一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，本發(fā)明以液壓蓄能器作為儲能元件，回轉(zhuǎn)馬達/泵作為能量轉(zhuǎn)換元件，將轉(zhuǎn)臺的慣性能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存到蓄能器中，即制動時回轉(zhuǎn)馬達運行于泵工況，將挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收并存儲于蓄能器中，下次啟動時釋放能量，通過控制發(fā)動機和蓄能器主輔動力源的能量分配，實現(xiàn)挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量的回收和再利用；從而達到節(jié)能的目的。
【專利說明】一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液壓挖掘機的節(jié)能領(lǐng)域，尤其涉及一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，能量回收的研究主要集中于汽車領(lǐng)域，工程機械領(lǐng)域尤其是液壓挖掘機的能量回收研究還處于起步階段，且一般采用超級電容或蓄電池作為儲能元件，雖然國內(nèi)外挖掘機產(chǎn)品回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用了防反轉(zhuǎn)閥，但制動過程液壓沖擊和馬達反轉(zhuǎn)現(xiàn)象仍較嚴重。而傳統(tǒng)的改善挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)制動性能的方法具有較大局限性，如降低換向閥動作速度將影響系統(tǒng)工作效率；降低安全閥調(diào)定溢流壓力將嚴重影響挖掘機作業(yè)安全性。
[0003]液壓挖掘機用量大而且油耗高排放差，傳統(tǒng)液壓挖掘機的總能量利用率僅為20%左右，而液壓系統(tǒng)的效率約為30%，這是液壓挖掘機效率低下的最主要原因之一。液壓挖掘機轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)頻繁啟動制動，且轉(zhuǎn)臺慣性都比較大，減速制動時會釋放出大量的能量，能量消耗點整個典型工作循環(huán)的25%?40%。制動能量多以熱能形式散失，引起液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的發(fā)熱，降低回轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作性能，導致能量的損失較大，更會影響系統(tǒng)的工作壽命。此外，由于液壓挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)制動時易產(chǎn)生液壓沖擊和回轉(zhuǎn)馬達反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴重影響了挖掘機的使用壽命操作者的舒適性和安全感。若能將這部分能量回收并加以利用，同時防止制動時的液壓沖擊和轉(zhuǎn)臺反轉(zhuǎn)，不僅在挖掘機節(jié)能方面具有一定的經(jīng)濟價值，而且能夠有效延長其液壓系統(tǒng)的壽命，提高系統(tǒng)的工作性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，實現(xiàn)挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量的回收和再利用；從而達到節(jié)能的目的。