一种油液混合动力的挖掘机控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种液压挖掘机控制系统，具体涉及一种油液混合动力的挖掘机控制系统，属于工程机械【技术领域】。包括液压泵(1)、发动机(2)、主控阀(3)、动臂油缸(4)、回转马达(5)、回转能量回收阀(6)和动臂势能回收阀(10)，所述回转能量回收阀将回转马达的溢流能量回收至回转蓄能器(7)中；动臂势能回收阀将动臂油缸的势能回收至动臂蓄能器中；回转蓄能器和动臂蓄能器的出油口均与能量释放控制阀相连并控制将回收的能量输送至辅助马达(11)，辅助马达与发动机共同为液压泵提供动力。本发明将动臂势能和回转溢流能量均回收至蓄能器中，在系统需要时可以为系统提供辅助动力，最大限度的对挖掘机系统损失的能量进行回收。
【专利说明】一种油液混合动力的挖掘机控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液压挖掘机控制系统，具体涉及一种油液混合动力的挖掘机控制系统，属于工程机械【技术领域】。
【背景技术】
[0002]液压挖掘机由于其用量大、耗油高、排放差，已经逐渐成为节能环保领域普遍关注的对象。现有的液压挖掘机的控制系统如图1所示，发动机2带动液压泵1抽取油箱中的液压油通过主控阀3送至液压回转马达5及动臂油缸4。由于液压挖掘机的转台、动臂、斗杆和铲斗的质量较大，在减速或者制动时会释放出大量的惯性能量，解决这一问题的有效方法就是进行能量回收。一般回收所得到的能量主要有三种形式:机械能、液压能和电能。
[0003]液压式能量回收以液压蓄能器作为储能元件，在液压驱动的系统中应用较为普遍。液压挖掘机的可回收能量主要有两部分，一是回转溢流能量，二是动臂下降时的势能。现有挖掘机主要是针对回转溢流能量进行回收，并以电能的形式存储和利用，形成油电混合动力挖掘机系统，系统采用换向阀分别对马达正向回转与反向回转的能量进行回收；或是单独对动臂势能进行回收，用电磁换向阀来控制动臂的动作、及动臂势能的回收，利用动臂保持阀前的单向阀实现动臂油缸的大腔进油路和回油路的自动切换，然后利用液控换向阀实现蓄能器对能量收集、释放。
[0004]无论是单独回收回转溢流能量还是单独回收动臂势能，都会造成一部分能量的浪费；动臂下降时油缸输出的功率密度大，因此油电混合动力系统的功率密度也大，这样就会造成系统元件尺寸过大，价格较高，因此现有的油电混合动力挖掘机系统中不宜进行动臂势能回收。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种油液混合动力的挖掘机控制系统，最大限度的对挖掘机系统损失的能量进行回收，同时简化系统设计，元件尺寸较小，节约成本。
[0006]为了实现上述目的所采用的技术方案:一种油液混合动力的挖掘机控制系统，包括液压泵、发动机、主控阀、动臂油缸、回转马达、回转能量回收阀和动臂势能回收阀，所述回转能量回收阀的两个进油口分别与回转马达的A 口和B 口相连，回转能量回收阀的出油口与回转蓄能器相连；
[0007]动臂势能回收阀的进油口与动臂油缸的无杆腔相连，动臂势能回收阀的出油口与动臂蓄能器相连；
[0008]回转蓄能器和动臂蓄能器的出油口均与能量释放控制阀的进油口相连；能量释放回收阀的释放油口与辅助马达的进油口相连，辅助马达与液压泵相连，辅助马达与发动机同轴输出动力。
[0009]所述回转能量回收阀为并联的第一顺序阀和第二顺序阀，第一顺序阀的进油口与回转马达的A 口相连，第二顺序阀的进油口与回转马达的B 口相连，第一顺序阀与第二顺序阀的出油口均与回转蓄能器相连。
[0010]优选的，第一顺序阀和第二顺序阀为先导顺序阀。
[0011]进一步的，回转能量回收阀与回转蓄能器连通的油路上设有溢流阀。
[0012]更进一步的，溢流阀与回转蓄能器之间还具有单向阀。
