专利名称：弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装载机动臂势能回收再生控制系统，更确切地说是一种弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统。
背景技术：
在装载机装载作业过程中，装载机动臂需要频繁的举升和下降，在动臂举升过程中，发动机驱动液压泵经液压换向阀控制动臂油缸，将动臂连同铲斗和摇臂一起举升至卸料高度，铲斗卸料后，发动机驱动液压泵经液压换向阀控制动臂油缸，将动臂、铲斗和摇臂一起下降至装料高度，在动臂举升和下降过程中，均需要发动机提供动力，且动臂重力势能白白浪费，使装载机存在油耗高、排放污染大等不足。现有的装载机动臂势能回收控制系统通常采用液压回收或液压驱动发电的回收方式，即将动臂油缸的回油腔连接一个液压马达，液压马达向液压蓄能器泵入高压油液；或将液压马达与电机同轴相连，在动臂下降时使电机发电，回收动臂下降的重力势能。这种动臂势能回收方式，存在结构复杂、能量转化率低、动态响应慢、重量大、成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种可以根据驾驶员的操作意图，实现动臂工作过程中势能回收再生的弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统。为解决上述技术问题，本发明的弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统，包括前桥车架、动臂、定滑轮、钢丝绳、弹性橡胶带蓄能器、动臂举升限位开关、点火开关，其特征在于它还包括电控单元、动臂操纵杆举升挡位开关、动臂操纵杆下降挡位开关、液压电磁换向阀。`其中，电控单元采用单片机，电控单元输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关、动臂操纵杆下降挡位开关、动臂举升限位开关、点火开关，其输出端连接液压电磁换向阀的电磁线圈，液压电磁换向阀为二位四通液压电磁换向阀，其P、T油口连接油箱，A、B油口分别连接油缸的第一进油口和油缸封盖第二进油口，用于对弹性橡胶带储存能量和释放能量的控制，即动臂势能回收和再生的控制。动臂操纵杆举升挡位开关和下降挡位开关均为霍尔式接近开关。动臂操纵杆举升挡位开关、下降挡位开关分别安装在动臂操纵杆举升位置和下降位置的固定支架上，动臂举升限位开关固定在前桥车架和动臂上。本发明与现有技术相比，其优点是:
(1)电控单元根据检测动臂操纵杆举升挡位开关、动臂操纵杆下降挡位开关、动臂举升限位开关的信号，电控单元能自动识别驾驶员对动臂的操作意图以及动臂举升到最高位置时的安全限位，实现弹性橡胶带蓄能器储存能量和释放能量，从而实现了动臂工作过程中势能回收再生，降低了装载机工作时的油耗和废气排放；
(2)本系统在对动臂势能回收和再生控制时，弹性橡胶带蓄能器对动臂势能的储存和释放与动臂的工作操作各自独立运行，不干涉装载机原工作状态，确保装载机的工作安全性。
图1是本发明实施例的弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生装置结构示意图。图2是本发明实施例的弹性橡胶带蓄能器的纵向剖面结构及油缸控制油路示意图。图3是本发明实施例弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统组成原理图。图中:1.动臂2.前桥车架3.定滑轮4.钢丝绳6.油箱100.弹性橡胶带蓄能器101.壳体IOla.安装底座IOlb.壳体底板102.橡胶带卡夹103.密封塞104.弹性橡胶带105.连接盘106.分拉杆107.空腔封盖107a.单向充气阀108.拉力板109.拉杆109a.拉杆法兰109b.拉杆吊环110.活塞杆111.活塞112.油缸112a.第一进油口 113.油缸封盖113a.第二进油口 114.有杆腔115.无杆腔500.电控单元501.动臂操纵杆举升挡位开关502.动臂操纵杆下降挡位开关503.动臂举升限位开关504.液压电磁换向阀504a.电磁线圈505.动臂操纵杆506.点火开关