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括液壓蓄能器、2⑶控制單元、變量泵、控制閥組件、壓力傳感器組件以及回轉(zhuǎn)馬達；所述挖掘機的發(fā)動機與所述變量泵連接，所述2⑶控制單元通過控制閥組件分別控制液壓蓄能器、變量泵、回轉(zhuǎn)馬達；所述2⑶控制單元通過壓力傳感器組件分別采集壓蓄能器、回轉(zhuǎn)馬達壓力；所述回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動所述挖掘機的轉(zhuǎn)臺；所述控制單元采集壓力傳感器組件反饋的信號，從而控制控制閥組件的通斷，將挖掘機的轉(zhuǎn)臺的慣性能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存到液壓蓄能器中，即制動時挖掘機回轉(zhuǎn)馬達運行于泵工況，將挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收并存儲于液壓蓄能器中，下次啟動時釋放能量，通過控制發(fā)動機和液壓蓄能器主輔動力源的能量分配，實現(xiàn)挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量的回收和再利用。
[0006]進一步地，所述系統(tǒng)還包括一先導閥、一第一電液換向閥以及一第二電液換向閥；所述控制閥組件包括:第一單向閥、第二單向閥、第三單向閥、第四單向閥、第五單向閥、第六單向閥、第七單向閥、第八單向閥、第一溢流閥、第二溢流閥、第三溢流閥以及多路閥；所述壓力傳感器組件包括:第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、以及第三壓力傳感器；所述發(fā)動機驅(qū)動變量泵，發(fā)動機的油箱與變量泵的進口相連，變量泵的出口連接第一單向閥的進口，第一單向閥的出口均與多路閥的第一進口、第二單向閥的出口、第一溢流閥的進口相連，第一溢流閥的出口、多路閥的第二進口均與油箱相連，多路閥的第一液控口均與第一壓力傳感器、先導閥相連，多路閥的第二液控口分別與第二壓力傳感器、先導閥相連，多路閥的第一出口分別與第三單向閥的進口、第四單向閥的液控口相連，多路閥的第二出口均與第四單向閥的進口、第三單向閥的液控口相連，第三單向閥的出口分別與回轉(zhuǎn)馬達進口、第五單向閥出口、第六單向閥進口相連，第四單向閥的出口分別與回轉(zhuǎn)馬達出口、第七單向閥出口、第八單向閥進口相連，第五單向閥進口、第七單向閥進口均與油箱相連，第六單向閥出口、第八單向閥出口、第一電液換向閥進口均與第二溢流閥進口相連，第二溢流閥出口與油箱相連，第一電液換向閥第一出口分別連接液壓蓄能器、第三壓力傳感器、第三溢流閥進口、第二電液換向閥進口，第一電液換向閥第二出口連接油箱，第三溢流閥出口連接油箱，第二電液換向閥出口連接第二單向閥進口 ；ECU控制單元分別與第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一電液換向閥、第二電液換向閥、變量泵控制口相連；所述先導閥用于控制控制閥組件中的各個閥；
[0007]其中，挖掘機進行普通回轉(zhuǎn)模式為:ECU控制單元發(fā)出指令，第一電液換向閥和第二電液換向閥不通電，多路閥工作在左位，此時變量泵供高壓油，流經(jīng)第一單向閥、多路閥的第一進口、第三單向閥、回轉(zhuǎn)馬達、第四單向閥、多路閥第二出口，最后流回油箱，制動時通過第五單向閥補油，防止回轉(zhuǎn)馬達吸收空氣，通過第二溢流閥進行液壓制動；ECU控制單元發(fā)出指令，第一電液換向閥和第二電液換向閥不通電，當多路閥工作在右位時，則液壓油方向與左位相反；
[0008]挖掘機進行能量回收模式為:包括制動時能量回收和啟動時回收的能量再利用；制動時能量回收工況:多路閥工作于中位，第二電液換向閥不通電，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的壓差為0，E⑶控制單元發(fā)出指令，第一電液換向閥下位通電，回轉(zhuǎn)馬達工作于泵工況，將高壓油通過第六單向閥或第八單向閥流到第一電液換向閥，并儲存到液壓蓄能器中，實現(xiàn)制動能的回收；第三壓力傳感器的壓力不再升高時，表明制動結(jié)束；啟動時回收的能量再利用工況=ECU控制單元發(fā)出指令，使第一電液換向閥上位通電，此時實現(xiàn)回轉(zhuǎn)馬達高壓腔的卸荷，防止液壓沖擊和反轉(zhuǎn)。
[0009]進一步地，所述第一電液換向閥為三位三通換向閥，第二電液換向閥為二位二通換向閥。
