一種工程機(jī)械動(dòng)臂節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種工程機(jī)械動(dòng)臂節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓挖掘機(jī)作為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的最重要的工程機(jī)械機(jī)種之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利、礦山以及軍事領(lǐng)域中。液壓挖掘機(jī)的節(jié)能減排已引起了人們的廣泛關(guān)注與重視。液壓挖掘機(jī)在工作過(guò)程中，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且存在負(fù)值負(fù)載，在下降過(guò)程中，大量的重力勢(shì)能消耗在節(jié)流口。
[0003]目前，常規(guī)的動(dòng)臂勢(shì)能回收方案主要基于電氣式能量回收和液壓式能量回收展開(kāi)。電氣式能量回收系統(tǒng)中動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)液壓缸的回油腔與液壓馬達(dá)相連，該液壓馬達(dá)與發(fā)電機(jī)同軸相連。驅(qū)動(dòng)油缸回油腔的液壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)，將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，三相交流電能經(jīng)變頻器整流為直流電能并儲(chǔ)存在儲(chǔ)能元件當(dāng)中。當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，直流電能通過(guò)整流器逆變成目標(biāo)頻率的三相交流電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，與發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。該技術(shù)方案中所有動(dòng)臂勢(shì)能回收再利用都經(jīng)過(guò)從勢(shì)能-液壓能-機(jī)械能-電能-電容-驅(qū)動(dòng)變量泵的機(jī)械能的多次能量轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，影響了系統(tǒng)的能量回收效率。
[0004]液壓式能量回收系統(tǒng)中一般直接通過(guò)某個(gè)控制閥塊將動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔和液壓蓄能器相連，動(dòng)臂下放時(shí)，蓄能器的壓力也會(huì)逐漸升高，使得動(dòng)臂下放的速度逐漸減慢，影響了駕駛員的操作習(xí)慣。因此為了解決液壓蓄能器壓力對(duì)動(dòng)臂速度的影響。當(dāng)前提出了基于平衡油缸和液壓蓄能器的能量回收方案。當(dāng)目前的方案主要針對(duì)叉車(chē)、起重機(jī)等工程機(jī)械，驅(qū)動(dòng)油缸只需要單方向輸出力，驅(qū)動(dòng)油缸的有桿腔始終通往油箱。為了克服液壓蓄能器壓力對(duì)執(zhí)行器操控性的影響，在原驅(qū)動(dòng)油缸的基礎(chǔ)上再增加一組平衡油缸和液壓蓄能器作為負(fù)載的平衡單元，將液壓蓄能器壓力的變化通過(guò)平衡油缸轉(zhuǎn)換成力的變化直接和驅(qū)動(dòng)油缸的輸出力在動(dòng)臂上進(jìn)行耦合。平衡油缸通過(guò)液壓蓄能器平衡動(dòng)臂的重力，驅(qū)動(dòng)油缸等效于驅(qū)動(dòng)一個(gè)輕負(fù)載；當(dāng)起重機(jī)的動(dòng)臂下放時(shí)，蓄能器回收動(dòng)臂勢(shì)能；動(dòng)臂上升時(shí)，其動(dòng)臂油缸無(wú)桿腔的壓力由負(fù)載和蓄能器壓力決定。然而將該方案應(yīng)用于對(duì)于液壓挖掘機(jī)類(lèi)似工程機(jī)械時(shí)，需要考慮挖掘機(jī)動(dòng)臂具有上升、停止、下放和挖掘等工作模式，動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)油缸需要雙向輸出力，驅(qū)動(dòng)油缸的兩腔都存在高壓模式。因此當(dāng)動(dòng)臂挖掘時(shí)，此時(shí)動(dòng)臂油缸的無(wú)桿腔如果仍然與液壓蓄能器相連，會(huì)降低鏟斗的挖掘力；此外，采用液壓蓄能器和平衡油缸的無(wú)桿腔直接相連的方案中，在動(dòng)臂能量回收和釋放過(guò)程中，液壓蓄能器壓力的變化會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔的壓力隨之變化，而驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔壓力即為損耗的動(dòng)臂勢(shì)能；由于該方案中液壓蓄能器壓力和平衡油缸的無(wú)桿腔面積都不能主動(dòng)控制，因此在驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔仍然存在大量的壓力液壓油，損耗在驅(qū)動(dòng)油缸的控制閥口上。
[0005]鑒于此，本案發(fā)明人對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行深入研宄，遂有本案產(chǎn)生。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種工程機(jī)械動(dòng)臂節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其既能回收動(dòng)臂勢(shì)能，同時(shí)不影響動(dòng)臂的操作性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下之技術(shù)方案:
[0008]一種工程機(jī)械動(dòng)臂節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括有動(dòng)力單元、液壓泵、第一溢流閥、三通比例調(diào)速閥、二通比例調(diào)速閥、三位四通換向閥、第二溢流閥、第三溢流閥、第一單向閥、第二單向閥、驅(qū)動(dòng)油缸、第一平衡油缸、第二平衡油缸、第一兩位三通換向閥、第二兩位三通換向閥、第一兩位兩通換向閥、第二兩位兩通換向閥、第三兩位兩通換向閥、第四兩位兩通換向閥、液壓蓄能器、第四溢流閥、動(dòng)臂、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器以及控制器；
[0009]該動(dòng)力單元和液壓泵同軸相連；該驅(qū)動(dòng)油缸、第一平衡油缸和第二平衡油缸均與動(dòng)臂機(jī)械剛性連接；
[0010]該液壓泵的進(jìn)油口和油箱相連，液壓泵出口分別和第一溢流閥的進(jìn)油口、三通比例調(diào)速閥的進(jìn)油口相連，第一溢流閥的出油口接油箱，三通比例調(diào)速閥的回油口和油箱相連，三通比例調(diào)速閥的出油口和三位四通換向閥的油口 P相連，三位四通換向閥的油口 T和二通比例調(diào)速閥的進(jìn)油口相連，二通比例調(diào)速閥的出油口和油箱相連；
[0011]該三位四通換向閥的油口 A連接第二溢流閥的進(jìn)油口、第一單向閥的出油口以及驅(qū)動(dòng)油缸的有桿腔，第二溢流閥的出口接油箱，第一單向閥的進(jìn)油口接油箱；
[0012]該三位四通換向閥的油口 B連接第三溢流閥的進(jìn)油口、第二單向閥的出油口以及驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔，第三溢流閥的出口接油箱，第二單向閥的進(jìn)油口接油箱；
[0013]該第一平衡油缸的無(wú)桿腔和有桿腔分別連接第一兩位三通換向閥的油口 A和第二兩位三通換向閥的油口 A，第一兩位三通換向閥和第二兩位三通換向閥的油口 T均接油箱，第一兩位三通換向閥的油口 P和第二兩位三通換向閥的油口 P分別連接第二平衡油缸的有桿腔和無(wú)桿腔；
[0014]該第二平衡油缸的有桿腔連接第一兩位兩通換向閥的油口 A和第二兩位兩通換向閥的油口 B，第一兩位兩通換向閥的油口 B接油箱，第二兩位兩通換向閥的油口 A連接液壓蓄能器、第四溢流閥的進(jìn)油口、第四兩位兩通換向閥的油口 A和第二壓力傳感器，第四溢流閥的出油口接油箱；該第二平衡油缸的無(wú)桿腔連接第二兩位兩通換向閥的油口 A和第二兩位兩通換向閥的油口 B，第二兩位兩通換向閥的油口 B接油箱；
[0015]該第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的輸出信號(hào)作為控制器的輸入信號(hào)，控制器輸出信號(hào)作為第一兩位三通換向閥、第二兩位三通換向閥、第一兩位兩通換向閥、第二兩位兩通換向閥、第三兩位兩通換向閥和第四兩位兩通換向閥的電氣控制信號(hào)。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，所述三位四通電磁換向閥為液控、電磁控制或電液控制換向閥。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，所述三通比例調(diào)速閥和二通比例調(diào)速閥均為液控式或電控式比例調(diào)速閥。
[0018]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知:
[0019]1、采用了驅(qū)動(dòng)油缸和多個(gè)平衡油缸對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行復(fù)合驅(qū)動(dòng)，把液壓蓄能器壓力的變化轉(zhuǎn)變成平衡油缸輸出力的變化，和驅(qū)動(dòng)油缸的輸出力耦合在一起驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂，解決了把驅(qū)動(dòng)油缸油腔和液壓蓄能器直接相連的方案中液壓蓄能器壓力變化對(duì)動(dòng)臂速度的影響的不足之處。
[0020]2、采用了多個(gè)平衡油缸切換控制方案，當(dāng)驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔壓力較大時(shí)，多個(gè)平衡油缸同時(shí)工作，進(jìn)而降低驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔壓力；當(dāng)驅(qū)動(dòng)油缸的無(wú)桿腔壓力較小時(shí)，一個(gè)平衡油缸工作，保證了液壓蓄能器壓力較低時(shí)平衡油缸對(duì)動(dòng)臂重力的平衡作用。
[0021]3、動(dòng)臂上升過(guò)程中，平衡油缸的無(wú)桿腔與液壓蓄能器連接，有桿腔與油箱連接，蓄能器儲(chǔ)存的液壓油進(jìn)入平衡油缸的無(wú)桿腔，輔助驅(qū)動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂上升。動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)油缸無(wú)桿腔的壓力由負(fù)載壓力和液壓蓄能器壓力的差值決定，由于平衡油缸提供了部分動(dòng)力，因此液壓泵的輸出壓力降低，達(dá)到節(jié)能的目的。
[0022]4、動(dòng)臂下降過(guò)程中且未碰到地面，平衡油缸的無(wú)桿腔與液壓蓄能器連接，有桿腔與油箱連接，動(dòng)臂部分勢(shì)能以液壓能的形式通過(guò)液壓蓄能器進(jìn)行回收儲(chǔ)存，此時(shí)蓄能器壓力逐漸上升，驅(qū)動(dòng)油缸無(wú)桿腔壓力由最大值逐漸減小為零，減小了回油的節(jié)流損耗。
[0023]5、動(dòng)臂處于挖掘工況時(shí)，平衡油缸的有桿腔與液壓蓄能器連接，無(wú)桿腔與油箱連接，液壓蓄能器儲(chǔ)存的液壓油進(jìn)入平衡油缸有桿腔，增加挖掘力。
[0024]為更清楚