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细描述。如图1所示，本发明的弹性橡胶带蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置，包括前桥车架2、动臂1 、弹性橡胶带蓄能器100、定滑轮3、钢丝绳4、动臂举升限位开关503、液压电磁换向阀504、点火开关506、油箱6，其特征在于它还包括电控单元500、动臂操纵杆举升挡位开关501、动臂操纵杆下降挡位开关502。如图2所示，本发明的弹性橡胶带蓄能器100包括:壳体101、安装底座101a、橡胶带卡夹102、密封塞103、弹性橡胶带104、连接盘105、分拉杆106、空腔封盖107、单向充气阀107a、拉力板108、拉杆109、活塞杆110、活塞111、油缸112、油缸封盖113。弹性橡胶带蓄能器100的安装底座IOla固定安装在前桥车架2上，定滑轮3固定安装在前桥车架2的滑轮支架上，拉杆109的一端设有拉杆吊环10%，钢丝绳4的一端与拉杆109的拉杆吊环109b —端固定连接,钢丝绳4另一端绕过定滑轮3与动臂I的中部固定铰接。拉杆109的另一端设有拉杆法兰109a，拉杆109的拉杆法兰109a端与拉力板108的一端面固定连接，拉力板108的另一端面与活塞杆110的一端固定连接，活塞杆110的另一端穿过油缸封盖113的中心通孔与活塞111固定连接；活塞111装入油缸112内，活塞111将油缸空腔分为有杆腔114和无杆腔115，拉杆109的纵向轴线与拉力板108的纵向轴线、活塞杆110的纵向轴线、活塞111的纵向轴线、油缸112的纵向轴线在同一条直线上；壳体101的纵向中央位置处设有一个圆柱通孔，油缸112固定安装在壳体101的该圆柱通孔上；拉力板108另一端面的外周上还与六个分拉杆106的一端固定连接，这六个分拉杆106以拉力板108的纵向轴线对称布置，每个分拉杆106的另一端穿过空腔封盖107上的中心通孔与连接盘105的一个端面固定连接，每个连接盘105置于壳体101的空腔内；每个连接盘105的另一个端面和壳体底板IOlb之间固定连接有十六条弹性橡胶带104,每条弹性橡胶带104的一端用橡胶带卡夹102固定在连接盘105上，每条弹性橡胶带104的另一端也用橡胶带卡夹102固定在壳体底板IOlb上。油缸112的底部设有第一进油口 112a，第一进油口 112a连通至无杆腔115 ;油缸封盖113上还设有第二进油口 113a，第二进油口 113a连通至有杆腔114。液压电磁换向阀504为二位四通液压电磁换向阀，液压电磁换向阀504的A油口通过液压管路连接至第一进油口 112a，液压电磁换向阀504的B油口通过液压管路连接至第二进油口 113a，液压电磁换向阀504的P、T油口通过液压管路连接至油箱6。动臂操纵杆举升挡位开关501、下降挡位开关502分别安装在动臂操纵杆举升位置和下降位置的固定支架上，动臂举升限位开关503固定在前桥车架2上。弹性橡胶带蓄能器100的壳体101和空腔封盖107形成封闭空腔，通过单向充气阀107a向封闭空腔充入氮气，充入氮气的压力为IOOkPa,以防止大气对弹性橡胶带的侵蚀和老化作用，延长弹性橡胶带的使用寿命。弹性橡胶带蓄能器100的最大拉伸量大于动臂I从最高位置下降到最低位置时钢丝绳4所拉动的长度的10% 20%,以防止弹性橡胶带被过度拉伸，确保使用安全。将定滑轮3、钢丝绳4，弹性橡胶带蓄能器100在前桥车架2的左右两侧各布置一套，且两套装置以前桥车架2的纵向轴线对称安装。如图3所示，本发明 的弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统包括:电控单元500、动臂操纵杆举升挡位开关501、动臂操纵杆下降挡位开关502、动臂举升限位开关503、液压电磁换向阀504、点火开关506 ;其中，动臂操纵杆举升挡位开关501用于检测动臂操纵杆挡位是否在举升位置，动臂操纵杆下降挡位开关502用于检测动臂操纵杆挡位是否在下降位置，动臂举升限位开关503用于检测动臂举升是否到限位位置；电控单元500采用单片机，其输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关501、动臂操纵杆下降挡位开关502、动臂举升限位开关503、点火开关506，用于判断驾驶员对装载机工作装置动臂I的操作意图以及动臂I是否举升到限位位置时的安全限位，其输出端连接液压电磁换向阀504的电磁线圈504a，用于对弹性橡胶带蓄能器100储存能量和释放能量的控制，即动臂I势能回收和再生的控制。在装载机作业过程中，当驾驶员将动臂操纵杆505推至下降挡位，动臂操纵杆下降挡位开关502闭合，装载机动臂I开始下降，电控单元500检测到动臂操纵杆下降挡位开关502的闭合信号后，电控单兀500控制液压电磁换向阀504的电磁线圈504a通电,液压电磁换向阀504通电动作；随着装载机动臂I的下降，固定在动臂I上的钢丝绳4拉动弹性橡胶带蓄能器100的拉杆109向上运动，拉杆109通过拉力板108拉动分拉杆106，分拉杆106再经连接盘105将弹性橡胶带104拉伸；同时拉杆109通过拉力板108拉动活塞杆110，活塞杆110拉动活塞111 一起上升，有杆腔114的液压油从第二进油口 113a排出，经过液压电磁换向阀504流回油箱6，无杆腔115由于活塞111的上移而形成真空，液压油经油箱6和液压电磁换向阀504通过第一进油口 112a，被吸入到无杆腔115 ;停止动臂I下降时则液压电磁换向阀504回位至关闭位置，此时无杆腔115的第一进油口 112a和有杆腔114的第二进油口 113a均被液压电磁换向阀504关断，活塞111被固定不动，活塞杆110、拉力板108、拉杆109、分拉杆106、连接盘105均保持固定不动，弹性橡胶带104保持拉伸状态不变，这样就将动臂I下落的重力势能转换为弹性橡胶带蓄能器100的弹性势能储存起来。