[0010]進一步地，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器用于判斷挖掘機回轉(zhuǎn)的制動和能量回收；所述第三壓力傳感器用于判斷挖掘機回轉(zhuǎn)制動是否結(jié)束。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1.本發(fā)明是在原有挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過添加相應的液壓元件改造而成的，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠；可通過E⑶控制單元控制第一電液換向閥和第二電液換向閥來實現(xiàn)普通回轉(zhuǎn)模式與能量回收模式的切換。
[0012]2.回轉(zhuǎn)制動時的制動能量回收于蓄能器；回轉(zhuǎn)啟動時回收于蓄能器中的能量可直接再利用于驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達；由于蓄能器可靠性好、功率密度高，可快速的回收轉(zhuǎn)臺制動能，且所回收能量形式為液壓能，減少能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提高能量再利用率。
[0013]3.當轉(zhuǎn)臺制動結(jié)束時，可通過第一電液換向閥或第二電液換向閥對回轉(zhuǎn)馬達高壓腔進行卸載卸荷，減小液壓沖擊和防止轉(zhuǎn)臺反轉(zhuǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明詳細的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括液壓蓄能器控制單元2、變量泵3、控制閥組件4、回轉(zhuǎn)馬達5以及壓力傳感器組件
6；所述挖掘機(未圖示)的發(fā)動機7與所述變量泵3連接，所述控制單元2通過控制閥組件4分別控制液壓蓄能器1、變量泵3、回轉(zhuǎn)馬達5 ；所述2⑶控制單元2通過壓力傳感器組件5分別采集液壓蓄能器1、先導閥81、回轉(zhuǎn)馬達5壓力；所述回轉(zhuǎn)馬達5驅(qū)動所述挖掘機的轉(zhuǎn)臺8 ；所述控制單元2采集壓力傳感器組件6反饋的信號，從而控制控制閥組件4的通斷，將挖掘機的轉(zhuǎn)臺8的慣性能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存到液壓蓄能器1中，即制動時挖掘機回轉(zhuǎn)馬達運行于泵工況，將挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收并存儲于液壓蓄能器1中，下次啟動時釋放能量，通過控制發(fā)動機7和液壓蓄能器1主輔動力源的能量分配，實現(xiàn)挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量的回收和再利用。當轉(zhuǎn)臺8制動結(jié)束時，通過控制單元2控制電液換向閥對液壓馬達高壓腔進行卸荷，減小液壓沖擊和防止轉(zhuǎn)臺反轉(zhuǎn)。
[0017]其中，在本發(fā)明中，所述系統(tǒng)還包括一先導閥81、一第一電液換向閥9以及一第二電液換向閥10 ；所述控制閥組件4包括:第一單向閥41、第二單向閥42、第三單向閥43、第四單向閥44、第五單向閥45、第六單向閥46、第七單向閥47、第八單向閥48、第一溢流閥49、第二溢流閥50、第三溢流閥51以及多路閥52 ；所述壓力傳感器組件6包括:第一壓力傳感器61、第二壓力傳感器62、以及第三壓力傳感器63 ；所述發(fā)動機7驅(qū)動變量泵3，發(fā)動機的油箱11與變量泵3的進口相連，變量泵3的出口連接第一單向閥41的進口，第一單向閥41的出口均與多路閥52的第一進口、第二單向閥42的出口、第一溢流閥49的進口相連，第一溢流閥49的出口、多路閥52的第二進口均與油箱11相連，多路閥52的第一液控口均與第一壓力傳感器61、先導閥81相連，多路閥52的第二液控口分別與第二壓力傳感器62、先導閥81相連，多路閥52的第一出口分別與第三單向閥43的進口、第四單向閥44的液控口相連，多路閥52的第二出口均與第四單向閥44的進口、第三單向閥43的液控口相連，第三單向閥43的出口分別與回轉(zhuǎn)馬達5進口、第五單向閥45出口、第六單向閥46進口相連，第四單向閥44的出口分別與回轉(zhuǎn)馬達5出口、第七單向閥47出口、第八單向閥48進口相連，第五單向閥45進口、第七單向閥47進口均與油箱相連，第六單向閥46出口、第八單向閥48出口、第一電液換向閥9進口均與第二溢流閥50進口相連，第二溢流閥50出口與油箱11相連，第一電液換向閥9第一出口分別連接液壓蓄能器1、第三壓力傳感器63、第三溢流閥51進口、第二電液換向閥10進口，第一電液換向閥9第二出口連接油箱11，第三溢流閥51出口連接油箱11，第二電液換向閥10出口連接第二單向閥42進口出⑶控制單元2分別與第一壓力傳感器61、第二壓力傳感器62、第三壓力傳感器63、第一電液換向閥9、第二電液換向閥10、變量泵3控制口相連；所述先導閥81用于控制控制閥組件4中的各個閥；
