辅助动臂的提升。平衡单元平衡大部分的负载，驱动单元只需要提供很小的能量就能够实现动臂的提升。另外，系统的蓄电池/超级电容8所储存回收的能量可以为车载设备供电。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于采用了三腔室液压缸。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于采用了气液联动液压缸形式的四腔室液压缸。

本发明利用液压蓄能器、液压油缸、液压马达、发电机、蓄电池/超级电容和整流器实现动臂能量的回收以及再利用。并且解决了蓄能器的参数固定不变无法完全适应多种负载压力的问题。该发明结构简单，能量利用率高，实用性好，系统稳定性好，可以应用的此类液压系统中实现能量的回收再利用。

技术特征：

1.结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，其特征在于，包括油箱、液压泵、换向阀、液压油缸、液压蓄能器、液压马达、发电机和储电设备。液压马达的输出轴与发电机的输入轴相连，发电机与储电设备电连接。

2.根据权利要求1所述的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，其特征在于，所述发电机为直流发电机或交流发电机。若发电机为交流发电机，则发电机与储电设备之间具有整流器。

3.根据权利要求1所述的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，其特征在于，所述储电设备为蓄电池或超级电容。

4.根据权利要求1所述的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，其特征在于，所述液压缸为三腔室液压缸或采用双缸驱动或为气液联动缸形式。

5.根据权利要求1所述的结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，其特征在于，所述液压马达为定理马达或变量马达。

技术总结
结合油液混合和油电混合的挖掘机动臂能量回收利用系统，包括油箱、液压泵、换向阀、油缸、液压蓄能器、液压马达、发电机和储电设备，油箱、液压泵、换向阀依次相连。液压马达的输出轴与发电机的输入轴相连，发电机与储电设备电连接。本发明的系统利用液压蓄能器、液压油缸、液压马达、发电机、蓄电池/超级电容和逆变器一方面实现了动臂能量的回收以及再利用，另一方面，通过马达调节进入蓄能器的流量从而间接调整蓄能器压力以解决蓄能器压力不可变且不可适应多种负载工况的问题。该发明通过结合油液混合和油电混合实现了较好的回收效果和操控性能。

技术研发人员：王伟平;周连佺;李东笑
受保护的技术使用者：江苏师范大学
技术研发日：2020.03.03
技术公布日：2020.06.16