在装载机作业过程中，当驾驶员将动臂操纵杆505推至举升挡位时，动臂操纵杆举升挡位开关501闭合，装载机动臂I开始举升，电控单元500检测到动臂操纵杆举升挡位开关501的闭合信号后，电控单兀500控制液压电磁换向阀504的电磁线圈504a通电,液压电磁换向阀504通电动作；弹性橡胶带104收缩,经连接盘105拉动分拉杆106,分拉杆106再经拉力板108拉动拉杆109向下运动,拉杆109通过钢丝绳4拉动动臂I上升；同时拉力板108拉动活塞杆110向下运动并推动活塞111向下移动，无杆腔115的液压油从第一进油口 112a排出，经过液压电磁换向阀504流回油箱6,有杆腔114由于活塞111的下移而形成真空，液压油经油箱6和液压电磁换向阀504通过第二进油口 113a，被吸入到有杆腔114 ;此时弹性橡胶带104的弹性势转换为动臂I的重力势能；停止动臂I上升时则液压电磁换向阀504回位至关闭位置，此时无杆腔115的第一进油口 112a和有杆腔114的第二进油口 113a均被液压电磁换向阀504关断，活塞111被固定不动，活塞杆110、拉力板108、拉杆109、分拉杆106、连 接盘105均保持固定不动，弹性橡胶带104被保持在收缩状态，这样就将弹性橡胶带蓄能器100的弹性势能转换为动臂I上升的重力势能。当动臂I举升至举升限位高度，动臂举升限位开关503闭合，电控单元500控制电磁线圈504a断电，弹性橡胶带蓄能器100处于能量保持状态。当装载机进行刮平作业或动臂I不举升、不下降时，此时动臂操纵杆505置于浮动位置或中位，此时电控单元500控制液压电磁换向阀504会保持断电位置，有杆腔114和无杆腔115的液压油不再相互流动，弹性橡胶带蓄能器100处于能量保持状态。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
权利要求
1.一种弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统，它包括弹性橡胶带蓄能器(100)、前桥车架(2)、动臂(I)、定滑轮(3)、钢丝绳(4)、点火开关(506)、动臂举升限位开关(503)，其特征在于它还包括: 电控单元(500)、动臂操纵杆举升挡位开关(501)、动臂操纵杆下降挡位开关(502)、液压电磁换向阀(504 )； 所述电控单元(500)采用单片机，电控单元(500)输入端连接动臂操纵杆举升挡位开关(501)、动臂操纵杆下降挡位开关(502)、动臂举升限位开关(503)、点火开关(506)，电控单元(500)的输出端连接液压电磁换向阀(504)的电磁线圈(504a)。
2.如权利要求1所述弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统，其特征在于:所述动臂操纵杆举升挡位开关(501)为霍尔式接近开关。
3.如权利要求1所述弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统，其特征在于:所述动臂操纵杆下降挡位开关(502)为霍尔式接近开关。
4.如权利要求1所述弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统，其特征在于:所述液压电磁换向阀(504 )为二位四通液压电磁换向阀，其P、T油口连接油箱(6 )，A、B油口分别连接油缸(112)的第·一进油口(112a)和油缸封盖(113)第二进油口(113a)。
全文摘要
本发明公开了一种弹性橡胶带蓄能式装载机动臂势能回收再生控制系统。它包括前桥车架、动臂、弹性橡胶带蓄能器、液压电磁换向阀、钢丝绳、定滑轮、动臂操纵杆举升挡位开关、动臂操纵杆下降挡位开关、动臂举升限位开关、电控单元，系统自动识别驾驶员对装载机工作装置动臂的操作意图，进行弹性橡胶带弹性势能储存和释放的控制，从而实现装载机动臂势能的回收再生利用，达到节能减排的目的。
文档编号E02F3/42GK103243753SQ20131016508
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者曲金玉, 王儒, 李训明, 魏伟 申请人:山东理工大学