[0018]其中，挖掘機進行普通回轉(zhuǎn)模式為疋⑶控制單元2發(fā)出指令，第一電液換向閥9和第二電液換向閥10不通電，多路閥52工作在左位，此時變量泵3供高壓油，流經(jīng)第一單向閥41、多路閥52的第一進口、第三單向閥43、回轉(zhuǎn)馬達5、第四單向閥44、多路閥52第二出口，最后流回油箱11，制動時通過第五單向閥45補油，防止回轉(zhuǎn)馬達5吸收空氣,通過第二溢流閥50進行液壓制動；ECU控制單元2發(fā)出指令，第一電液換向閥9和第二電液換向閥10不通電，當多路閥52工作在右位時，則液壓油方向與左位相反；
[0019]挖掘機進行能量回收模式為:包括制動時能量回收和啟動時回收的能量再利用；制動時能量回收工況:多路閥52工作于中位，第二電液換向閥10不通電，第一壓力傳感器61和第二壓力傳感器62的壓差為0，E⑶控制單元2發(fā)出指令，第一電液換向閥9下位通電，回轉(zhuǎn)馬達5工作于泵工況(泵的工作狀況)，將高壓油通過第六單向閥46或第八單向閥48流到第一電液換向閥9，并儲存到液壓蓄能器I中，實現(xiàn)制動能的回收；第三壓力傳感器63的壓力不再升高時，表明制動結(jié)束；啟動時回收的能量再利用工況:ECU控制單元2發(fā)出指令，使第一電液換向閥9上位通電，此時實現(xiàn)回轉(zhuǎn)馬達5高壓腔的卸荷，防止液壓沖擊和反轉(zhuǎn)。
[0020]所述第一電液換向閥9為三位三通換向閥，第二電液換向閥10為二位二通換向閥。
[0021]所述第一壓力傳感器61和第二壓力傳感器62用于判斷挖掘機回轉(zhuǎn)的制動和能量回收；所述第三壓力傳感器63用于判斷挖掘機回轉(zhuǎn)制動是否結(jié)束。
[0022]總之，本發(fā)明以液壓蓄能器作為儲能元件，回轉(zhuǎn)馬達/泵作為能量轉(zhuǎn)換元件，將轉(zhuǎn)臺的慣性能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存到蓄能器中，即制動時回轉(zhuǎn)馬達運行于泵工況，將挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收并存儲于蓄能器中，下次啟動時釋放能量，通過控制發(fā)動機和蓄能器主輔動力源的能量分配，實現(xiàn)挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量的回收和再利用；從而達到節(jié)能的目的。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，其特征在在于:所述系統(tǒng)包括液壓蓄能器、ECU控制單元、變量泵、控制閥組件、壓力傳感器組件以及回轉(zhuǎn)馬達；所述挖掘機的發(fā)動機與所述變量泵連接，所述E⑶控制單元通過控制閥組件分別控制液壓蓄能器、變量泵、回轉(zhuǎn)馬達；所述ECU控制單元通過壓力傳感器組件分別采集液壓蓄能器、回轉(zhuǎn)馬達壓力；所述回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動所述挖掘機的轉(zhuǎn)臺；所述ECU控制單元采集壓力傳感器組件反饋的信號，從而控制控制閥組件的通斷，將挖掘機的轉(zhuǎn)臺的慣性能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存到液壓蓄能器中，即制動時挖掘機回轉(zhuǎn)馬達運行于泵工況，將挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收并存儲于液壓蓄能器中，下次啟動時釋放能量，通過控制發(fā)動機和液壓蓄能器主輔動力源的能量分配，實現(xiàn)挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