[0013]动臂势能回收阀包括液控换向阀，其中液控换向阀的C 口与主控阀的动臂联相连，液控换向阀的D 口与动臂蓄能器进油口相连，液控换向阀的E 口与动臂油缸的无杆腔相连。
[0014]进一步的，液控换向阀与动臂蓄能器连通的油路上设有减压阀，减压阀的F 口与动臂油缸的无杆腔相连。
[0015]能量释放控制阀包括第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第一梭阀和第二梭阀，所述第二换向阀的进油口与回转蓄能器的出油口相连，第三换向阀的进油口与动臂蓄能器的出油口相连；第二换向阀和第三换向阀出油口分别与第二梭阀的进油口相连，第二梭阀的出油口与辅助马达相连；第一梭阀的进油口分别与回转蓄能器和动臂蓄能器的出油口相连，第一梭阀的出油口与第一换向阀的进油口相连，第一换向阀的出油口连接油箱。
[0016]所述辅助马达为定量液压马达或变量液压马达。
[0017]与现有技术相比，本发明采用油液混合动力系统，将动臂势能和回转溢流能量均回收至蓄能器中，在系统需要时可以为系统提供辅助动力。蓄能器的比功率较高，能够在短时间内快速的吸收执行机构所释放的能量，并在需要时直接释放至辅助马达，提高了能量回收系统的回收效率；最大限度的对挖掘机系统损失的能量进行回收，降低系统的发热，简化系统设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为现有技术的挖掘机控制系统原理图；
[0019]图2为本发明的控制系统原理图；
[0020]图3为本发明中回转能量回收阀6的原理图；
[0021]图4为本发明中动臂势能回收阀10的原理图；
[0022]图5为本发明中能量释放控制阀9的原理图。
[0023]图中:1、液压泵；2、发动机；3、主控阀；4、动臂油缸；5、回转马达；6、回转能量回收阀；7、回转蓄能器；8、动臂蓄能器；9、能量释放控制阀；10、动臂势能回收阀；11、辅助马达、12、第一顺序阀；13、第二顺序阀；14、溢流阀；15、第一换向阀；16、第二换向阀；17、第二梭阀；18、第三换向阀；19、减压阀；20、液控换向阀；21、溢流阀；22、单向阀。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0025]如图2所示，一种油液混合动力的挖掘机控制系统，包括液压泵1、发动机2、主控阀3、动臂油缸4、回转马达5、回转能量回收阀6和动臂势能回收阀10，所述回转能量回收阀6的两个进油口分别与回转马达5的A 口和B 口相连，回转能量回收阀6的出油口与回转蓄能器7相连；
[0026]动臂势能回收阀10的进油口与动臂油缸4的无杆腔相连，动臂势能回收阀10的出油口与动臂蓄能器8相连；
[0027]回转蓄能器7和动臂蓄能器8的出油口均与能量释放控制阀9的进油口相连；能量释放回收阀9的释放油口与辅助马达11的进油口相连，辅助马达11与液压泵1相连，辅助马达11与发动机2同轴输出动力。
[0028]回转蓄能器7回收回转溢流能量，动臂蓄能器8回收动臂势能，能量释放回收阀9在需要补充动力时开启，将回收后的能量输送至辅助马达11，辅助马达11与发动机2的输出轴串联，为系统提供混合的动力。
[0029]如图3所示，所述回转能量回收阀6为并联的第一顺序阀12和第二顺序阀13，第一顺序阀12的进油口与回转马达5的A 口相连，第二顺序阀13的进油口与回转马达5的B口相连，第一顺序阀12与第二顺序阀13的出油口均与回转蓄能器7相连。回转马达5启动时，进油口压力升高，回转马达5制动时出油口压力升高，根据压力较高的来选择第一顺序阀12或第二顺序阀13的开启，溢流的液压油进入蓄能器中进行回收。
[0030]优选的，第一顺序阀12和第二顺序阀13为先导顺序阀。先导顺序阀的泄漏口与油箱相连，以保证回转马达工作压力满足要求，更加适用于高压、小流量的场合。