量的回收和再利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，其特征在在于:所述系統(tǒng)還包括一先導閥、一第一電液換向閥以及一第二電液換向閥；所述控制閥組件包括:第一單向閥、第二單向閥、第三單向閥、第四單向閥、第五單向閥、第六單向閥、第七單向閥、第八單向閥、第一溢流閥、第二溢流閥、第三溢流閥以及多路閥；所述壓力傳感器組件包括:第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、以及第三壓力傳感器；所述發(fā)動機驅(qū)動變量泵，發(fā)動機的油箱與變量泵的進口相連，變量泵的出口連接第一單向閥的進口，第一單向閥的出口均與多路閥的第一進口、第二單向閥的出口、第一溢流閥的進口相連，第一溢流閥的出口、多路閥的第二進口均與油箱相連，多路閥的第一液控口均與第一壓力傳感器、先導閥相連，多路閥的第二液控口分別與第二壓力傳感器、先導閥相連，多路閥的第一出口分別與第三單向閥的進口、第四單向閥的液控口相連，多路閥的第二出口均與第四單向閥的進口、第三單向閥的液控口相連，第三單向閥的出口分別與回轉(zhuǎn)馬達進口、第五單向閥出口、第六單向閥進口相連，第四單向閥的出口分別與回轉(zhuǎn)馬達出口、第七單向閥出口、第八單向閥進口相連，第五單向閥進口、第七單向閥進口均與油箱相連，第六單向閥出口、第八單向閥出口、第一電液換向閥進口均與第二溢流閥進口相連，第二溢流閥出口與油箱相連，第一電液換向閥第一出口分別連接液壓蓄能器、第三壓力傳感器、第三溢流閥進口、第二電液換向閥進口，第一電液換向閥第二出口連接油箱，第三溢流閥出口連接油箱，第二電液換向閥出口連接第二單向閥進口 ；ECU控制單元分別與第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第一電液換向閥、第二電液換向閥、變量泵控制口相連；所述先導閥用于控制控制閥組件中的各個閥； 其中，挖掘機進行普通回轉(zhuǎn)模式為:ECU控制單元發(fā)出指令，第一電液換向閥和第二電液換向閥不通電，多路閥工作在左位，此時變量泵供高壓油，流經(jīng)第一單向閥、多路閥的第一進口、第三單向閥、回轉(zhuǎn)馬達、第四單向閥、多路閥第二出口，最后流回油箱，制動時通過第五單向閥補油，防止回轉(zhuǎn)馬達吸收空氣，通過第二溢流閥進行液壓制動；ECU控制單元發(fā)出指令，第一電液換向閥和第二電液換向閥不通電，當多路閥工作在右位時，則液壓油方向與左位相反； 挖掘機進行能量回收模式為:包括制動時能量回收和啟動時回收的能量再利用；制動時能量回收工況:多路閥工作于中位，第二電液換向閥不通電，第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的壓差為O，E⑶控制單元發(fā)出指令，第一電液換向閥下位通電，回轉(zhuǎn)馬達工作于泵工況，將高壓油通過第六單向閥或第八單向閥流到第一電液換向閥，并儲存到液壓蓄能器中，實現(xiàn)制動能的回收；第三壓力傳感器的壓力不再升高時，表明制動結(jié)束；啟動時回收的能量再利用工況:ECU控制單元發(fā)出指令，使第一電液換向閥上位通電，此時實現(xiàn)回轉(zhuǎn)馬達高壓腔的卸荷，防止液壓沖擊和反轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，其特征在在于:所述第一電液換向閥為三位三通換向閥，第二電液換向閥為二位二通換向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種挖掘機回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)，其特征在在于:所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器用于判斷挖掘機回轉(zhuǎn)的制動和能量回收；所述第三壓力傳感器用于判斷挖掘機回轉(zhuǎn)制動是否結(jié)束。
【文檔編號】E02F9/22GK104372823SQ201410665967
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】張樹忠, 江吉彬, 練國富 申請人:福建工程學院