[0031]进一步的，回转能量回收阀6与回转蓄能器7连通的油路上设有溢流阀21。所述溢流阀21用于进一步限制回收油液的最高压力，保护整个系统。
[0032]更进一步的，溢流阀14与回转蓄能器7之间还具有单向阀22。单向阀22具有反向截止功能，可以防止回收的高压油回流对系统造成破坏。
[0033]如图4所示，动臂势能回收阀10包括液控换向阀20，其中液控换向阀20的C 口与主控阀3的动臂联相连，液控换向阀20的D 口与动臂蓄能器8进油口相连，液控换向阀20的E 口与动臂油缸4的无杆腔相连。液控换向阀20根据动臂油缸4无杆腔内压力油的油液进行换向，当动臂上升或者微动作时，液控换向阀20的阀芯位置为原始位置，所述主控阀3的动臂联通过液控换向阀与动臂油缸4的无杆腔连通；当动臂迅速下降时，动臂油缸4的无杆腔压力迅速上升，推动液控换向阀20的阀芯动作，动臂油缸4无杆腔内的液压油通过液控换向阀20进入蓄能器。
[0034]进一步的，液控换向阀20与动臂蓄能器8连通的油路上设有减压阀19，减压阀19的F 口与动臂油缸4的无杆腔相连。减压阀19作压力补偿作用，使流过液控换向阀20的流量保持相对稳定。
[0035]如图5所示，能量释放控制阀9包括第一换向阀15、第二换向阀16、第三换向阀18、第一梭阀14和第二梭阀17，所述第二换向阀16的进油口与回转蓄能器7的出油口相连，第三换向阀18的进油口与动臂蓄能器的出油口相连；第二换向阀16和第三换向阀18出油口分别与第二梭阀17的进油口相连，第二梭阀17的出油口与辅助马达11相连；第一梭阀14的进油口分别与回转蓄能器7和动臂蓄能器8的出油口相连，第一梭阀14的出油口与第一换向阀15的进油口相连，第一换向阀15的出油口连接油箱。第一梭阀14和第二梭阀17限制液压油的流向，防止液压油反流破坏系统；第一换向阀15打开后可以使蓄能器内没有释放完的油液经第一梭阀14泄流入油箱。
[0036]所述辅助马达11为定量液压马达或变量液压马达。
[0037]工作原理如下:
[0038]回转马达5启动或者制动时候，回转马达5的高压油达到顺序阀设定的溢流压力P时，回转能量回收阀6开始工作，高压油通过回转马达5的A 口或B 口进入第一顺序阀12或第二顺序阀13，第一顺序阀12或第二顺序阀13打开，将回转溢流能量回收至回转蓄能器
7。所述第一顺序阀12和第二顺序阀13均为先导式顺序阀，泄漏口与油箱相连，以保证回转马达工作压力满足要求，适用于高压、小流量的场合。所述溢流阀21用于进一步限制回收油液的最高压力，保护整个系统；单向阀22具有反向截止功能，可以防止回收的高压油回流对系统造成破坏。
[0039]动臂油缸4伸出以及微动作缩回时，动臂势能回收阀10不工作，液控换向阀20处于右位，主控阀3通过液控换向阀20与动臂油缸4的无杆腔相连。
[0040]当动臂油缸4快速缩回时，动臂势能回收阀10工作，液控换向阀20处于左位，动臂油缸4无杆腔内的液压油经过液控换向阀20进入动臂蓄能器8回收动臂势能，同时减压阀19作压力补偿作用，使流过液控换向阀20的流量保持相对稳定。
[0041]当系统工作需要补充动力时，能量释放控制阀9工作，将存储在回转蓄能器7和动臂蓄能器8中的能量提供给辅助马达11，辅助马达11与发动机2 —起驱动主泵1运转。当回转蓄能器7或动臂蓄能器8内具有可释放油液时，将第二换向阀16或第三换向阀18打开，压力油经过第二梭阀17进入辅助马达11 ;当挖掘机停机后，打开第一换向阀15，蓄能器内没有释放完的油液经第一梭阀14泄流入油箱。
[0042]本发明将动臂势能和回转溢流能量均回收至蓄能器中，在系统需要时可以为系统提供辅助动力，提高了能量回收系统的回收效率，最大限度的对挖掘机系统损失的能量进行回收。
【权利要求】
1.一种油液混合动力的挖掘机控制系统，包括液压泵(I)、发动机(2)、主控阀(3)、动臂油缸(4)和回转马达(5)，其特征在于:还包括回转能量回收阀(6)和动臂势能回收阀(10)，所述回转能量回收阀(6)的两个进油口分别与回转马达(5)的A口和B 口相连，回转能量回收阀(6)的出油口与回转蓄能器(7)相连； 动臂势能回收阀(10)的进油口与动臂油缸(4)的无杆腔相连，动臂势能回收阀(10)的出油口与动臂蓄能器(8)相连； 回转蓄能器(7)和动臂蓄能器(8)的出油口均与能量释放控制阀(9)的进油口相连；能量释放回收阀(9)的释放油口与辅助马达(11)的进油口相连，辅助马达(11)与液压泵(I)相连，辅助马达(11)与发动机⑵同轴输出动力。
2.如权利要求1所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:所述回转能量回收阀(6)为并联的第一顺序阀(12)和第二顺序阀(13)，第一顺序阀(12)的进油口与回转马达(5)的A 口相连，第二顺序阀(13)的进油口与回转马达(5)的B 口相连，第一顺序阀(12)与第二顺序阀(13)的出油口均与回转蓄能器(7)相连。
3.如权利要求2所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:第一顺序阀(12)和第二顺序阀(13)为先导顺序阀。
4.如权利要求3所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:回转能量回收阀(6)与回转蓄能器(7)连通的油路上设有溢流阀(21)。
5.如权利要求4所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:溢流阀(14)与回转蓄能器(7)之间还具有单向阀(22)。
6.如权利要求1至5任一权利要求所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:动臂势能回收阀(10)包括液控换向阀(20)，其中液控换向阀(20)的C 口与主控阀(3)的动臂联相连，液控换向阀(20)的D 口与动臂蓄能器(8)进油口相连，液控换向阀(20)的E 口与动臂油缸(4)的无杆腔相连。
7.如权利要求6所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:液控换向阀(20)与动臂蓄能器(8)连通的油路上设有减压阀(19)，减压阀(19)的F 口与动臂油缸(4)的无杆腔相连。
8.如权利要求7所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:能量释放控制阀(9)包括第一换向阀(15)、第二换向阀(16)、第三换向阀(18)、第一梭阀(14)和第二梭阀(17)，所述第二换向阀(16)的进油口与回转蓄能器(7)的出油口相连，第三换向阀(18)的进油口与动臂蓄能器的出油口相连；第二换向阀(16)和第三换向阀(18)出油口分别与第二梭阀(17)的进油口相连，第二梭阀(17)的出油口与辅助马达(11)相连；第一梭阀(14)的进油口分别与回转蓄能器(7)和动臂蓄能器⑶的出油口相连，第一梭阀(14)的出油口与第一换向阀(15)的进油口相连，第一换向阀(15)的出油口连接油箱。
9.如权利要求8所述的油液混合动力的挖掘机控制系统，其特征在于:所述辅助马达(11)为定量液压马达或变量液压马达。
【文档编号】E02F9/20GK104314131SQ201410473033
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】秦家升, 王振兴, 费树辉, 史继江, 孙本强, 刘实现, 尹超, 董玉忠, 夏炎, 牛东东, 王绪通, 孙忠永, 郑华 申请人:徐州徐工挖掘机械有限公司